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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？ [:1700256321]
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延伸阅读乙酰辅酶A路径上的几种铁硫蛋白
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在这篇文章里，我们会简要介绍产甲烷古菌和产乙酸细菌在乙酰辅酶A路径上用到的几种重要的酶，它们都是铁硫蛋白。
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在图3—6里，有一个到处活跃的深酒红色圆角矩形，名叫“铁氧还蛋白”，它就是一种很有趣的铁硫蛋白。这种蛋白个头很小，内部只有1个铁硫簇，在细菌和古菌的细胞内通常是“四铁四硫簇”，意思是这种铁硫簇由4个铁原子和4个硫原子组成，是一个近似立方体的框架，如果偶尔是“三铁四硫簇”，那就是立方体框架缺了一角。图3—13同样是一个简单的示意图。
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这些铁原子全都是+3价，拥有不错的氧化性。如果附近有非常活跃的电子供体，这些铁原子就非常乐意接受一两个电子，把它们存储在整个立方体网格内，大家共享。这样储存了额外电子的铁氧还蛋白，就叫还原态的铁氧还蛋白。
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接受了电子的铁原子会变成+2价，拥有可观的还原性。所以，还原态铁氧还蛋白一旦遇到了氧化性比较强的物质，也能痛痛快快地把那一两个电子交出来，重新变成氧化态的铁氧还蛋白。
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于是你看，铁氧还蛋白里的铁硫簇，就像电容器一样，既可以接受电子，也可以交出电子，所以在乙酰辅酶A路径里，它们就是电子的专用保鲜车。
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图3—13 一个极简的四铁四硫-铁氧蛋白模型。中央是一个四铁四硫簇，周围灰色的是包裹铁硫簇的蛋白质。稍需注意的是，本书的图示为了表现方便，将铁硫簇都画成了立方体，但严格地说，铁硫簇并不是立方体，因为铁原子和硫原子的键角不同，硫原子所在的顶点要往外拉出去一些。另外，为了突出重点，周围的蛋白质也刻意画小了许多。（作者绘）
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而产甲烷古菌长分支里的第一步反应，也就是图3—6长分支开头处从二氧化碳到甲酰甲烷呋喃的箭头，就用到了铁氧还蛋白。催化这步反应的酶，又是一个有趣的铁硫蛋白，名叫“甲酰甲烷呋喃脱氢酶”，拥有非常复杂的结构，但为了理解方便，它被简化成了图3—14的样子XV。
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这个酶的内部藏着一条两端开口的通道，通道的中途有一个钨原子，末端有一个锌原子，钨原子背后是一串由铁硫簇构成的“量子导线”。
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图3—14 沃氏甲烷嗜热杆菌（Methanothermobacter wolfeii）的甲酰甲烷呋喃脱氢酶的结构图示。这里只画了3个铁硫簇，但实际上还有更多，这里省略掉了。（作者绘）
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在具体的催化反应中，请再次对照图3—6，还原态的铁氧还蛋白会结合在量子导线的末端，一个二氧化碳分子也会从通道开口扩散进去。那么，当二氧化碳顺着通道扩散到钨原子附近，就立刻接通了一个电路：铁氧还蛋白充满了给出电子的“意愿”，如同负极，二氧化碳分子拥有接受电子的能力，如同正极。于是，铁氧还蛋白上的一对电子沿着铁硫簇构成的“量子导线”跃迁过来，转移给氧化性更强的二氧化碳，而得到了电子的二氧化碳又会立刻抓取通道里的氢离子，由此变成甲酸。所以铁硫簇在这个酶里的作用，与在第六章复合物I里的作用是一样的。
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接着，这个甲酸分子会继续沿着通道扩散，在出口处遇到早已结合在锌原子上的甲烷呋喃，并且在这个锌原子的催化下变成一个甲酰基，结合到甲烷呋喃上，事儿就成了，甲酰基装上了第一辆“保鲜车”。XVI
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这种“在通道里随机运动最后低达目标”的催化方式是一种标准的势垒约束，在增章《生命的麦克斯韦妖》中有非常重要的意义，值得仔细体会。
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继续对照图3—6，这个甲酰基上了一辆黄色的保险车，这辆车在细菌和古菌那里有些细微的差别，我们姑且把它统一叫作“四氢叶酸”。总之，甲酰基被四氢叶酸携带着，经过了一路的还原反应，最后就变成了甲基。到了长分支的末端，它又换乘一辆钴蓝色的保鲜车，这辆保鲜车也是一种辅酶，叫作“钴咕啉”，但它不像其他辅酶那样到处游走，而要镶嵌在一种专门的蛋白质上，这个蛋白质就叫作“钴咕啉铁硫蛋白”——顾名思义，除了镶嵌着钴咕啉，它还是一种“铁硫蛋白”，镶嵌其上的通常是一个四铁四硫簇。XVII
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让我们把注意力集中在“钴咕啉”上，它的名字照例源自它的结构，是一种“镶嵌了钴离子的咕啉环”[8]。这东西听上去很陌生，实际上绝大多数的生命体都离不开它，比如各种动物所必需的维生素B12就属于这类辅酶。而这类辅酶的一大专长，就是结合甲基。
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当然，这样说未免太抽象，把图3—15里的钴咕啉展示得具体一些，就是图3—16。你看，钴离子能够接受前后左右上下共6个方向的配位，于是，咕啉环的四颗牙咬住了它的前后左右，一条尾巴又从下方勾住了它，这样一来，钴离子就只在上方感到“空虚”，很想“咬”住一个别的什么原子团（图中的“R”）。
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而甲基带着一对空闲的电子，正是这样一个最好咬的原子团。所以，当那辆装载着甲基的四氢叶酸泊进了钴咕啉铁硫蛋白，那个钴离子就会不由分说抢走那个甲基，整个过程就像图3—15示意的那样。
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那么，铁硫簇在这个过程中发挥了什么功能呢？
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这就有些微妙了。
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那个甲基被钴离子抢到之后，又会被另一个镍原子抢走，拿去与一氧化碳合成乙酰基。这样，钴离子又会重新不满，再次去甲基四氢叶酸上抢甲基，如此往复不断，就像接力搬砖一样，乙酰基就被源源不断地制造出来了。
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但这个钴离子并不是很有耐力，搬上一会儿砖就累得不动了。这是因为只有+1价的钴离子有搬砖的能力，而这样的钴离子具有很强的还原性，随时可能偷偷扔掉一个电子，变成不肯搬砖的+2价钴离子。平均下来，钴离子每搬100个甲基就会罢工一次，这实在是相当任性了。
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那么，怎么办呢？