112 年 國立成功大學生物化學暨分子生物學研究所《生物化學》

此題主要考驗胺基酸殘基形成氫鍵的能力。氫鍵是蛋白質結構與功能維持的重要分子間作用力，通常發生在極性基團之間。

能夠形成氫鍵的胺基酸殘基，其側鏈必須包含氫鍵的給體（donor）或受體（acceptor）。常見的能夠形成氫鍵的胺基酸殘基有：

1. Serine (Ser, S)：其側鏈含有羥基（-OH），其中的氫原子可作為氫鍵的給體，氧原子可作為氫鍵的受體。
2. Threonine (Thr, T)：其側鏈也含有羥基（-OH），與Serine類似，可作為氫鍵的給體和受體。
3. Tyrosine (Tyr, Y)：其側鏈含有酚羥基，其中的氫原子可作為氫鍵的給體，氧原子可作為氫鍵的受體。
4. Asparagine (Asn, N)：其側鏈含有醯胺基（-CONH$_2$），其中的氫原子可作為氫鍵的給體，氧原子和氮原子可作為氫鍵的受體。
5. Glutamine (Gln, Q)：其側鏈含有醯胺基（-CONH$_2$），與Asparagine類似，可作為氫鍵的給體和受體。

此題主要考驗對蛋白質-配體結合動力學，特別是協同性結合（cooperative binding）及其影響因素的理解。

核心觀念： 協同性結合通常發生在多亞基蛋白質上，一個配體的結合會影響其他亞基對配體的親和力。Hill係數（$n_H$）是描述協同性結合程度的指標，大於1表示正協同性（positive cooperativity），小於1表示負協同性（negative cooperativity），等於1表示非協同性結合。結合曲線的「右移」表示配體親和力下降。

(a) Draw or describe the shape of X-binding curve of protein A.

詳解：
蛋白質A以協同性方式與配體X結合，且Hill係數為1.5 ($n_H = 1.5$)。由於Hill係數大於1，表示Protein A對Ligand X表現出正協同性（positive cooperativity）。

在協同性結合中，蛋白質的配體結合曲線（通常繪製配體濃度 vs. 結合度，或配體濃度 vs. 飽和度）呈現S形（sigmoid shape），而不是簡單的雙曲線。

• 描述： 結合曲線的起始階段，親和力較低，結合度緩慢增加。隨著配體濃度增加，蛋白質開始結合第一個配體，這會誘發蛋白質構象變化，使其餘亞基的配體結合親和力增加。因此，在曲線的中間段，結合度會迅速增加，呈現陡峭的斜率。最後，當大部分蛋白質亞基都結合了配體，親和力又會下降，曲線趨於平緩，達到最大結合度。

• 繪圖： 繪製一條S形曲線。橫軸為[X]（配體X濃度），縱軸為結合度（Y-axis, e.g., fraction of protein bound

此題考驗對酶動力學、競爭性抑制劑以及暫態類比物（transition state analogues）作為抑制劑的理解。

核心觀念： 競爭性抑制劑與受質競爭同一活性位點，進而降低酶活性。暫態類比物能更有效地模擬酶促反應的過渡狀態，與酶的親和力通常高於受質。

(a) How competitive inhibitor affects enzyme catalysis?

詳解：
競爭性抑制劑（competitive inhibitor）的結構通常與受質（substrate）相似，因此它們會與酶的活性位點（active site）競爭結合。

• 作用機制： 當競爭性抑制劑與酶結合時，它會佔據活性位點，阻止受質與酶結合，從而減緩或阻止酶促反應的發生。
• 對酶動力學的影響：
  • $V_{max}$ (最大反應速率)： 不變。在足夠高的受質濃度下，受質可以完全競爭掉抑制劑，使反應速率達到與無抑制劑時相同的最大值。
  • $K_m$ (米氏常數)： 增加。由於抑制劑的存在，需要更高濃度的受質才能達到最大反應速率的一半，因此表觀的 $K_m$ 值會升高。

【答案】 競爭性抑制劑與受質競爭酶的活性位點，阻止受質與酶結合，從而降低酶促反應速率。在足夠高的受質濃度下，其影響可被克服，因此 $V_{max}$ 不變，但表觀 $K_m$ 增加。

