酵素、維生素、能量：
把代謝的「規則」收進這一章
前兩章是「路徑」，這章是貫穿所有路徑的「規則」：酵素怎麼被測量與抑制（動力學）、維生素如何當酵素的零件（輔酶）、反應為什麼會自發或要偶聯（能量學）。這三塊是純送分題的重災區——圖看懂、表背熟、ΔG 方向記對，分數穩穩入袋。
為什麼把這三塊放一起：
代謝路徑跑得動，靠三個前提：有酵素催化（動力學決定快慢）、酵素有正確的輔酶（維生素提供）、反應在熱力學上划得來（能量學）。國考考酵素最愛考抑制類型的判讀——給你一張 Lineweaver-Burk 圖或 Km／Vmax 變化，要你分競爭性還是非競爭性。考維生素最愛考「缺哪個維生素 → 得什麼病」。把這兩種題型的判讀規則記死，是本章最高 CP 值的投資。
五節：酵素動力學與抑制、酵素調控、輔酶與維生素、訊息傳遞與第二信使、生物能量學。其中訊息傳遞把第 11 章「荷爾蒙怎麼調酵素」的黑盒子打開——cAMP／PKA、IP₃-DAG-Ca²⁺ 這些第二信使是內分泌與藥理的共同地基。
酵素動力學：Km、Vmax 與兩種抑制
酵素反應速率（v）隨受質濃度 [S] 變化，畫出來是一條雙曲線（hyperbola），由 Michaelis-Menten 方程式 描述。兩個參數要先懂意義：
Vmax
受質飽和時的最大反應速率。反映「酵素總量 × 催化效率（kcat）」。加更多受質也快不過它。
Km
達到 ½ Vmax 時的受質濃度。Km 越小＝親和力越高（少少受質就跑到半速）；Km 越大＝親和力越低。
這張「直接圖」最直觀：曲線往右爬、趨近 Vmax 卻永遠碰不到；Km 就是爬到「半山腰（½Vmax）」所需的 [S]。競爭性抑制＝曲線整條右移（爬得慢、Km↑，但堆夠受質仍能登頂同一個 Vmax）；非競爭性抑制＝整條曲線被壓矮（Vmax↓，再多受質也到不了原本高度），Km 不變。問題是這圖「趨近但不到頂」難精準讀 Vmax，所以才有下面的倒數作圖把它拉直。
原始的 Michaelis-Menten 雙曲線「趨近 Vmax 但永遠不到」，肉眼很難準確讀出 Vmax。把 v 與 [S] 各取倒數（1/v 對 1/[S]）就把曲線拉成直線，方便外插求參數：y 截距＝1/Vmax、x 截距＝−1/Km、斜率＝Km/Vmax。國考最常用這張圖的「截距怎麼變」來考抑制類型。
看一張圖分兩種抑制，只盯「兩個截距哪個動」：競爭性抑制——y 截距不變（Vmax 不變，加大量受質仍能稀釋掉抑制劑），但 x 截距右移（Km 變大、親和力下降）；非競爭性抑制——y 截距上升（Vmax 下降，因為被卡住的酵素再多受質也救不回），x 截距不變（Km 不變）。記憶錨：競爭性動 Km、非競爭性動 Vmax。
| 抑制類型 | 抑制劑結合處 | Km | Vmax | 加大量受質能否克服 |
|---|---|---|---|---|
| 競爭性 competitive | 活性位（與受質競爭） | ↑（變大） | 不變 | 可以（受質夠多就贏） |
| 非競爭性 noncompetitive | 別構位（非活性位） | 不變 | ↓（下降） | 不能 |
| 不可逆 irreversible | 共價結合（永久） | — | ↓（有效酵素變少） | 不能（要等新酵素合成） |
（表中「↑／↓」用色僅標示變化方向，非好壞。）不可逆抑制劑如 aspirin 共價乙醯化 COX、有機磷共價抑制乙醯膽鹼酯酶——這類「永久關掉」的抑制要靠細胞做出新酵素才能恢復。
把酵素活性位想成一個座位：競爭性＝有人來「搶位子」——抑制劑長得像受質、佔住活性位；但你把受質人數灌爆（[S]↑）就能把它擠掉，所以救得回 Vmax、只是要更多受質（Km↑）。非競爭性＝有人去「動別的把手把椅子卡死」——結合在別構位、不跟受質搶座位，所以加再多受質也沒用（Vmax↓），但因為不搶座位、親和力沒變（Km 不變）。不可逆＝直接「把椅子焊死／砸爛」——共價鍵永久結合，只能等工廠做張新椅子（合成新酵素）。
有人誤喝甲醇（methanol）/ 乙二醇（防凍劑），本身沒大毒，但被 alcohol dehydrogenase（ADH）代謝成甲醛/甲酸（會失明）或草酸（傷腎）才致命。解毒法正是競爭性抑制的教科書範例：給 fomepizole（直接抑 ADH）或乙醇（ethanol）——乙醇對 ADH 親和力遠高於甲醇，把酵素「座位」搶去先代謝乙醇，讓甲醇來不及變毒物、原形從腎排掉。「灌入競爭受質去佔住酵素」就是競爭性抑制可被高濃度受質逆轉的活用。
