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學習重點 辨認馬鈴薯、小麥與玉米的學名及科別。作答時要分別確認「是否為澱粉來源」與「科名是否正確」。 掌握直鏈澱粉與支鏈澱粉的糖苷鍵、立體外形，以及合成、分支與水解各由哪類酵素負責。 用「內切或外切、系統名稱、來源、主要產物」四個面向區分α-amylase與β-amylase。 辨識纖維素的β-1,4鍵，理解草食動物靠消化道共生微生物分泌cellulase來利用纖維素。 核心觀念 一、澱粉主要來源：植物學名與科名必須配對 澱粉是植物儲存葡萄糖的主要形式，蓄積在塊莖、種子等部位。判斷澱粉類生藥的來源時，要同時檢查學名、所屬科別，以及是否為澱粉來源。看到熟悉的作物名稱，不代表整組敘述都正確。 來源學名科名辨識重點 馬鈴薯Solanum tuberosum L.Solanaceae，茄科以塊莖作為澱粉來源；學名與科名一致。 小麥Triticum aestivum L.Poaceae（Gramineae），禾本科以穀粒作為澱粉來源；不是菊科。 玉米Zea mays L.Poaceae（Gramineae），禾本科以穀粒作為澱粉來源；不是菊科。 腸膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides細菌，不屬任何植物科用於微生物發酵製造dextran（右旋糖酐），不是澱粉來源。 Poaceae與Gramineae都是禾本科；Asteraceae與Compositae都是菊科。小麥或玉米配上Asteraceae或Compositae都屬科別錯置。Leuconostoc mesenteroides配上Poaceae同樣錯誤，因為它是細菌，而且不產澱粉。 二、澱粉結構：「直鏈」不等於空間中的直線 澱粉由直鏈澱粉（amylose）與支鏈澱粉（amylopectin）組成。兩者都由α-D-葡萄糖構成，差別在連接方式與分支情形。 比較項目直鏈澱粉 Amylose支鏈澱粉 Amylopectin 主要鏈結α-1,4糖苷鍵主鏈與鏈段為α-1,4糖苷鍵 分支基本上不分支的長鏈分支點為α-1,6糖苷鍵，高度分支 立體形狀螺旋狀（helix-like），約每6個葡萄糖繞一圈樹枝狀的多分支聚合物 與碘反應碘分子嵌入螺旋內，呈深藍色呈紫紅色 「直鏈」指的是沒有分支，不代表分子在空間中筆直。α-1,4鍵具有固定的鍵角，使糖鏈自然捲曲成單股螺旋，所以amylose的形狀應選helix-like。β-sheet與hairpin是蛋白質二級結構的用語，不適用於直鏈澱粉。澱粉顆粒在特定聚集狀態下雖可出現較複雜的排列，但直鏈澱粉的基本形狀不應判成double helix。 三、澱粉生合成：延長主鏈與建立分支是兩件事 直鏈澱粉的合成是一種糖基轉移作用：把葡萄糖基接到既有糖鏈的非還原端，使α-1,4鏈延長。在生藥學中，這類酵素統稱transglycosylases（轉糖苷酶）。植物體內具體負責的是starch synthase（澱粉合成酶），以ADP-glucose作為葡萄糖基的供體。 作用對應酵素結果 延長α-1,4主鏈（合成amylose）Transglycosylases（starch synthase）形成直鏈澱粉 建立α-1,6分支Q-enzyme（分支酶，branching enzyme）把直鏈片段轉接成分支，形成支鏈澱粉 水解澱粉α-amylase、β-amylase切短糖鏈，屬分解而非合成 問「amylose的合成」時，答案是transglycosylases。Q-enzyme負責形成amylopectin的分支。α-amylase與β-amylase都是水解酵素。 四、α與β澱粉酶：作用位置決定主要產物 比較項目α-Amylaseβ-Amylase 系統名稱α-1,4-glucan 4-glucanohydrolaseα-1,4-glucan maltohydrolase 作用方式內切型（endo）：隨機切斷糖鏈內部的α-1,4鍵外切型（exo）：由非還原端每次切下一個麥芽糖 主要產物糊精（dextrin）、麥芽糖、麥芽三糖，以及少量葡萄糖麥芽糖（maltose） 來源人體唾液與胰液，也存在於動植物及微生物主要來自植物（如麥芽、甘藷）及微生物；人體不分泌 對α-1,6分支鍵不能水解不能水解，遇分支點即停止，留下β-limit dextrin 從系統名稱判斷： 兩種酶的受質都是α-1,4-glucan，也就是澱粉。名稱以「β-1,4-glucan」開頭的選項，受質就錯了。 