如何理解「三羧酸循環中間產物起催化劑的作用，本身無量的變化」?

01-29

謝謝各位大佬回答，昨晚我的補充發送失敗了，現在補上:我的確不知道中間產物怎麼起催化劑作用，但我確定中間產物會成為其他分子的前體，也知道回補的存在。
各位的答案我會博採眾長，再次感謝。
這句話我用的《生物化學原理》（楊）里也沒有，就是在網上和老師的ppt里看見覺得很奇怪。

？？？這是什麼鬼話？？？

專門去網上搜了一下……霧草！！！這句話居然到處出現在各種課件、知識歸納之中！！！到底是誰寫的，拖出來打死可好？！

咱們就先來打一邊臉：縮句「三羧酸循環中間產物起催化劑的作用」→「產物起作用」，「作用」的修飾詞是「催化劑的」……………………

咱們先來複習一下什麼叫生物催化劑「酶」——它的化學本質是什麼？

答對了！蛋白質，還有部分RNA。

你這三羧酸循環裡面的只有4-6個碳的小必取就想取代人家大分子的地位？

（請仔細閱讀上面這句話的修飾詞，我並沒有說天下不存在一種小分子可以當催化劑。剪輯歸剪輯，不要把人剪成神經病。）

然後開始打第二邊臉：「本身無量的變化」……………………

你機不機道三羧酸循環除了有物質分解代謝功能之外，還是非常重要的合成代謝途徑？它可是為脂類、氨基酸、DNA、維生素甚至糖異生的合成提供原料的！沒有這些物質的合成，哪還活得下去？只靠進食不成啊，萬一少吃一頓或者食物中哪種成分偏低了，一下子就掛了。

三羧酸循環有那麼多東西要流向其他合成通路，因此，那些中間產物的量自然不可能永遠不會變化啊！你當是舍利子啊！

補充一下，添補反應（anaplerotic reaction）解決了上述三羧酸循環越跑東西越少的問題。

評論區那些沒學過生物化學的不要來秀下限跟我爭是不是催化劑好嗎？你看著好像循環裡面都是那些東西，但請你仔細研究一下C原子的走向，並回答問題：第二輪循環中，中間產物的那些C原子，還是不是原來第一輪的那些C原子？

當然，你可以argue原子構成不一樣也可以叫催化劑（嗎？），但只要量發生變化了，就不是催化劑了。

再來一條：催化劑催化的本質是降低活化能障，是通過與底物形成中間過渡態來實現的。所以有人認為，草醯乙酸、檸檬酸、異檸檬酸、……一直到蘋果酸，這些都是互為其他物質的過渡態？？？而不是一種真實存在的穩定物質？？我的天…………

這種觀點用孤立、封閉的視角來看待TCA，顯然是錯的

孤立、封閉的看待TCA

顯然會讓人覺得就是檸檬酸進去，CO2出來，同時生成一堆NADH和FADH2

問題在於

TCA所處的環境——比如說真核生物線粒體基質——並不是孤立、封閉的體系，而是一個開放的體系

TCA的「中間產物」，比如說α-酮戊二酸、蘋果酸、延胡索酸和草醯乙酸，往往都會調去做別的事情

——比如說，草醯乙酸和α-酮戊二酸，往往就是通過轉氨基作用來合成別的氨基酸（Asp和Glu）

——再比如，糖異生中，草醯乙酸可轉變為PEP

因此，TCA並不是一個單純的供能反應，它也為機體其他生化反應提供反應物

——相應的，機體其他生化反應的產物也可以投入到TCA中

翻了下，原來問題的意思是

草醯乙酸的數量不變然後套1910年的定義點點點。

但是問題是催化劑的定義早就變了啊。。。

我一直不了解這些定義，可能是因為我從來沒有接觸過課件、知識歸納、教輔書。在我看來，知道TCA是怎麼樣一串反應就行，所有這些在我看來就是各種有機分子之間的反應，比如這個

可能是因為高中簡化版的催化劑定義把中間體也算進去了吧。如何給它安上一個標籤，都是人為規定，怎麼說都行，開心就好，但事實發生了什麼反應不會以人的意志而改變。

催化劑的定義本來就不嚴格，教學中最基礎的催化劑是二氧化錳催化氯酸鉀分解

然後說二氧化錳不參與反應，也不會產生消耗

然而，當你考究的足夠嚴謹，這兩條都是是錯的好嗎

這個催化反應二氧化錳是直接參与了中間反應，只是最後理論產物和消耗數量相同而已

如果反應的量足夠巨大，二氧化錳也會產生可見的消耗，實際應用中不會消耗的催化劑是不存在的，(這個消耗不是指因混進產物中而產生耗損，而是反應本身的確會消耗掉催化劑）

用這麼一個本身就不是特別嚴謹的說法去說三羧酸循環，如果你嚴格較真三羧酸循環的反應鏈，你可以說這種說法是扯淡。但只關心反應結果的話，說三羧酸循環是一個催化反應中一個複雜的中間反應也沒有什麼問題

