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我们注意到，这个三羧酸循环中有一些非常蹊跷的事情：本来，我们期待这个循环能制造出大量ATP，但这个反应只是在左下方生成了1分子ATP[8]，那么，2分子丙酮酸就该分装出2分子ATP。但是，上文明明说好了2分子丙酮酸能够分装出36分子ATP，剩下的34分子ATP哪儿去了？
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图2—13 三羧酸循环图解。本图解省略了催化反应的酶。另外，线粒体基质是弱碱性的，图示中的各种酸实际上都会电离成酸根，但为了表现方便，这里也省略了。弗里茨·李普曼因发现“辅酶A”在代谢中的作用而与克雷布斯共享1953年诺贝尔奖。这种被称为“辅酶A”的物质的最重要的功能就是把乙酰基导入三羧酸循环——在这一章里，我们不必在意它，但到了第三幕，我们会花很多时间与它相处。（作者绘）
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这就让我们注意到了另一处蹊跷：整个三羧酸循环仍然不需要氧分子，没能释放出期望中的那些能量也就毫不奇怪了。是的，三羧酸循环产生的水和二氧化碳全都是有机物被催化分解的产物，而不是有机物被氧分子氧化的产物。其中，丙酮酸带进线粒体的碳已经全部转化成二氧化碳，终将随着呼吸排出体外，但同时带进线粒体的氢原子全都被被称为辅酶NADH和辅酶FAD的神秘物质带走，不知所踪了。
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当然，我们并不是完全不知道氢去了哪里，我们也已经说了好几遍氢原子被拿去与氧结合成水。那么，是不是只要找到了那个氢与氧结合的地方，就能找到那些失踪的ATP了呢？
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图2—14 阿尔伯特·圣捷尔吉因对三羧酸循环中的延胡索酸的研究获得1937年诺贝尔生理学或医学奖。（J. W. McGuire摄）
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图2—15 汉斯·克雷布斯（左）和弗里茨·李普曼（右）。（SmithsonianInstitution摄）
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256292]
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·电子传递链·
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但那个氢与氧结合的地方，我们早就找到了。
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早在19世纪，生物学家们就已经认识了红细胞里的血红蛋白，发现是含铁的血红素携带了氧分子，于是推测在身体的其他细胞内还有另外一种“细胞色素”，这种细胞色素用类似的机制结合氧分子，实现细胞呼吸。而在1918年到1923年，德国骑兵兼生物学家，奥托·瓦尔堡（Otto Heinrich Warburg，1883—1970）真的在细胞内发现了一种“含铁的呼吸酶”，发现它能提高细胞有氧呼吸的效率，并且确信它也含有血红素，因为这一突破，他获得了1931年的诺贝尔奖。
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现在我们知道，瓦尔堡发现的含铁氧化酶就镶嵌在线粒体的内膜上。那些在三羧酸循环中被辅酶带走的氢，真的就是在这种酶的催化之下，与氧分子结合成了水，而且这种结合也的确是因为这种酶中含有血红素[9]。
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但这件事还是没有听上去的那么直接——正如这一章刚开始就担忧的，氢与氧的直接结合会释放出大量的能量，足够把细胞烧死，所以这种含铁氧化酶要完成使命，还必须有另外三种酶配合工作，先把氢中的能量卸载得差不多，再以最温和的方式制造水分子。
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图2—16 奥托·瓦尔堡因发现呼吸酶的性质和作用方式，获得1931年诺贝尔生理学或医学奖。
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图2—17 电子传递链（注意黑色的小圆点的流向——这张图还没有画完）。（作者绘）
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说得具体一点儿也并不难以理解。另外三种酶会把氢原子拆成氢离子和电子，前者是非常温和的东西，水环境里有无穷多的这玩意儿，根本不用理会，随意扔掉即可；而那个电子则是“还原性”的本体，能量大得很，这三种酶会接力传递它，使它的能量逐渐降低，最后再传递给那个含铁的氧化酶。这恰似两只手来回抛接一颗刚出锅的糖炒栗子，待到它冷却了，才送进嘴里——只是那些酶的动作要快得多，平均每分钟能传递上万个电子。
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在那个含铁氧化酶上，这些“冷却”的电子会把氧分子还原成氢氧根离子。而氢氧根离子也是水环境里很温和的东西，它再随便结合一个同样温和的氢离子，就成了水分子，从此汇入细胞内的水环境去，事儿就成了。
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这一整套通过传递电子，最终把氢和氧化合成水的大型酶系统，就叫作“电子传递链”。如图2—17所示，瓦尔堡发现的含铁氧化酶就是其中最后一环——“复合物IV”，而那三种配合工作的酶，就分别被称为复合物I、复合物II[10]和复合物III。第二章里我们说过，细胞内负责呼吸的关键的酶有许多都是铁硫蛋白，那说的就是电子传递链上的这四种复合物。
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在人体内，每个活跃的细胞内都有成百上千个线粒体，每个线粒体的内膜上又都有数万套电子传递链，如果将一个成年人体内的线粒体内膜全部铺展开，面积将超过4万平方米，或者四五个足球场。
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