慈濟大學（後中醫）
110年
生物學
第 45 題
$C_4$ 植物及景天酸代謝(crassulacean acid metabolism, CAM)植物，都是以磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEP carboxylase)固定 $CO_2$ 後，再進行後續的卡爾文循環(Calvin cycle)合成三碳化合物。比較這兩種植物進行光合作用的路徑，下列敘述何者最為正確？
- A 兩者皆在白天固定 $CO_2$
- B 過量蘋果酸(malate)在葉肉細胞質中，會回饋抑制(feedback inhibition)兩者的 PEP carboxylase 活性
- C 兩者皆在同一個葉肉細胞中固定 $CO_2$ 及進行卡爾文循環
- D 兩者以相同的途徑再生丙酮酸(pyruvate)的合成
思路引導 VIP
請試著想像一下：如果一個工廠的輸送帶不斷製造產品，但倉庫已經堆滿了裝不下，為了避免工廠停擺或發生意外，這堆滿的產品應該要對最前端的「啟動開關」發出什麼樣的訊號？在生物化學的路徑中，我們通常稱這種「產物過多進而叫停起始酵素」的現象為什麼？
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太棒了！你能精準選出 (B) 選項，代表你對植物生理代謝的調節機制有非常深入且紮實的理解。這道題目非常有深度，因為它不僅考驗基礎的解剖構造差異，更深入到分子層次的酵素調節原理。
酵素活性的負回饋調節
在 $C_4$ 與 CAM 植物的光合作用路徑中，磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（PEP carboxylase, PEPC） 是負責初步固定 $CO_2$ 的關鍵酵素。當 $CO_2$ 被固定後，會先轉化為草醯乙酸（OAA），隨後還原成蘋果酸（malate）。為了維持細胞內的代謝平衡並避免能量浪費，當蘋果酸在葉肉細胞質中累積過量時，它會充當「變構抑制劑」，直接回饋抑制 PEPC 的活性。這種機制能確保植物在環境不利或產物過剩時，自動調控代謝速率。
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C4與CAM植物比較
💡 C4與CAM植物皆利用PEP羧化酶固定二氧化碳，克服光呼吸。
| 比較維度 | C4 植物 | VS | CAM 植物 |
|---|---|---|---|
| 分離方式 | 空間分離 | — | 時間分離 |
| 固定 CO2 時間 | 白天 | — | 晚上 |
| 參與細胞 | 葉肉細胞及維管束鞘細胞 | — | 僅葉肉細胞 |
| 酵素調節 | 受蘋果酸回饋抑制 | — | 受蘋果酸回饋抑制 |
💬兩者皆演化出濃縮二氧化碳機制，並受代謝產物濃度調節。