酵素調控：三種讓酵素「變快變慢」的手段
細胞調控代謝速率，主要靠調控「關鍵酶」的活性。三種機制要分清楚：
別構調控 allosteric
代謝物結合在「非活性位（別構位）」改變酵素形狀 → 活化或抑制。常見終產物回饋抑制（feedback inhibition）。如 ATP 抑制 PFK-1。最快。
共價修飾 covalent
最常見＝磷酸化（phosphorylation），由 kinase 加磷、phosphatase 去磷，一開一關。受荷爾蒙（如 glucagon→cAMP→PKA）驅動。可逆、可放大。
同功酶 isozyme
催化同一反應但序列／動力學不同的多個酵素，分布在不同組織。如 hexokinase（各組織）vs glucokinase（肝）、LDH 同功酶。讓不同器官「同一步不同調」。
別構調控就是酵素的油門與煞車踏板：正向別構劑（如 AMP）＝踩油門——能量低時催代謝快跑；負向別構劑（如 ATP、citrate）＝踩煞車——能量／物料已滿就慢下來。同一個酵素（如 PFK-1）兩個踏板都有，靠「即時感應細胞內小分子濃度」瞬間調速。最常見的特例是終產物回饋抑制（feedback inhibition）＝產物多了就回頭踩自己的煞車，避免做過頭。
別構（allosteric）是「小分子代謝物當下結合、立刻改變活性」——感應的是細胞內代謝狀態（ATP、AMP、citrate 多不多）。共價修飾（磷酸化）是「荷爾蒙訊號經酵素級聯把磷酸基掛上去」——感應的是全身性指令（飽食 / 飢餓）。一個管「眼前夠不夠」、一個管「上面說要不要」。
維生素與輔酶：酵素的零件與缺乏症
許多酵素要靠輔酶（coenzyme）才能工作，而水溶性 B 群維生素正是這些輔酶的來源。國考最愛考「缺哪個 B → 對應哪個輔酶 / 得什麼病」。把這張表背熟就是一整組送分題：
| 維生素 | 輔酶形式 | 主要功能 | 缺乏症 |
|---|---|---|---|
| B1 thiamine | TPP（thiamine pyrophosphate） | α-酮酸去羧（PDH、α-KG DH、transketolase） | 腳氣病 beriberi、Wernicke-Korsakoff |
| B2 riboflavin | FAD / FMN | 氧化還原（電子傳遞、β 氧化） | 口角炎、舌炎、皮膚炎 |
| B3 niacin | NAD⁺ / NADP⁺ | 氧化還原主力電子載體 | 癩皮病 pellagra（3D：皮膚炎、腹瀉、失智） |
| B5 pantothenate | CoA（輔酶 A） | 醯基轉移（acetyl-CoA、脂肪酸） | 罕見（皮膚炎、神經病變） |
| B6 pyridoxine | PLP（pyridoxal phosphate） | 轉胺、脫羧（胺基酸代謝核心） | 周邊神經病變、痙攣、貧血 |
| B7 biotin | biotin（羧化酶輔基） | 羧化反應（pyruvate carboxylase、ACC） | 罕見（生蛋白 avidin 結合可致） |
| B9 folate（葉酸） | THF（tetrahydrofolate） | 一碳單位轉移（核苷酸、DNA 合成） | 巨母紅血球貧血、胎兒神經管缺損 |
| B12 cobalamin | methylcobalamin / adenosyl-B12 | 甲基轉移、methylmalonyl-CoA mutase | 巨母紅血球貧血 ＋ 神經病變（脊髓亞急性合併變性） |
① B12 vs 葉酸：兩者缺乏都造成巨母紅血球貧血，但只有 B12 缺乏會加上神經學症狀（且補錯——只補葉酸會「遮住」血液表現卻讓神經惡化）。② B1（thiamine）：酗酒者最常缺，卡住 PDH → 乳酸堆積；補糖水前要先補 B1，否則誘發 Wernicke。③ B6（PLP）＝胺基酸代謝（轉胺、脫羧）的核心輔酶，與上一章 AST／ALT、神經傳導物合成都相關。
相對地，脂溶性維生素 ADEK 不當輔酶用、可儲存於體脂（故過量會中毒）。記憶錨口訣 「A-D-E-K」：
視覺・上皮