4-glucanohydrolase表示從鏈內水解1,4鍵，是內切型的α-amylase。 maltohydrolase表示以麥芽糖為單位切下，是外切型的β-amylase。 β-amylase充分水解amylose，主要產物是maltose。直鏈澱粉沒有α-1,6分支，β-amylase可以從非還原端一路以兩個葡萄糖為單位切到底，因此產物幾乎全是麥芽糖，而不是葡萄糖或糊精。若作用於支鏈澱粉，則會在分支點附近停止，殘留β-limit dextrin。 β-amylase名稱中的「β」是指釋出的麥芽糖為β型（反應時發生構型翻轉），不代表它水解β-1,4鍵。它切的仍是澱粉的α-1,4鍵。 題目若描述「存在於唾液和胰液、能水解amylose成葡萄糖、麥芽糖等產物」的酵素，判斷關鍵在「唾液、胰液」＋「內切型」，應選α-amylase，也就是α-1,4-glucan 4-glucanohydrolase。補充觀念：水解只會把糖鏈切短，不會建立α-1,6分支，這點與Q-enzyme的作用不同。 五、纖維素與草食動物的共生消化 比較項目澱粉纖維素 單體α-D-葡萄糖β-D-葡萄糖 糖苷鍵α-1,4（分支處為α-1,6）β-1,4，不分支 分子形狀螺旋或分支直線長鏈，鏈間以氫鍵形成微纖維 水解酵素α-amylase、β-amylaseCellulase（纖維素酶） 酵素具有受質專一性，α-amylase與β-amylase都無法分解纖維素的β-1,4鍵。包括草食動物在內，動物本身都不會分泌cellulase。草食動物（如牛、羊等反芻動物，以及馬、兔等後腸發酵動物）能以纖維素為能源，是因為瘤胃或盲腸中的共生微生物（細菌、原蟲、真菌）分泌cellulase，把纖維素水解成葡萄糖。這些葡萄糖多半再經微生物發酵產生短鏈脂肪酸，由宿主吸收利用。 Lactase（乳糖酶）水解乳糖（半乳糖與葡萄糖以β-1,4鍵相連的雙醣），與纖維素分解無關。 常考陷阱 作物對、科別錯：小麥、玉米是澱粉來源，但配上Asteraceae或Compositae（菊科）就是錯的，正確科別為Poaceae（禾本科）。馬鈴薯配Solanaceae（茄科）才正確。 把細菌當成植物：Leuconostoc mesenteroides是製造dextran的細菌，不是禾本科植物，也不是澱粉來源。 同義科名認不出來：Poaceae等於Gramineae，Asteraceae等於Compositae。題目可能換一個名稱來混淆。 把amylose當成筆直的鏈：「直鏈」只表示不分支，實際形狀是helix-like。β-sheet、hairpin是蛋白質用語，double helix不是直鏈澱粉的基本形狀。 合成、分支、水解酵素混用：amylose合成選transglycosylases；Q-enzyme負責形成α-1,6分支；amylase是水解酶，不是合成酶。 看到β就選β-1,4：β-amylase水解的仍是α-1,4鍵，系統名稱是α-1,4-glucan maltohydrolase。「β-1,4-glucan」開頭的名稱，受質是纖維素類，不是澱粉。 系統名稱對調：4-glucanohydrolase對應α-amylase（內切）；maltohydrolase對應β-amylase（外切、產生麥芽糖）。 把「充分水解」當成全部變葡萄糖：產物取決於酵素。β-amylase作用於amylose，主要產物是maltose，不是glucose。 maltose、dextrin、dextran分不清：maltose是麥芽糖（雙醣）；dextrin是澱粉部分水解得到的糊精；dextran是微生物合成、以α-1,6為主鏈的葡聚糖。三者不能互換。 唾液與胰液中的澱粉酶：人體只分泌α-amylase，不分泌β-amylase。 把微生物的能力算成宿主的：草食動物能分解纖維素，是因為腸道共生微生物分泌cellulase。α-amylase、β-amylase、lactase都不能分解纖維素。 記憶口訣 「馬鈴茄，麥玉禾，明串珠菌做右旋」：馬鈴薯屬茄科，小麥與玉米屬禾本科；Leuconostoc是製造dextran的細菌。 「一四延長靠轉糖，一六分支找Q」：α-1,4主鏈靠transglycosylases延長，α-1,6分支由Q-enzyme建立。 「α內切唾胰找，β從尾端切麥芽」：α-amylase內切，存在於唾液與胰液；β-amylase由非還原端切下麥芽糖。 「直鏈繞螺旋，碘鑽進去變藍」：amylose呈helix-like，與碘反應呈藍色。 「纖維β一四，共生菌來拆」：纖維素為β-1,4連結，草食動物靠共生微生物分泌的cellulase分解。