作者班级：2023级临床医学（本博连读，齐鲁医学堂）

作者姓名：孙浩宸

指导老师姓名：郭今心

摘要：三羧酸循环是生物体内糖类物质有氧代谢的途径之一。本文将运用比拟的手法简述了三羧酸循环的过程。

关键词：生物化学；糖代谢；三羧酸循环；有氧氧化；丙酮酸

丙酮酸镇上没有定居的人。

他们多在儿时随父母搬来，长大后再去往别处[1]。

张家人十年前从葡萄村搬到了这里。张家养有一个闺女，发似垂落黑绸缎，眉如天边皓月弓，面颊同苹果般红润，故取名阿果。阿果十五初长成，正是离家学艺好年纪。该去哪呢？

“去乳酸镇吧，你哥哥在那开的有厂子。”

“问问林业局，乙醇乡还招不招工。听说有编制，现在人家嫁人都看编制！”

阿果走开了。

她登上城郊的一座丘，在山头上坐了一夜。山脚下，湖泊平静而惬意；山腰上，大树繁茂而扎实，但于她而言，总觉得少了些什么。眼前的风景仿佛定帧的画，她的目光慢慢呆滞，心灵渐渐睡去了。

突然，她怎么也睡不着了。地平线上的新日散射着耀眼的红，光撕裂晨雾，照亮了山路上徐徐走来的年轻人。那是阿水，她在丙酮酸中学最好的朋友，二人因为共同的人生理想走在一起。

“我加入了一个探险者组织，你要不要一起去呀？”

这一刻，阿果心中早已畅想无数遍的未来变得具象化。她揉了揉眼，飞扑过去。

阿水带她来到探险者基地，这里全是有相同梦想的年轻人。他们的目标只有一个：环游地球！

“明天就出发？”

“明天就出发！”

阿果和阿水碰了拳，约定明天在城郊南码头相见。

第二天一早，城郊南码头围满了人。送行的人把码头填了个水泄不通，阿果与家人道别后，也匆匆上了船。她拉上冲锋衣，扣下太阳镜，与同行者迎着朝阳出发。他们的编队有个共同的名字：乙酰CoA探险队。从此，她也有了一个新的代号：乙酰CoA探险队员-阿果。

第一站 柠檬酸小镇

本次探险共有六人，四位老队员和阿果、阿水两位新人。探险队实行“老带新”的制度，新队员由刚从草酰乙酸城回来的老队员带领，在柠檬酸合酶的指引下抵达柠檬酸小镇[1]（图1）。如若擅自行动，则易误入甲烷的海域，受到海盗的劫持[2]。

在前往柠檬酸小镇的过程中，由于羰基的吸电子效应，乙酰CoA的甲基碳脱去氢离子，形成碳负离子。碳负离子破坏草酰乙酸的羰基双键，脱下的氢又被加到草酰乙酸的羰基氧上，如此发生克莱森缩合反应。然而这个过程离不开柠檬酸合酶的帮助，它水解了乙酰CoA的硫酯键，释放了大量能量，使得反应正向进行[2]。

图1乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸（图片源于网络）[2]。

第二站 异柠檬酸镇

探险家们已经到达柠檬酸小镇了，现在可以开始氧化脱羧去往异柠檬酸镇了。应该脱哪个呢？此刻，阿果想起出发前的叮嘱，“我们的终极任务是完成环球航行，实现完全氧化……”她意识到，如果脱去两头的羧基则会产生难以氧化的甲基，因此她推断，一定是脱去中间的羧基！

“万事俱备，只欠脱羧！”

然而，阿果发现了异常：“我们被卡在异构海峡了，脱羧反应无法进行！”经过长时间的分析，她发现是羟基供电子效应的存在影响了羧基的脱去[2]。于是，她们决定绕行顺乌头酸海角。绕行顺乌头酸海角的路线采用先脱水后加水的方式进行，在乌头酸酶的帮助下先抵达顺乌头酸海角，稍作休整后，前往异柠檬酸镇[1]（图2）。

