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图5—32 一种产甲烷古菌，热自养甲烷嗜热球菌（Methanothermococcusthermolithotrophicus）的“异二硫还原酶/铁镍氢化酶复合物”反应原理简图。（作者绘）
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这就多亏了核黄素作为“门控”的独特性质了。
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一般的物质如果失去了一个电子，就更难失去第二个电子，这就好像挖坑总是越深越难挖。反过来也一样，如果得到了一个电子，就更难得到第二个电子，这就好像堆土总是越高越难堆。
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但核黄素不太一般，它能接受两个电子，而且接受第二个电子比接受第一个电子还容易，也就是说，它只要拿到了一个电子，立刻就会疯狂地再去抢夺另一个电子，这使它拥有了挺强的氧化性。反过来也一样，得到了两个电子的核黄素要失去第一个电子需要不少的能量，但要继续失去第二个电子就只需追加一丁点的能量，恨不得立刻把另一个电子送走。
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既然如此，那个“抵押”就能派上用场了：它们具有不错的氧化性，有本事抢来第一个电子，这将是一个自发的反应，一个释放能量的反应，而这份能量就足以使核黄素的第二个电子变得非常烫手，核黄素会按捺不住地想要把它送走。奈何那个抵押一次只能接受一个电子，于是，核黄素就会一反常态地大发善心，顺着下方的通路，硬把第二个电子塞给了铁氧还蛋白。而抵押一共能够接受两个电子，所以这整个过程会发生两次，每次都把第一个电子交给抵押，再把第二个电子交给铁氧还蛋白。
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图5—33 第一行的两个矩形里是辅酶B（7—巯基庚酰苏氨酸磷酸酯）和辅酶M（2—巯基乙烷磺酸）的分子式和图示。第二行是它们结合成的异二硫辅酶的分子式和图示。第三行是异二硫辅酶与铁硫簇结合时的形态，也就图5—32里的“氧化性辅酶”，它实际上会重新拆分成两个辅酶，分别结合一个四铁四硫簇，然后两个辅酶分别接受一个电子。（作者绘）
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事儿就这样成了！通过电子分歧，氢分子交出了两个电子，变成了氢离子。这对电子又走上了两条不同的岔路，一个参与了热力学上可能的反应，释放了许多能量；另一个则直接利用了这份能量，投入了原本不可能的反应，制造了原本不该出现的产物，即充满了电子的铁氧还蛋白。当然，那个抵押也被消耗掉了，所以在之后的代谢里，细菌和古菌都要挪用细胞代谢的能量，把它们循环回来。
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至于这个抵押具体是什么，在产乙酸细菌那里，正文已经说得很清楚了，那是我们非常熟悉的辅酶NAD⁺和H⁺；但在产甲烷古菌那里，正文却只是概括地说了个“二硫键”。但实际上，那是由两种辅酶，辅酶B和辅酶M，以二硫键联合起来的“异二硫辅酶”——所以古菌的电子分歧酶会更具体地叫作“异二硫还原酶”。
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我们说过，在蓝细菌出现以前，地球上几乎没有游离的氧元素，地热活动释放的硫元素已经是最接近的替代物了，所以那时候的过硫化物恐怕就好比今天的过氧化物，已经是非常强的氧化剂了。在电子分歧的过程中，异二硫辅酶作为“抵押”夺取核黄素的第一个电子可以释放出274单位的能量，而把核黄素的第二个电子塞给铁氧还蛋白只需86单位的能量[10]，的确是绰绰有余。
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但是反过来，异二硫还原酶经过抵押就重新变成了辅酶M和辅酶B，它们要怎么重新结合成异二硫辅酶呢？
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图5—34 更加详细的产甲烷代谢图示。在图5—25的基础上补充了“二硫键循环”的细节。（作者绘）