此題考驗對Sanger定序法（也稱為雙脫氧核苷酸鏈終止法，dideoxy chain-termination sequencing）原理與步驟的理解。

核心觀念： Sanger定序法利用DNA聚合酶在含有四種去氧核苷酸（dNTPs）和特定比例的雙脫氧核苷酸（ddNTPs）的反應體系中合成互補鏈。當DNA聚合酶將ddNTP併入合成中的DNA鏈時，由於ddNTP缺乏3'-OH基團，DNA鏈的延伸就會終止。透過使用帶有不同螢光標記或放射性同位素標記的ddNTP，可以產生一系列長度不同、但終端鹼基各不相同的DNA片段。

詳細步驟：

1. 樣本製備：

   • 需要一個單鏈DNA模板（通常是將雙鏈DNA變性而成）或一個可以作為引子（primer）結合位點的DNA序列。
   • 需要一個DNA聚合酶（如Taq polymerase或Klenow fragment）。
   • 需要一個DNA聚合酶起始引子（primer），它會與DNA模板的起始端結合，提供3'-OH基團讓聚合酶開始合成。

2. 反應體系：

   • 四種去氧核苷酸（dNTPs）： dATP, dGTP, dCTP, dTTP，這是DNA合成的正常原料。
   • 四種雙脫氧核苷酸（ddNTPs）： ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP。這些分子與dNTPs結構相似，但其核糖的2'和3'碳原子上都沒有氧原子（dNTPs只有2'碳原子上多一個氧）。更關鍵的是，ddNTPs沒有3'-OH基團，這使得DNA聚合酶無法在其3'端添加下一個核苷酸，從而終止鏈的延伸。
   • 螢光標記或放射性標記： 在傳統的Sanger定序法中，會將四種ddNTPs分別用四種不同的螢光染料標記（如綠色標記ddATP，黃色標記ddGTP，藍色標記ddCTP，紅色標記ddTTP）。現代自動化定序儀通常採用這種方法。在早期方法中，可能會將四種ddNTPs分別放在四個獨立的反應管中，並用四種不同的放射性同位素標記。

3. DNA聚合反應：

   • 將DNA模板、引子、DNA聚合酶、四種dNTPs和足量的四種螢光標記的ddNTPs（以相對較低的比例加入，與dNTPs相比）混合在一起。

此題為一個案例分析題，結合了生物化學、分子生物學、細胞生物學及醫學應用。主要考驗對特定疾病（Lesch-Nyhan syndrome）的生化缺陷、細胞分離技術、以及細胞株應用於生物醫學研究的知識。

核心觀念： Lesch-Nyhan syndrome（LNS）是一種X染色體隱性遺傳疾病，其生化缺陷在於次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶（Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase, HGPRT）的缺陷。HGPRT對於嘌呤的回收代謝至關重要。利用此缺陷，可以區分LNS患者的細胞與正常細胞。

(A) If you are the technician, how do you remove the contaminated cells and establish the new patient's myeloma cell line?

詳解：
首先需要釐清「新的患者」是指LNS患者本人，而「另一個患者」是沒有LNS的正常人。題目中提到「混合了來自另一位非LNS患者的先前建立的骨髓瘤細胞株」，這表示實驗室中有一份「正常」的骨髓瘤細胞株，以及來自LNS患者的「新鮮」外周血中的骨髓瘤細胞（假設患者的外周血中確實有骨髓瘤細胞）。技術員將這兩者混淆了。目標是從混雜的細胞群中，分離出LNS患者的骨髓瘤細胞，並建立其細胞株。

關鍵點： LNS患者由於HGPRT缺陷，無法利用HGPRT途徑回收嘌呤。

分離步驟：

1. 細胞培養與鑑定：

   • 將混雜的細胞群進行培養。
   • 利用HGPRT缺陷進行選擇性培養：
     • 方法一：HAT培養基。 HAT培養基含有Hypoxanthine, Aminopterin, and Thymidine。
       • Aminopterin會抑制細胞內源性的從頭合成（de novo synthesis）途徑合成嘌呤。
       • 因此，細胞必須依賴HGPRT途徑來回收Hypoxanthine（並將其轉化為IMP）以合成嘌呤。
       • 正常細胞： 擁有功能性的HGPRT，可以利用Hypoxanthine合成嘌呤，因此能在HAT培養基中存活並增殖。
       • LNS患者細胞： 缺乏功能性的HGPRT，無法回收Hypoxanthine，也無法在Aminopterin抑制從頭合成的情況下合成嘌呤，因此無法在HAT培養基中存活。
     • 方法二：8-azaguanine培養基。 8-azaguanine是HGPRT的受質類似物，可以被HGPRT代謝，但代謝產物有毒。
       • 正常細胞： HGPRT將8-azaguanine代謝成有毒產物，導致細胞死亡。
       • LNS患者細胞： 缺乏HGPRT，無法代謝8-azaguanine，因此可以在含有8-azaguanine的培養基中存活。