图2柠檬酸脱水生成顺乌头酸又加水生成异柠檬酸（图片源于网络）[2]。

第三站 α-酮戊二酸市

从异柠檬酸镇前往α-酮戊二酸市的路需要NAD+的辅助。

羟基在异柠檬酸脱氢酶的帮助下先被氧化为羰基，羰基通过吸电子效应促进脱羧生成草酰琥珀酸，脱下来的氢原子由NAD+结合，生成NADH。草酰琥珀酸三角是极其凶险的海域，稍不小心可能全员丧命于此。幸好他们得到了锰离子的援助，与锰离子形成稳定的烯醇式中间体后脱去中间的羧基[2]，到达第三站，α-酮戊二酸市[1]（图3）。

图3异柠檬酸脱水生成草酰琥珀酸，之后脱羧形成α-酮戊二酸（图片源于网络）[2]。

第四站 琥珀酰CoA岛

她们的下一个任务是脱去第二个羧基。同样的问题再次摆在她们面前：脱去哪个呢？

“这题我会，公式秒了，脱下面的！”阿果已经熟练得可以抢答了。果然，不出所料，这一段由α-酮戊二酸复合体帮助、NAD+协助的旅程，正是α-酮戊二酸的脱羧酰化反应。α-酮戊二酸脱去一个羧基，并与CoA-SH结合酰化，同时NAD+生成NADH，释放二氧化碳[1]（图4）。

在经过草酰琥珀酸三角和前往琥珀酰CoA岛的两次脱羧过程中，还是有两位老队员牺牲了。老队员说，每一次脱羧都意味着一次蜕变，但蜕变也伴随着牺牲，“只有老一辈的退下，新一代才能进来”。曾经草酰乙酸两端的两个碳均被完全氧化，而乙酰CoA连到了草酰乙酸的碳链上形成了新的四碳化合物[1]。

图4α-酮戊二酸生成琥珀酰CoA（图片源于网络）[2]。

第五站 琥珀酸镇

想要到达草酰乙酸城，先要在琥珀酰CoA合成酶的帮助下水解CoA基团。正如前往柠檬酸小镇时所学，水解释放大量能量，发生底物水平磷酸化。使同行的GDP变成GTP，自身变成琥珀酸[1]（图5）。

图5琥珀酰CoA生成琥珀酸（图片源于网络）[2]。

第六站 延胡索酸岛

从琥珀酸镇抵达草酰乙酸城，只差一个羰基的距离。他们决定通过延胡索酸岛过渡一下，完成这段旅程。

她们请到琥珀酸脱氢酶来帮忙，FAD来辅助，从琥珀酸上脱下两个氢，与FAD结合生成FADH2。而他们自身变成延胡索酸，抵达旅程第六站[1]（图6）。

图6琥珀酸生成延胡索酸（图片源于网络）[2]。

第七站 L-苹果酸乡

向草酰乙酸城前进的下一站则是L-苹果酸乡站。她们在延胡索酸岛上向寻求延胡索酸酶作为航行的信标。

然而，“停！你们是什么人！”延胡索酸岛的海关人员站在码头，要求查验每位探险家的护照。

是边检？还是内鬼？

“怎么办……我们是不是回不去了？”

“我们不会要被扣留在这吧……”

其他探险家小声议论着，声音颤抖，面色煞白。

“别怕，让我去谈个究竟。”阿果径直向海关人员走去。

见阿果走来，海关人员严肃地问道，“你们入境的是顺式延胡索酸岛，还是反式延胡索酸岛？”

阿果松了口气，斩钉截铁地答道：“反式的。”这道题她早有准备。

“那就好！法律规定，我们只能帮助反式延胡索酸岛的入境人员前往L-苹果酸乡[2]。”

阿果终于放下心来，表达了感谢，然后带领其他探险队员上了船。

他们在延胡索酸酶的帮助下与水结合并脱去一个氢离子，生成碳负离子，又与脱下的氢离子作用[2]，生成了L-苹果酸[1]（图7）。

图7延胡索酸生成L-苹果酸（图片源于网络）[2]。

第八站 草酰乙酸城

“旅途只剩最后一站了！”阿果鼓励大家，“马上我们就要到达草酰乙酸城了！”

