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115年:營養生理生化(2)

有關醣類代謝之敘述，下列何者錯誤？

A糖解作用（glycolysis）與糖質新生作用（gluconeogenesis）均可發生於肝臟細胞中
B1 分子葡萄糖經糖解作用可淨生成4 分子ATP 與2 分子NADH
C紅血球因缺少粒線體，需依賴糖解作用生成乳酸的途徑來獲取能量
D劇烈運動下，肌肉中的乳酸去氫酶（lactate dehydrogenase）可利用丙酮酸產生乳酸

詳細解析

本題觀念

醣類代謝是人體能量供應的核心，其中糖解作用（glycolysis）與糖質新生作用（gluconeogenesis）是兩條方向相反但密切相關的代謝途徑。本題測驗考生對糖解作用 ATP 淨產量、紅血球代謝特性以及乳酸去氫酶功能的掌握程度。解題關鍵在於分清糖解作用「總共產生」與「淨產生」的 ATP 數量差異。

選項分析

A. 糖解作用與糖質新生作用均可發生於肝臟細胞中 此敘述正確。肝臟是糖質新生作用的主要器官（腎臟也可進行），同時肝臟細胞也具備完整的糖解作用酵素。這兩條途徑方向相反，共用多個中間產物，在肝臟中由荷爾蒙（如胰島素促進糖解、升糖素促進糖質新生）進行調控，不會同時大量運作。

B. 1 分子葡萄糖經糖解作用可淨生成 4 分子 ATP 與 2 分子 NADH ✅ 此敘述錯誤，為本題答案。糖解作用分為「準備階段」（能量投資期）與「收穫階段」（能量回收期）。在準備階段，己糖激酶（hexokinase）與磷酸果糖激酶-1（PFK-1）各消耗 1 個 ATP，共投入 2 ATP。在收穫階段，每個甘油醛-3-磷酸（G3P）經受質層面磷酸化（substrate-level phosphorylation）產生 2 ATP，而一分子葡萄糖會產生 2 個 G3P，因此共產生 4 ATP。淨產量為 4 - 2 = 2 ATP，而非 4 ATP。至於產生 2 分子 NADH 的部分是正確的。

C. 紅血球因缺少粒線體，需依賴糖解作用生成乳酸的途徑來獲取能量 此敘述正確。成熟紅血球在發育過程中會排出細胞核與粒線體（mitochondria），因此無法進行三羧酸循環（TCA cycle）和氧化磷酸化（oxidative phosphorylation），只能仰賴無氧糖解將葡萄糖代謝為乳酸（乳酸發酵），每分子葡萄糖淨產生 2 ATP 作為唯一能量來源。

D. 劇烈運動下，肌肉中的乳酸去氫酶可利用丙酮酸產生乳酸 此敘述正確。劇烈運動時肌肉處於相對缺氧狀態，乳酸去氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）催化丙酮酸（pyruvate）還原為乳酸（lactate），同時將 NADH 氧化為 NAD⁺，讓糖解作用能在缺氧條件下持續產能。肌肉中的 LDH 同工酶以 M 型（LDH-5）為主，偏好催化丙酮酸轉為乳酸的方向。

答案解析

答案為 B。B 選項的錯誤在於將「總產出」與「淨產出」混淆。糖解作用確實在收穫階段產生 4 個 ATP，但別忘了在準備階段已消耗 2 個 ATP（己糖激酶和 PFK-1 各一個），因此淨產量是 4 - 2 = 2 ATP，不是 4 ATP。選項中「2 分子 NADH」的部分則無誤，因為甘油醛-3-磷酸去氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）在兩個 G3P 上各產生 1 個 NADH。

核心知識點

  • 糖解作用淨產量：2 ATP + 2 NADH + 2 丙酮酸（非 4 ATP）
  • 準備階段消耗 2 ATP（己糖激酶 + PFK-1），收穫階段產生 4 ATP
  • 成熟紅血球缺粒線體，完全依賴無氧糖解（乳酸發酵）獲取能量
  • 肝臟同時具備糖解與糖質新生兩套途徑，由荷爾蒙調控切換
  • 劇烈運動時 LDH 將丙酮酸還原為乳酸以再生 NAD⁺，維持糖解持續運作

參考資料

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