2. 操作流程建議：

   • 將混雜的細胞群分成兩組。
   • 第一組（用於篩選正常細胞）： 在HAT培養基中培養。只有來自非LNS患者的正常骨髓瘤細胞株會存活和增殖。這組可以被丟棄，或者用於確認實驗室中原有的細胞株。
   • 第二組（用於篩選LNS患者細胞）： 在含有8-azaguanine的培養基中培養。只有來自LNS患者的骨髓瘤細胞才會存活和增殖。
   • 從第二組培養物中，挑選出存活的細胞，進行擴增培養，並進行進一步的確認（例如，檢測HGPRT活性或基因突變）。

此題考驗對葉酸代謝（folate metabolism）及其衍生物在單碳單位（one-carbon unit）轉移中作用的理解，特別是在生物合成過程中的貢獻。

核心觀念： 四氫葉酸（Tetrahydrofolate, THF）是葉酸（folic acid）在體內還原後形成的輔酶。它能夠攜帶不同氧化態的單碳單位（如-CH$_2$OH, -CHO, -CH=NH, -CH$_3$），並將這些單碳單位轉移給多種生物合成底物，在核酸、胺基酸、核苷酸的代謝中扮演關鍵角色。

THF的單碳單位載體功能：

THF能夠以多種形式存在，取決於其攜帶的單碳單位的氧化態和連結方式。主要的單碳單位包括：

• 亞甲基（-CH$_2$-）： 存在於 N5,N10-亞甲基四氫葉酸 (N5,N10-methylene-THF)
• 甲醯基（-CHO）： 存在於 N10-甲醯基四氫葉酸 (N10-formyl-THF)
• 甲醯亞胺基（=NH）： 存在於 N5-甲醯亞胺基四氫葉酸 (N5-formyl-THF)
• 甲基（-CH$_3$）： 存在於 N5-甲基四氫葉酸 (N5-methyl-THF)

單碳單位的來源主要有三種：絲氨酸（serine）、甲酸（formate）和組胺酸（histidine）的代謝。

THF衍生物在生物合成中的貢獻：

1. 核苷酸生物合成（Purine and Pyrimidine Synthesis）：
   • 嘌呤核苷酸 (Purine nucleotides)： 嘌呤環的C2和C8原子直接來自THF的單碳單位。
     • C2： 由 N10-甲醯基四氫葉酸 提供一個甲醯基（-CHO），經過一系列反應後成為嘌呤環的一部分。
     • C8： 由 N5,N10-亞甲基四氫葉酸 提供一個亞甲基（-CH$_2$-），經過氧化和轉移後成為C8。
   • 嘧啶核苷酸 (Pyrimidine nucleotides)： 儘管嘧啶環的合成主要來自碳酸氫鹽（HCO$_3^-$）和天冬氨酸（aspartate），但其核苷酸形式（如dUMP轉變為dTMP）的生物合成則需要THF。
     • 胸苷酸 (Thymidylate, dTMP) 的合成： dUMP被胸苷酸合成酶（thymidylate synthase）轉化為dTMP。

此題考驗對蛋白質α-螺旋（alpha-helix）結構穩定性的影響因素的理解，特別是特定胺基酸殘基在α-螺旋中的作用。

核心觀念： α-螺旋是一種常見的蛋白質二級結構，其穩定性依賴於肽鍵骨架之間的氫鍵網絡以及側鏈之間的相互作用。某些胺基酸的結構特點或側鏈的性質會破壞這種穩定性。

(a) The presence of glycine in a helices.

