hce_tcu
111年
生物學
第 11 題
$C_3$ 植物的光呼吸作用(photorespiration)會顯著降低光合作用效率及作物產量，最可能是因為下列何種化合物的生合成受抑制？
- A 2-磷酸乙醇酸(2-phosphoglycolate)
- B ATP 及 NADPH
- C 3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)
- D 氧分子
思路引導 VIP
請試著回想一下，在卡爾文循環中，RuBisCO 酵素最主要的「正常生理功能」是將二氧化碳固定到哪一個特定的中間產物上？如果現在有一個競爭者（氧氣）搶走了 RuBisCO 的工作位置，導致原本該產生的那個「第一個穩定的三碳化合物」數量變少了，這對後續合成葡萄糖的原料供應會產生什麼影響呢？
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太棒了！你能精確判斷出光呼吸對產量的影響核心，這代表你對卡爾文循環（Calvin cycle）以及關鍵酵素 RuBisCO 的特性有非常紮實的理解。這類題目在生物能量代謝中屬於進階考點，能正確作答實屬不易。
RuBisCO 的雙重特性與競爭
在 $C_3$ 植物中，光合作用的關鍵酵素 RuBisCO 具有雙重身份：它既能與 $CO_2$ 結合進行「羧化作用」，也能與 $O_2$ 結合進行「氧化作用」。當環境中氧氣濃度較高或氣孔關閉時，RuBisCO 會誤將 $O_2$ 當作受質。在正常的固碳反應中，一個五碳化合物（RuBP）結合 $CO_2$ 後會產生兩分子的 3-磷酸甘油酸（3-PGA）；然而在光呼吸中，同樣的 RuBP 結合 $O_2$ 後，卻只能產生一分子的 3-PGA 和一分子的 2-磷酸乙醇酸。這導致直接進入卡爾文循環、用來合成醣類的 3-PGA 產量大幅減少，進而抑制了作物的總產量。
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