三羧酸循環中間產物是起催化劑的作用。

##2018.1.18 更新：原答案是早上出門以前倉促碼的，比較混亂，重新整理了一下文字，順道附上新找到的資料。

1.18新增：

偶然翻到了一篇關於TCA循環的諾貝爾獎演講稿，時間是1953年12月11日，演講人是當年的諾貝爾生理學或醫學獎獲得者Hans Adolf Krebs（因發現TCA循環）。

HANS A. KREBS. The citric acid cycle Nobel Lecture, December 11, 1953www.nobelprize.org

文稿主要講述了20世紀初的一些先期研究，到1937年Krebs發現TCA循環，以及之後的一些發展。

Final proof of this catalytic effect (as opposed to the oxidation in which the acids serve as substrate) was provided by Stare and Baumann in December 1936. These workers showed that very small quantities of the acids suffice to effect an increase in respiration, and that the increase is a multiple of the amount of oxygen necessary for the oxidation of the added substance.

文中提到了一個關鍵研究：1936年，Stare和Baumann的實驗最終證實， $C_{4}$ -二羧酸循環中的中間產物（琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸、草醯乙酸）起催化作用（而不是作為底物被氧化分解）。他們證實很小量的酸能夠增強呼吸作用，其效果是有需求時氧氣的數倍。

By a sequence of reactions in which cis-aconitate,isocitrate, α-ketoglutaric, succinic,fumaric, malic, and oxaloacetic acid are intermediates, one acetic acid equivalent is oxidized and the oxaloacetic acid required for the condensing reaction is regenerated. The concept explained the catalytic action of the di- or tricarboxylic acids, the oxidizability of these acids in tissues which oxidize carbohydrates, and the similarity of the characteristics of the oxidation of these substances and of the main respirations already noted by Batelli and Stem in 1910.

按照反應步驟生成順烏頭酸、異檸檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸、草醯乙酸作為中間產物，一當量乙酸被氧化分解，縮合反應所需的草醯乙酸則會再生。這個觀點解釋了二羧酸或三羧酸的催化作用，這些酸在組織中氧化分解糖類的能力，也解釋了Batelli和Stem注意到的這些氧化過程和呼吸作用的相似性。

##雖然未能確認當時的催化劑定義，但是從文中可以看出，將生物化學過程中的一環獨立拿出來研究並不存在任何問題，因此，當然可以將三羧酸循環中間產物與催化劑定義進行對比。另外，凡是催化劑，參與反應時就一定是會轉化為（一或多種）中間產物，再轉化回原物質，形成循環。因此在反應中，催化劑往往是處於各個中間產物都存在，他們一同充當反映的催化劑。

以下為整理後的原答案：

國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）官網關於催化劑的表述如下：

A substance that increases the rate of a reaction without modifying the overall standard Gibbs energy change in the reaction; the process is called catalysis.

定義中對催化劑的判定有兩個條件：「提升反應速率」和「不改變反應總標準吉布斯自由能」。

TCA循環（中間產物：草醯乙酸 $ightarrow$ 檸檬酸 $ightarrow$ 順烏頭酸 $ightarrow$ 異檸檬酸 $ightarrow$ α-酮戊二酸 $ightarrow$ 琥珀酸 $ightarrow$ 延胡索酸 $ightarrow$ 蘋果酸 $ightarrow$ 草醯乙酸 ）中，每一步反應參與與生成的中間產物的分子數比均為1：1，中間產物總分子數保持恆定。

TCA循環

（搜來的圖，侵刪）

1、關於是否提升反應速率

從循環圖可以看出在不缺少其他反應物的情況下，TCA循環中如果總計只有一分子的中間產物，則只有一分子的TCA循環並行，少量添加中間產物，將會相應提高TCA循環的並行分子數量，從而提升反應速率。

2、關於是否改變反應總標準吉布斯自由能

生物體內認為反應在等溫、等壓下進行，那就看反應前後各組分構成是否有變化。

TCA循環總反應式如下： $Acetyl-CoA+3NAD^{+}+FAD+GDP+Pi+2H_{2}O →CoA-SH+3NADH+3H^{+}+ FADH_{2} + GTP + 2CO_{2}uparrow$