詳解：
甘胺酸（Glycine, Gly, G）是所有胺基酸中最小、最簡單的，其側鏈僅為一個氫原子（-H）。

• 對α-螺旋的影響：
  • 靈活性增加： Glycine的側鏈非常小，對肽鏈骨架的空間位阻極小。這使得肽鏈在Glycine位置可以有很大的扭轉自由度（更高的旋轉位能），從而容易形成不規則的彎曲或轉變，破壞了α-螺旋結構所需的規律性構象。
  • 氫鍵供體/受體： Glycine的α-碳原子上連接了兩個氫原子，其中一個可以作為氫鍵的給體。然而，其獨特之處在於其側鏈沒有其他基團，不像其他胺基酸那樣有特定的側鏈相互作用。
  • 常見於轉角： Glycine由於其極大的靈活性，更常出現在蛋白質的β-轉角（beta-turn）等結構中，而不是連續的α-螺旋區域。在α-螺旋中，Glycine的出現會減弱螺旋的穩定性，因為它容易導致螺旋的局部扭曲或斷裂。

【答案】 甘胺酸（Glycine）的側鏈僅為一個氫原子，空間位阻極小，賦予肽鏈極大的扭轉自由度，容易導致α-螺旋結構的局部扭曲或斷裂，從而降低其穩定性。

(b) The presence of proline in a helices.

詳解：
脯氨酸（Proline, Pro, P）是一種特殊的胺基酸，其側鏈的α-胺基氮原子與其α-碳原子和側鏈的末端碳原子形成一個五元環。

• 對α-螺旋的影響：
  • 結構剛性： 脯氨酸的環狀結構使其α-碳原子周圍的旋轉受到極大限制，這意味著它無法像其他胺基酸那樣自由地採取形成α-螺旋所需的特定扭轉角（$\phi$ 和 $\psi$ 角）。
  • 缺乏氫鍵給體： 脯氨酸的α-胺基氮原子已經參與了環狀結構，其上的氫原子被取代，因此它無法作為肽骨架氫鍵的給體。在α-螺旋中，每個殘基（除了C-末端）都通過其肽NH基團作為氫鍵給體。脯氨酸的缺失會破壞連續的氫鍵網絡。

此題考驗對醣解作用（glycolysis）和糖質新生作用（gluconeogenesis）之間相互調控的理解，特別是升糖素（glucagon）如何透過調控細胞質中的果糖-2,6-二磷酸（fructose-2,6-bisphosphate, F2,6BP）濃度來達成此目的。

核心觀念： 醣解作用和糖質新生作用是兩個方向相反的代謝途徑，它們的協同調控對於維持血糖穩態至關重要。升糖素是一種激素，主要在血糖偏低時分泌，促進肝臟將儲存的肝醣分解並進行糖質新生，以升高血糖。F2,6BP是一個強效的變構調節劑，它能同時調節這兩個途徑的關鍵酶。

升糖素的作用機制：

1. 升糖素與受體結合： 當血糖水平下降時，胰臟的α細胞分泌升糖素。升糖素進入肝細胞，與細胞膜上的升糖素受體結合，啟動細胞內的信號傳導通路（通過G蛋白偶聯受體和腺苷酸環化酶，增加細胞內cAMP濃度）。

2. cAMP 依賴性蛋白激酶 (PKA) 的活化： cAMP會活化蛋白激酶A (PKA)。

3. PKA 對雙功能酶 PFK-2/FBPase-2 的磷酸化： PKA會磷酸化一個在肝臟中稱為 PFK-2/FBPase-2 的雙功能酶。這個酶具有兩種活性：

   • PFK-2 (Phosphofructokinase-2) 活性： 催化果糖-6-磷酸 (Fructose-6-phosphate, F6P) 和 ATP 產生果糖-2,6-二磷酸 (F2,6BP)。這是醣解作用的關鍵調節點。
   • FBPase-2 (Fructose-2,6-bisphosphatase-2) 活性： 催化 F2,6BP 水解為 F6P。這是糖質新生途徑的關鍵調節點。

4. 雙功能酶活性的改變：

   • 升糖素作用下 (PKA 磷酸化)： PKA 磷酸化 PFK-2/FBPase-2 酶。磷酸化會抑制 PFK-2 的活性，同時活化 FBPase-2 的活性。
   • 結果：
     • PFK-2 活性降低，導致 F6P 轉化為 F2,6BP 的速率減慢。
     • FBPase-2 活性升高，導致 F2,6BP 被水解為 F6P 的速率加快。

此題考驗對肝醣分解（glycogenolysis）和肝醣合成（glycogenesis）的調控，特別是胰島素（insulin）如何透過調控蛋白磷酸酶1（Protein Phosphatase 1, PP1）來影響肝醣磷酸化酶（glycogen phosphorylase）和肝醣合成酶（glycogen synthase）的磷酸化狀態。