最后一段旅程由L-苹果酸脱氢酶来指引，NAD+协助完成。L-苹果酸上的羟基被氧化生成羰基，脱下来的氢由NAD+来承接生成NADH[1]（图8）。

图8L-苹果酸生成草酰乙酸（图片源于网络）[2]。

至此，环球旅行结束了。曾经的小探险家已然成为经验丰富的老探险队员。四位幸存者总结了整个行程，共经历了两次脱羧，四次脱氢，一次底物水平磷酸化[1]。她们把这段经历整理成了一张图表，展示给世人（图9）。

图9三羧酸循环的全流程（图片源于网络）[3]。

“我们的任务完成了，终于可以回家啦！”阿水欢呼道，船舱里充满了快活的空气。

“我们……可能回不去了。”

“啊？”阿水惊愕地看向阿果。

她想起来在前往柠檬酸站的时候，老探险家对她说了什么。那时的她不明白什么意思，然而今日蜕变成老探险家，她真正理解了那些话的含义。第一步克莱森缩合反应中，由于水解了硫酯键，大量能量被释放，这导致反应不可逆。也就是说，一旦生成了柠檬酸，就再也变不回乙酰-CoA了[2]。

海上卷起的狂风，扒开船舱门，奋力拍打着墙上的挂历。日子一天天过去，八站的路程他们走了八年。阿果和家人的照片压在透明桌布下，桌布被打湿了，不知是卷起的浪，还是流下的泪。船舱内变得死寂，死寂。她们瘫坐在甲板上，望着无边的海与汹涌的浪，思索，“那边会不会是自己的家呢？”

“别灰心，想想我们这一路，也很伟大的，不是么？”阿果仰起头，望着灰蒙蒙的天空。笑着，强笑着，泪水与雨水混杂着。“我们脱羧生成的二氧化碳，可以用于植物的光合作用，为生态系统固定太阳能[4]；脱氢生成的NADH和FADH2，可以用于有氧呼吸第三阶段，为生命活动提供大量能量[5]；而底物水平磷酸化生成的GTP可以与ADP反应生成ATP，供给细胞能量[1]。

“所以，我们也不枉环球航行这一趟，不是么？与其‘哀吾生之须臾，羡长江之无穷’，不如‘挟飞仙以遨游，抱明月而长终’。”

月亮安静了，靠在船舱上。海上的波涛依然汹涌，她们却枕着波涛，睡了，睡了。

阿果梦见自己回到了那天晚上，一个人平静地坐在山头，望着山下的星星点点，仿佛是拯救世界的英雄；如今的她依然平静，村里的人像海的方向眺望，渴望哪颗粼粼光点能是她们的船——人们都称她是英雄。阿果没有结婚，但是人们说她“嫁给了日出”。

忽然，阿果被一群孩子声惊醒了。“我们去哪呀？”孩子们问。

这是新的一批探险家，准备新的环球航行。

“去柠檬酸站。”阿果摸摸她们的头，仿佛看到那年稚嫩的自己。

“我们去哪呀？”其他老探险家们问阿果。

“看看航线图，我们的终点只有一个——二氧化碳。”

踏上新的征程，阿果摇身一变，散在风中。

她永远嫁给了日出。

参考文献：

查锡良.生物化学与分子生物学.第9版.北京：人民卫生出版社, 2018: 98-101.

糖代谢（五）：三羧酸循环. [2018-08-16].

https://zhuanlan.zhihu.com/p/42115109

生化图解1：三羧酸循环图解，可交作业. [2023-01-04].

https://www.bilibili.com/read/cv20973291

朱正威，赵占良.普通高中教科书 生物学 必修1分子与生物.第1版.北京:人民教育出版社, 2019: 104.

GHIFARI A S; SAHA S; MURCHA M W. The biogenesis and regulation of the plant oxidative phosphorylation system[J]. Plant Physiology, 2023, 192(2): 728.