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115年:營養生理生化(2)

人體細胞暴露於氰化物（cyanide）後，會造成粒線體（mitochondria）之氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）的作用被抑制。此抑制效應對於細胞運輸（cell transport）作用的影響，下列敘述何者最不適當？

A非載體運輸擴散（non-carrier-mediated diffusion）作用於此狀況下尚能繼續運作
B會促使細胞膜上的鈣離子幫浦（calcium pump）引起跨膜之鈣離子濃度梯度差
C血液中葡萄糖（glucose）會經由載體運輸（carrier-mediated transport）進入細胞內
D鈉-耦合葡萄糖轉運體（sodium-coupled glucose transporters）的運作效能被抑制

詳細解析

本題觀念

本題的情境是：氰化物（cyanide）會抑制粒線體的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation），導致細胞無法正常產生 ATP，接著要判斷這對各種細胞運輸方式會有什麼影響。理解本題的關鍵在於區分「需要 ATP 的運輸」與「不需要 ATP 的運輸」。氰化物會和電子傳遞鏈上的細胞色素 c 氧化酶（cytochrome c oxidase，複合體 IV）結合，阻斷電子傳遞，使得氧化磷酸化停擺、ATP 快速耗竭。需要 ATP 的主動運輸（如離子幫浦）因此失去動力來源而停擺，但不需要 ATP 的被動運輸（如簡單擴散、促進性擴散）則可以繼續運作。

選項分析

(A) 非載體運輸擴散於此狀況下尚能繼續運作

✅ 正確。非載體運輸擴散就是簡單擴散（simple diffusion），完全不需要 ATP，也不需要膜上的載體蛋白，只要有濃度梯度和膜通透性就能進行。像是氧氣（O₂）、二氧化碳（CO₂）等小分子可以自由穿過細胞膜。即使 ATP 被耗盡，簡單擴散照常運作。

(B) 會促使鈣離子幫浦引起跨膜之鈣離子濃度梯度差

❌ 錯誤（本題正確答案）。鈣離子幫浦（Ca²⁺ ATPase）是一種 P 型 ATPase，每運轉一次都需要消耗 ATP 來將 Ca²⁺ 逆濃度梯度送出細胞質（送到細胞外或內質網腔內）。當氰化物導致 ATP 耗竭時，鈣離子幫浦無法運轉，不但不能「促使」產生濃度梯度差，反而會讓原本維持的 Ca²⁺ 濃度梯度逐漸消散，細胞質內的 Ca²⁺ 濃度會異常升高。這個選項的敘述與事實完全相反，因此是「最不適當」的。

(C) 血液中葡萄糖會經由載體運輸進入細胞內

✅ 正確。葡萄糖透過 GLUT 轉運蛋白（葡萄糖轉運體）進入細胞，屬於促進性擴散（facilitated diffusion），是被動的載體運輸，不需要 ATP。只要血液與細胞之間存在葡萄糖的濃度差，GLUT 就能繼續運送葡萄糖進入細胞。所以即使 ATP 耗竭，這條途徑仍然可以運作。

(D) 鈉-耦合葡萄糖轉運體的運作效能被抑制

✅ 正確。SGLT（鈉-耦合葡萄糖轉運體）屬於次級主動運輸（secondary active transport），它利用 Na⁺ 的電化學梯度來順便把葡萄糖逆濃度梯度帶入細胞。但這個 Na⁺ 梯度是由 Na⁺/K⁺ ATPase（鈉鉀幫浦）消耗 ATP 維持的。當 ATP 耗竭後，鈉鉀幫浦停擺 → Na⁺ 梯度消散 → SGLT 失去驅動力，運作效能確實會被抑制。

答案解析

答案為 (B)。題目問「最不適當」的敘述。選項 B 說氰化物導致氧化磷酸化被抑制後，鈣離子幫浦會「促使」產生跨膜的 Ca²⁺ 濃度梯度差，這完全與事實相反。鈣離子幫浦是需要 ATP 的主動運輸，ATP 耗竭時它根本無法運轉，原有的 Ca²⁺ 濃度梯度只會消散而非被「促使」產生。其他三個選項都正確描述了 ATP 耗竭對不同運輸方式的影響：簡單擴散不受影響（A）、GLUT 促進性擴散不受影響（C）、SGLT 因 Na⁺ 梯度消散而受抑制（D）。

核心知識點

  • 氰化物抑制電子傳遞鏈複合體 IV（cytochrome c oxidase），導致氧化磷酸化停擺與 ATP 耗竭
  • 不需要 ATP 的運輸方式在 ATP 耗竭時仍可運作：簡單擴散（不需載體也不需能量）、促進性擴散（如 GLUT，只需濃度梯度與載體蛋白）
  • 需要 ATP 的主動運輸在 ATP 耗竭時停擺：初級主動運輸（如 Ca²⁺ ATPase、Na⁺/K⁺ ATPase 直接耗 ATP）和次級主動運輸（如 SGLT，間接依賴 Na⁺/K⁺ ATPase 維持的離子梯度）
  • 鈣離子幫浦失能 → 細胞質 Ca²⁺ 異常升高 → 可啟動細胞凋亡等傷害機制

參考資料

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