核心觀念： 肝醣的合成與分解是細胞儲存和釋放葡萄糖的主要途徑，其調控對於維持血糖穩態極為重要。胰島素主要在血糖升高時分泌，促進肝醣的合成，抑制肝醣的分解。PP1 是一種去磷酸化酶，在胰島素的調節下發揮作用。

胰島素的作用機制：

1. 胰島素與受體結合： 當血糖升高時（例如餐後），胰臟的β細胞分泌胰島素。胰島素與肝細胞膜上的胰島素受體結合，啟動細胞內信號傳導通路，其中一個重要效應是促進蛋白磷酸酶1 (PP1) 的活性。PP1 是一種絲/蘇氨酸磷酸酶，它能從磷酸化的蛋白質上移除磷酸基團。

2. PP1 對肝醣磷酸化酶 (Glycogen Phosphorylase) 的作用：

   • 肝醣磷酸化酶 (GP)： 催化肝醣分解為葡萄糖-1-磷酸。其活性形式是磷酸化的形式（GP-a），而非活性形式是去磷酸化的形式（GP-b）。
   • PP1 的作用： PP1 會去磷酸化磷酸化的肝醣磷酸化酶（GP-a），將其轉化為去磷酸化的、活性較低的GP-b。
   • 結果： 肝醣分解的速率減慢。

3. PP1 對肝醣合成酶 (Glycogen Synthase) 的作用：

   • 肝醣合成酶 (GS)： 催化葡萄糖單元添加到肝醣鏈上。其活性形式是去磷酸化的形式（GS-a），非活性形式是磷酸化的形式（GS-b）。

此題考驗對檸檬酸循環（Citric Acid Cycle, TCA Cycle）中產生NADH的酶的識別，以及這些酶的調控機制。

核心觀念： 檸檬酸循環是細胞呼吸的核心代謝途徑，產生大量的還原力（NADH 和 FADH$_2$）和 ATP（或 GTP）。NADH 的產生是循環中氧化步驟的結果。調控主要集中在幾個關鍵的不可逆反應步驟，以響應細胞的能量需求。

產生 NADH 的酶：

在檸檬酸循環的每一個循環中，有三個步驟會產生 NADH：

1. 異檸檬酸脫氫酶 (Isocitrate Dehydrogenase, ICDH)

   • 反應： 異檸檬酸 (Isocitrate) 被氧化並脫去一個二氧化碳，生成α-酮戊二酸 (α-Ketoglutarate)。此反應產生一個 NADH 和一個 CO$_2$。
   • 化學式簡化： Isocitrate + NAD$^+$ → α-Ketoglutarate + NADH + H$^+$ + CO$_2$

2. α-酮戊二酸脫氫酶複合物 (α-Ketoglutarate Dehydrogenase Complex, α-KGDH)

   • 反應： α-酮戊二酸 (α-Ketoglutarate) 被氧化並脫去一個二氧化碳，同時與輔酶A (CoA) 結合，生成琥珀醯輔酶A (Succinyl-CoA)。此反應產生一個 NADH 和一個 CO$_2$。
   • 化學式簡化： α-Ketoglutarate + NAD$^+$ + CoA → Succinyl-CoA + NADH + H$^+$ + CO$_2$
   • 注意： 這個複合物與丙酮酸脫氫酶複合物 (PDH complex) 和支鏈α-酮酸脫氫酶複合物 (BCKDH complex) 結構和機制相似，由E1, E2, E3三個酶亞基組成。

3. 琥珀酸去氫酶 (Succinate Dehydrogenase, SDH) - 實際上產生 FADH$_2$

   • 注意： 題目問的是產生 NADH 的酶。琥珀酸去氫酶 (Succinate Dehydrogenase) 產生的是 FADH$_2$，而不是 NADH。這個酶是唯一一個同時存在於檸檬酸循環和電子傳遞鏈複合物II中的酶。
   • 反應： 琥珀酸 (Succinate) 被氧化為延胡索酸 (Fumarate)。
   • 化學式簡化： Succinate + FAD → Fumarate + FADH$_2$

4. 蘋果酸脫氫酶 (Malate Dehydrogenase, MDH)

   • 反應： 蘋果酸 (Malate) 被氧化為草醯乙酸 (Oxaloacetate)。此反應產生一個 NADH。
   • 化學式簡化： Malate + NAD$^+$ → Oxaloacetate + NADH + H$^+$

