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115年:營養生理生化(2)

能量營養素在體內完全氧化為二氧化碳和水，須經由下列何種作用？

A糖解（glycolysis）
B脂肪酸β氧化（fatty acid β-oxidation）
C丙酮酸去氫酶（pyruvate dehydrogenase）
D檸檬酸循環（citric acid cycle）

詳細解析

本題觀念

能量營養素（醣類、脂質、蛋白質）在體內代謝產能時，最終都必須進入檸檬酸循環（citric acid cycle，又稱三羧酸循環或Krebs cycle）才能被完全氧化為二氧化碳（CO₂）與水（H₂O）。不論起點是葡萄糖、脂肪酸或胺基酸，它們經各自的分解途徑後都會匯聚成乙醯輔酶A（acetyl-CoA），再進入檸檬酸循環進行最終氧化。本題考的正是辨認這條「共同最終氧化途徑」，與其他僅為部分代謝步驟的選項做區別。

選項分析

(A) 糖解（glycolysis） ❌ 糖解在細胞質中將葡萄糖分解為兩分子丙酮酸（pyruvate），過程中不產生CO₂，也不需要氧氣參與。這只是葡萄糖氧化的第一階段，屬於不完全氧化，遠未達到「完全氧化為CO₂和水」的程度。糖解產生的丙酮酸必須再經丙酮酸去氫酶與檸檬酸循環才能完成氧化。

(B) 脂肪酸β氧化（fatty acid β-oxidation） ❌ β氧化在粒線體基質中將長鏈脂肪酸逐次切下兩個碳，產生乙醯輔酶A，過程中不直接產生CO₂。切出的乙醯輔酶A仍須進入檸檬酸循環才能完全氧化為CO₂。因此β氧化本身只是脂肪酸分解的前段步驟，並非完全氧化的途徑。

(C) 丙酮酸去氫酶（pyruvate dehydrogenase） ❌ 丙酮酸去氫酶只催化單一步驟的脫羧反應：將三碳的丙酮酸轉變為二碳的乙醯輔酶A，同時釋出一分子CO₂與一分子NADH。這是連接糖解與檸檬酸循環的「橋梁反應」，並非讓營養素完全氧化的途徑。產出的乙醯輔酶A仍需進入檸檬酸循環。

(D) 檸檬酸循環（citric acid cycle） ✅ 檸檬酸循環是三大能量營養素氧化代謝的共同最終途徑。乙醯輔酶A進入循環後，其兩個碳以CO₂的形式完全釋出，同時產生NADH、FADH₂與GTP。這些還原態輔酶再經電子傳遞鏈將電子傳給O₂，最終生成H₂O並產生大量ATP。因此，檸檬酸循環搭配電子傳遞鏈，即可達成「完全氧化為CO₂和水」。

答案解析

答案為 (D)。醣類經糖解→丙酮酸去氫酶→乙醯輔酶A，脂質經β氧化→乙醯輔酶A，蛋白質經脫胺反應後生成各種檸檬酸循環中間產物或乙醯輔酶A。三條路徑最終都匯入檸檬酸循環，在循環中將碳骨架完全氧化為CO₂，並將能量保存於NADH與FADH₂。這些還原態輔酶再經電子傳遞鏈與氧化磷酸化產生H₂O與大量ATP。其他三個選項各自只是代謝途徑中的部分步驟，無法單獨完成營養素的完全氧化。

核心知識點

  • 檸檬酸循環是三大營養素（醣、脂、蛋白質）氧化代謝的「共同最終途徑」
  • 每轉一圈消耗一個乙醯輔酶A，釋出2 CO₂、3 NADH、1 FADH₂、1 GTP
  • 糖解不產生CO₂；β氧化不直接產生CO₂；丙酮酸去氫酶只釋出一個CO₂
  • 完全氧化 = 檸檬酸循環（碳→CO₂）+ 電子傳遞鏈（電子→H₂O）
  • 乙醯輔酶A是三大營養素進入檸檬酸循環的共同匯流分子

參考資料

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