視紫質（rhodopsin）成分。缺 → 夜盲、乾眼。
鈣磷恆定
促腸道鈣吸收。缺 → 佝僂病（兒童）/ 骨軟化（成人）。
抗氧化
保護細胞膜脂質。缺 → 溶血、神經病變。
凝血
凝血因子 II、VII、IX、X γ-羧化。缺 → 出血（warfarin 即拮抗此作用）。
訊息傳遞與第二信使：荷爾蒙怎麼指揮細胞
第 11 章說「glucagon 經 cAMP→PKA 把酵素磷酸化」，這一節就是把那個訊號怎麼從細胞外傳到細胞內的機制講清楚。核心觀念：荷爾蒙（第一信使，first messenger）多半不進細胞，它結合細胞表面受體後，在細胞內製造一個第二信使（second messenger）去放大、傳遞指令。把三大類受體＋兩條最常考的第二信使路記死即可。
訊息傳遞最值得記的是「放大（amplification）」：一個荷爾蒙分子 → 活化一個受體 → 活化多個 G 蛋白 → 每個 G 蛋白活化的 adenylyl cyclase 又做出大量 cAMP → 每個 cAMP 活化的 PKA 又磷酸化大量目標酵素。一層層放大，極微量荷爾蒙就能造成巨大細胞反應。這也是為什麼「水溶性荷爾蒙（胜肽、兒茶酚胺）走細胞表面受體＋第二信使」、而「脂溶性荷爾蒙（類固醇、甲狀腺素）直接進細胞、進核改基因轉錄」——兩種荷爾蒙、兩種完全不同的作用方式，是高頻送分對比。
GPCR G protein-coupled receptor
七次跨膜受體，透過 G 蛋白（結合 GTP）把訊號轉給下游酵素，產生第二信使（cAMP 或 IP₃/DAG）。β-腎上腺素受體、glucagon 受體都屬此類。細胞表面、間接、產生第二信使。
受體酪胺酸激酶 RTK
受體本身就是酵素：荷爾蒙一結合 → 受體自我磷酸化（酪胺酸殘基） → 啟動下游級聯（如 Ras/MAPK）。insulin 受體是代表。管生長、代謝、增殖。
核內受體 nuclear receptor
脂溶性荷爾蒙（類固醇、甲狀腺素）穿過細胞膜 → 結合細胞內/核內受體 → 直接當轉錄因子改變基因表現。慢（數小時～天）、效應持久。
兩條路一起記：cAMP 路＝荷爾蒙→GPCR→Gs→adenylyl cyclase→cAMP→PKA→磷酸化（第 11 章的 glucagon/腎上腺素走這條）；IP₃-DAG 路＝荷爾蒙→GPCR→Gq→phospholipase C 把 PIP₂ 切成 IP₃（放 ER 的 Ca²⁺）＋ DAG（活化 PKC）。重點不是背酵素，是抓「第一信使在外、第二信使在內放大訊號」的骨架。對照組：脂溶性荷爾蒙不走這套，直接進核改基因。
水溶性（胜肽、兒茶酚胺如腎上腺素）：不能穿膜 → 結合細胞表面受體 → 靠第二信使（cAMP、IP₃/DAG）傳訊 → 反應快、短暫。脂溶性（類固醇、甲狀腺素）：能穿膜 → 結合細胞內/核內受體 → 當轉錄因子改基因 → 反應慢、持久。一句話：「水溶在門口喊話、脂溶進屋改藍圖」。（甲狀腺素雖含碘且為胺基酸衍生物，但因脂溶、走核內受體，歸在後者。）
第二信使系統是毒素與藥物的常見作用點：霍亂毒素（cholera toxin）讓 Gs 永遠開著 → cAMP 狂飆 → 腸道大量分泌水分 → 劇烈水瀉；百日咳毒素（pertussis toxin）則讓抑制型 Gi 失效 → cAMP 也升高。藥理上，咖啡因／theophylline 抑制 phosphodiesterase（分解 cAMP 的酵素）→ cAMP 維持較高。這些都是「把第二信使的開或關卡死」的經典題。
生物能量學：ΔG、ATP 與偶聯
代謝反應走不走得動，由自由能變化（ΔG, Gibbs free energy）決定。三條規則記死，能量學題就送分：
放能・自發
exergonic：反應「自發進行」、釋放能量。ATP 水解就是典型（ΔG ≈ −7.3 kcal/mol）。
吸能・不自發
endergonic：反應「不會自己發生」，需要外加能量（常由 ATP 偶聯推動）。
平衡
正逆反應速率相等，淨變化為零。
ATP 是細胞的「能量通貨」。它的末端磷酸鍵稱高能磷酸鍵（high-energy phosphate bond）——水解（ATP → ADP + Pi）放出大量自由能（ΔG ≈ −7.3 kcal/mol）。細胞把一個吸能反應（ΔG>0）與 ATP 水解（ΔG<0）「偶聯（coupling）」在一起，只要兩者加總 ΔG < 0，整體就能自發進行。這就是 ATP「驅動」生合成、運輸、肌肉收縮的本質——拿放能去帶吸能。