總結產生 NADH 的酶：

• 異檸檬酸脫氫酶 (Isocitrate Dehydrogenase)
• α-酮戊二酸脫氫酶複合物 (α-Ketoglutarate Dehydrogenase Complex)

此題考驗對粒線體偶聯解離劑（uncoupling agents）作用機制及其生理後果的理解，特別是FCCP。

核心觀念： 粒線體中的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是ATP合成的主要途徑。電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）將電子傳遞的能量用於將質子（H$^+$）泵入粒線體膜間隙，建立質子梯度（proton-motive force, PMF）。ATP合成酶（ATP synthase）利用這個質子梯度將ADP和Pi合成ATP。偶聯解離劑（uncouplers）會破壞質子梯度，使電子傳遞的能量不被用於ATP合成，而是以熱能形式散失。

FCCP的作用模式（Mode of Action）：

FCCP 是一種典型的化學偶聯解離劑，它是一種親脂性分子，結構中包含一個質子可結合的基團（通常是肼基）和一個疏水性的芳香環。

1. 質子載體（Protonophore）： FCCP 是一種質子載體（protonophore）。它的作用是作為一個載體，能夠攜帶質子穿過本來對質子不通透的粒線體內膜（inner mitochondrial membrane）。

2. 質子攜帶機制：

   • 在粒線體膜間隙（intermembrane space, IMS），質子濃度較高，pH較低。FCCP 的質子可結合基團可以質子化（接受一個 H$^+$）。
   • 質子化的 FCCP (FCCP-H$^+$) 是一個中性分子，它能夠溶解並穿過親脂性的粒線體內膜，擴散到粒線體基質（mitochondrial matrix）中。
   • 在粒線體基質中，質子濃度較低，pH較高。FCCP-H$^+$ 會釋放其質子，恢復到未質子化的形式 (FCCP)。
   • 未質子化的 FCCP (FCCP) 再次擴散回膜間隙，重複這個循環。

3. 破壞質子梯度： 透過上述機制，FCCP 相當於在粒線體內膜上開了一個「質子通道」，讓質子能夠繞過 ATP 合成酶，直接從膜間隙流回基質。這導致：

   • 質子動勢 (Proton-Motive Force, PMF) 下降： 質子梯度（電化學梯度）被削弱或消除。

細胞被 FCCP 處理的後果：

此題考驗對菸鹼酸（niacin, vitamin B3）及其衍生物在代謝氧化還原反應中重要性的理解，以及其與糙皮病（Pellagra）的關聯。

核心觀念： 菸鹼酸（Niacin）在體內可以轉化為兩種重要的輔酶：煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD$^+$）和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP$^+$）。這兩種輔酶是細胞內許多氧化還原反應中的關鍵電子載體。糙皮病是由於菸鹼酸或其前體色氨酸攝取不足導致的營養不良疾病。

菸鹼酸及其衍生物的重要性：

1. NAD$^+$ 和 NADP$^+$ 的角色：
   • 電子載體： NAD$^+$ 和 NADP$^+$ 的核心結構是煙醯胺環（nicotinamide ring）。這個環能夠接受一個氫離子（H$^+$）和兩個電子（e$^-$），從而從氧化態的 NAD$^+$ / NADP$^+$ 轉變為還原型態的 NADH / NADPH。
     • NAD$^+$ / NADH： 主要參與分解代謝（catabolism）過程，例如：
       • 檸檬酸循環 (Citric Acid Cycle)： 多個步驟需要 NAD$^+$ 作為氧化劑，產生 NADH。NADH 隨後進入電子傳遞鏈，產生大量 ATP。
       • 醣解作用 (Glycolysis)： 步驟6，甘油醛-3-磷酸被氧化成1,3-二磷酸甘油酸，需要 NAD$^+$ 接受電子生成 NADH。
       • 脂肪酸氧化 (Fatty acid oxidation)： 循環中的幾步氧化反應需要 NAD$^+$ 作為電子受體。
       • 酒精代謝 (Alcohol metabolism)： 乙醇氧化成乙醛，需要 NAD$^+$ 轉換為 NADH。
     • NADP$^+$ / NADPH： 主要參與合成代謝（anabolism）過程，例如：
       • 脂肪酸合成 (Fatty acid synthesis)： 需要 NADPH 作為還原劑。
       • 膽固醇合成 (Cholesterol synthesis)： 需要 NADPH。