在檸檬酸循環（citric acid cycle）中，有關α-ketoglutarate dehydrogenase complex 的敘述，下列何者錯誤？

本題觀念

α-酮戊二酸去氫酶複合體（α-ketoglutarate dehydrogenase complex, KGDHC）是檸檬酸循環中的關鍵調控酵素，負責將α-酮戊二酸氧化脫羧為琥珀醯輔酶A（succinyl-CoA），同時產生CO₂與NADH。本題要辨認的是：KGDHC的真正催化反應與下一步由琥珀醯輔酶A合成酶（succinyl-CoA synthetase）催化的反應是不同的，不可混淆。KGDHC的活性同時受到多種代謝物的正負調控，反映細胞能量狀態，是考試常出的重點。

選項分析

(A) 在脊椎動物中，鈣離子可促進其活性 ✅ 正確敘述。在脊椎動物粒線體內，Ca²⁺是KGDHC的正性異位效應物（一種能增強酵素活性的調控分子），能增加酵素對α-酮戊二酸的親和力，進而加速催化。當肌肉收縮或細胞代謝需求增加、粒線體內Ca²⁺濃度上升時，檸檬酸循環的產能速率也隨之提高。

(B) 受到ATP、NADH及succinyl-CoA所抑制 ✅ 正確敘述。KGDHC受三類負調控：ATP代表高能量狀態，可對抗ADP的活化作用而抑制酵素；NADH與NAD⁺競爭E3次單元的結合位（E3即雙氫硫辛醯胺去氫酶，dihydrolipoamide dehydrogenase），降低酵素對受質的親和力；succinyl-CoA則是產物抑制。三者都是「能量充足時踩煞車」的信號。

(C) 受到ADP及NAD⁺所活化 ✅ 正確敘述。ADP反映細胞能量不足，是KGDHC的正性效應物。NAD⁺透過與NADH競爭E3次單元上的結合位，使酵素從受抑制的狀態恢復活性。兩者共同在能量不足時加速檸檬酸循環運轉。

(D) 負責催化succinyl-CoA轉換為succinate ❌ 錯誤敘述（本題答案）。KGDHC催化的反應是α-酮戊二酸→succinyl-CoA（加上CO₂與NADH），而非succinyl-CoA→succinate。將succinyl-CoA轉換為琥珀酸（succinate）的是檸檬酸循環的下一步酵素——琥珀醯輔酶A合成酶，該步驟同時偶聯產生GTP（或ATP）。

答案解析

答案為 (D)。本題屬於「何者錯誤」類型。α-酮戊二酸去氫酶複合體催化的是α-酮戊二酸的氧化脫羧，產物為succinyl-CoA、CO₂與NADH。選項D將此酵素的功能與下一步琥珀醯輔酶A合成酶的功能混淆，是錯誤的敘述。選項A、B、C所述的調控機制（Ca²⁺活化、ATP/NADH/succinyl-CoA抑制、ADP/NAD⁺活化）均為正確且有充分文獻支持的事實。

核心知識點

• KGDHC催化反應：α-酮戊二酸 + CoA + NAD⁺ → succinyl-CoA + CO₂ + NADH
• 正調控因子：Ca²⁺（增加受質親和力）、ADP、NAD⁺
• 負調控因子：ATP、NADH（與NAD⁺競爭E3次單元）、succinyl-CoA（產物抑制）
• succinyl-CoA → succinate 由琥珀醯輔酶A合成酶催化，偶聯產生GTP
• KGDHC是檸檬酸循環三個不可逆步驟之一，與異檸檬酸去氫酶共享類似的Ca²⁺活化調控

參考資料

• Oxoglutarate dehydrogenase complex, https://en.wikipedia.org/wiki/Oxoglutarate_dehydrogenase_complex
• Short-Term Regulation of the alpha-Ketoglutarate Dehydrogenase Complex by Energy-Linked and Some Other Effectors, Biochemistry (Moscow), 2005
• The alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex in cancer metabolic plasticity, Cancer & Metabolism, 2017