「高能鍵」不是說那條鍵本身藏著能量，而是說「水解後產物比反應物穩定得多」，所以淨放出大量自由能（來自電荷排斥解除、共振穩定、水合等）。考題若問 ΔG° 的數值方向，記住：ATP 水解 ΔG° ≈ −7.3 kcal/mol（放能、負值）；要合成 ATP（ADP+Pi→ATP）則是 ΔG° ≈ +7.3（吸能），必須靠電子傳遞鏈的質子梯度去推（見天花板分子生化章）。
練習：先想，再點選項
三題覆蓋競爭性 vs 非競爭性抑制的 Km/Vmax 判讀、維生素輔酶與缺乏症對應、第二信使路徑（cAMP/PKA 與 IP₃-DAG）。心裡先選一個再點——主動提取（active recall）比重讀有用得多。
・B 錯：非競爭性是「y 截距↑（Vmax↓）、x 截距不變（Km 不變）」，與本圖相反。
・C 錯：不可逆抑制（共價）無法被受質克服。
・D 錯：競爭性不降 Vmax；且 Km 是上升不是下降。
・E 錯：截距有變化，代表確有抑制。記憶錨：競爭性動 Km、非競爭性動 Vmax。 出處：Lehninger Principles of Biochemistry 7e（Michaelis-Menten、Lineweaver-Burk 雙倒數作圖；competitive 抑制 Vmax 不變/Km↑ 且可被受質克服、noncompetitive Vmax↓/Km 不變）
・A 錯：beriberi 是 B1 缺乏、輔酶 TPP；B3（niacin）缺乏是癩皮病 pellagra、輔酶 NAD⁺/NADP⁺。
・B 錯：B6 的輔酶是 PLP（非 FAD），管轉胺/脫羧；夜盲是維生素 A 缺乏。
・D 錯：兩者都造成巨母紅血球貧血，但只有 B12 缺乏會有顯著神經學症狀（脊髓亞急性合併變性），葉酸缺乏一般無——故「完全相同」錯。
・E 錯：folate 的輔酶是 THF（管一碳單位）；CoA 來自 B5（pantothenate）。 出處：Lehninger 7e（B1/TPP 與 α-酮酸去羧、beriberi；niacin/NAD、pyridoxine/PLP、folate/THF、B12 神經學表現）· 經 full.md 查證（thiamine→TPP、beriberi 為 B1 缺乏）
・A 錯：腎上腺素是水溶性（走表面受體＋第二信使）；穿膜進核的是脂溶性（類固醇、甲狀腺素）。
・B 錯：β-腎上腺素受體是 GPCR，不是 RTK（RTK 代表是 insulin 受體）。
・C 錯：cAMP 由 adenylyl cyclase 從 ATP 生成；phospholipase C 走的是另一條（PIP₂→IP₃＋DAG→PKC）。
・E 錯：IP₃ 是促進內質網釋放 Ca²⁺（不是抑制）。記憶錨：水溶在門口喊話（第二信使）、脂溶進屋改藍圖（核內受體）。 出處：Lehninger Principles of Biochemistry 7e（GPCR→Gs→adenylyl cyclase→cAMP→PKA 級聯與訊號放大、cAMP 為常見第二信使；PLC→PIP₂→IP₃＋DAG、IP₃ 釋 ER 鈣；RTK 如胰島素受體；水溶/脂溶荷爾蒙作用機制）· 經 full.md 查證（cyclic AMP 由 adenylyl cyclase 生成、second messenger；GPCR、Gsα→adenylyl cyclase→cAMP→PKA→phosphorylase）
酵素・維生素・能量＝代謝的規則。動力學：Km＝½Vmax 的 [S]（越小親和力越高）；Lineweaver-Burk 上 競爭性動 Km（x 截距移、可被受質克服）、非競爭性動 Vmax（y 截距升）。調控分別構（小分子・最快）、共價磷酸化（荷爾蒙）、同功酶。維生素背「缺哪個 → 得什麼病」（B1 beriberi、B3 pellagra、B12 貧血＋神經、ADEK 脂溶可中毒）。訊息傳遞：水溶荷爾蒙→GPCR→第二信使（cAMP-PKA 路、IP₃-DAG-Ca²⁺ 路）放大訊號，脂溶荷爾蒙進核改基因。能量學：ΔG<0 自發，ATP 用放能偶聯帶動吸能反應。