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这件事要分两步走。首先，如图3—6，在乙酰辅酶A路径的长分支末端，二氧化碳已经被还原成了甲基，携带在辅酶四氢蝶呤上，这个甲基本来应该继续与一氧化碳结合成乙酰，但是为了赎回抵押物，一种甲基转移酶就会把一部分辅酶四氢蝶呤拦截下来，把它的甲基转移给辅酶M，成为甲基辅酶M——而这个过程就会释放很多能量，如正文所说，甲基转移酶可以借此把氢离子泵出细胞膜去。XIII
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接着，这个甲基辅酶M仍然带着一些额外的能量，它再与辅酶B相遇，就能恢复成异二硫辅酶，同时释放出一份垃圾甲烷了。
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事儿就这样成了，异二硫辅酶以甲基为代价，完成了循环。
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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？ [:1700256382]
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延伸阅读铁硫蛋白的起源与进化
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作为整本书最后一篇“延伸阅读”，我们恐怕还是得多回答一个问题：从第九章到这一章，我们已经见过了林林总总好多种奇妙的铁硫蛋白，它们是怎么进化出来的？的确，第二十章说过，含有半胱氨酸的肽链很容易在折叠成蛋白质的时候把正在形成的铁硫原子簇包裹进去，但是，它们怎么就能包裹得如此恰到好处，形成那些惊人的“电路”呢？
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模块化，答案是模块化。
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在之前所有的插图里，为了表述简单，我们把各种复杂的铁硫蛋白都画成了团块状，许多个铁硫簇被“巧妙”地安排在里面，构成了精致的电路。但实际上，除了铁氧还蛋白这个最简单的例子，其他所有铁硫蛋白都是蛋白复合物，都像ATP合酶一样，由一个个原本独立的蛋白质组装而成。而这些独立的蛋白质，就是细胞的“电路模块”，它们当中的每一个通常只有不超过4个铁硫簇，只能形成“储存两个电子”“沟通上方和下方”“沟通左上角和右下角”“上面进来，可以从左边出去也可以从右边出去”这样最简单的电路功能。然而请回忆第十八章，我们说过，蛋白质这样的生物大分子能在表面形成各种各样的相互作用，然后就会根据各自的三维形态，像鲁班锁一样组装起来。而对于铁硫蛋白，这样的组装就会使那些电路模块一个个地沟通起来，形成规模更大、功能更复杂的电路。而不同的组装方式又会产生不同的功能电路。
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比如说，我们最近在伍氏乙酸杆菌的细胞内发现了一种“氢依赖型二氧化碳还原酶”（hydrogen dependent CO₂ reductase，HDCR），它能够在氢气浓度非常高，达到产甲烷作用所需下限250倍以上的时候直接用氢气还原二氧化碳，而不需要辅酶NADH的协助。
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而研究了它们的蛋白质结构之后，我们发现，这个二氧化碳还原酶包括了三种铁硫蛋白模块：HydA模块用来结合氢分子，两个HycB模块用来传导电子，还有一个FdhF模块用来结合二氧化碳。这三种模块我们一点儿都不陌生，它们在别的蛋白质，甚至别的细菌里都能派上用场：那个HydA模块就是伍氏乙酸杆菌的电子分歧酶用来结合氢分子的模块，而FdhF模块和HycB模块是氢化酶的标配，比如在大肠杆菌的电子传递链上，这两个模块就会结合起来从甲酸那里拿走电子，去还原氢离子。XIV
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这整个过程让我们想起集成电路出现之前，电气工程师要用标准化的电容、电阻、电感、开关、导线等零件尝试组装各种各样的电路。但在进化的历史上，组装铁硫蛋白的不是任何电气工程师，当然更不是其他任何“设计师”，而是随机突变和自然选择：前者产生了各种各样的电路模块，它们内部的铁硫簇有纳米尺度的位置差异，它们外部的作用力有埃米尺度的分布差异，这样一来，不同的电路模块就会因为不同的内外属性，自发地组合出各种各样的功能电路。而自然选择就只需在这琳琅满目，数以亿甚至千亿计的功能电路当中，找到性能最佳的那一小撮，而让其他糟糕的突变在竞争中淘汰掉，就可以了。