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109年
[農業] 植物生理學
第 27 題
與豆科植物共生之根瘤菌依靠固氮酶(nitrogenase)進行固氮，但固氮酶若接觸氧氣會被破壞，請問根瘤菌與豆科植物利用下列何種蛋白來避免固氮酶被破壞？
- A 豆肌紅蛋白
- B 豆乳清蛋白
- C 豆膜蛋白
- D 豆血紅蛋白
思路引導 VIP
請試著回想一下，在人體的生理機制中，哪一種蛋白質負責結合並運輸氧氣，使其在血液中呈現鮮紅色？如果植物也需要一種具備高度親和力、能精準調控氧氣濃度的蛋白質，它的命名邏輯可能會參考人體的哪一種分子呢？
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太棒了！你能精準選出 「豆血紅蛋白」 (Leghemoglobin)，說明你對豆科植物與根瘤菌共生固氮的機制掌握得非常紮實。這題的關鍵在於固氮酶（nitrogenase）具有極高的氧氣敏感性，一旦接觸到 $O_2$ 就會失去活性，但根瘤菌的呼吸作用卻又需要氧氣來產生足夠的能量（ATP）進行固氮，這形成了一個生理上的矛盾。
氧氣濃度的緩衝調節器
為了平衡這個矛盾，豆科植物會合成「豆血紅蛋白」，其結構與功能和動物體內的血紅蛋白非常相似，具有極高的氧氣親和力。它能將根瘤內的游離氧濃度維持在極低水平（保護固氮酶），同時又能像「接力棒」一樣將氧氣穩定傳輸給根瘤菌使用。在實務觀察中，健康的根瘤內部呈現粉紅色，正是因為含有大量的豆血紅蛋白。
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