TCA循環中從草醯乙酸到蘋果酸的任一中間產物均未作為底物參與到總反應中去，因此，這些中間產物也必不改變各組分構成，反應總標準吉布斯自由能保持不變。

綜上，TCA循環的中間產物的確在反應中起催化作用。

##化學概念中的催化反應有很多種，包含但不限於生物催化，相對的還有一般化學催化，具體分類就偷懶不列舉了。而酶和一般化學催化劑的區別也很明顯，其一就是酶在催化過程中的變化，並不像一般化學催化劑所表現的那麼顯著和直觀。

以加熱 $KClO_{3}$ 製取 $O_{2}$ 的實驗為例，總反應是 $2KClO_{3} ightarrow2KCl+3O_{2}uparrow$ ，催化劑是 $MnO_{2}$ ，整個反應可細分為以下三個反應步驟：

$2KClO_{3}+2MnO_{2} ightarrow2KMnO_{4}+Cl_{2}uparrow+O_{2}uparrow$
$2KMnO_{4} ightarrow K_{2}MnO_{4}+MnO_{2}+O_{2}uparrow$
$Cl_{2}+K_{2}MnO_{4} ightarrow 2KCl+MnO_{2}+O_{2}uparrow$

催化劑 $MnO_{2}$ 經歷了 $MnO_{2} ightarrow KMnO_{4} ightarrow K_{2}MnO_{4} ightarrow MnO_{2}$ 的循環過程，每一步轉化中反應物與生成物物質的量比均為1：1，循環中各環節物質總物質的量保持恆定，這與TCA循環相類似。那我們同樣可以進行類比，將此循環暫且稱為「 $Mn$ 化合物循環」， $MnO_{2}$ 、 $KMnO_{4}$ 、 $K_{2}MnO_{4}$ 是循環的中間產物，在反應中同樣充當催化劑。

中間產物 = 催化劑？

？？

這是硬套催化劑的定義么……

考研複習遇到這句，討論一下

這句話應該有後半句：丙酮酸不可能通過合成草醯乙酸從而進行三羧酸循環進行產能作用（雖然此步驟是回補反應）

同樣，三羧酸循環中的任意中間產物也不能直接氧化供能（必須通過其他代謝途徑以乙醯輔酶A的形式進入三羧酸循環）

從而強調已醯輔酶A是三羧酸循環產生能量的關鍵

這句話最初的目的應該是為在考試中出現能量計算問題服務的

例如：三羧酸循環中的中間產物草醯乙酸完全氧化產生多少ATP。

（這種問題涉及糖異生反應可以聯合考察糖代謝）

如有錯誤還請指正

手機渣排版，見諒

剛剛又複習了第n遍TCA的表示

這是誰編進去的？？？

寫這句話的人退群吧。「偽化生」也不是這種人可以隨便當的。

TCA全過程：

乙醯輔酶A 與 OAA 反應生成檸檬酸

檸檬酸經過順烏頭酸異構化為異檸檬酸

異檸檬酸脫氫生成 alpha酮戊二酸

alpha酮戊二酸脫氫生成琥珀醯CoA

琥珀醯CoA 生成琥珀酸（底物水平磷酸化）

琥珀酸脫氫生成延胡索酸

延胡索酸水合生成蘋果酸

蘋果酸脫氫生成 OAA

以上所有的中間物質，首先，不是酶；其次，由於TCA與其他代謝通路的偶聯，這些物質的生成和消耗都是處於調控之中的。你可以說從一個較長的時間尺度看，或者在某一個特定的時間段內，它們的量處於「動態平衡」狀態。但是中學生都應該能明白「動態平衡」與「恆定不變」的區別。

退一萬步講，即使是說催化以上這些變化的酶的量是不變的，轉錄和翻譯階段一堆的輔因子也要表示你是不是飄了。

直接寫一句TCA中間過程過於複雜不要求掌握就好了，何必寫這種話出來誤人子弟。

學完生化後還能相信這句話的。。那我只能

誰為了應付考試瞎總結的啊，誤人子弟好不好？

神他媽催化作用

哪個老師教的？我們生化老師一定不打死ta。。

不理解的去看看書好嗎？？

酶是什麼？

反應開始到結束不會發生變化

而三羧酸循環中間產物只是在反應前後沒有質量變化

但是C都不知道變多少回了

再有

TAC循環的七大要點之一就是

循環的中間產物既不能通過此循環生成也不能被此循環所消耗。

書上原話。

有空多翻翻書

藍色生死戀上的基本不會出錯

除非有新的研究成果或者一些有爭議的問題那就是編書者觀點問題就不討論了

這裡老師說理解TAC的要點提到

可以把中間產物看做有類催化劑作用

因為它前後質量是不變的

但是他強調了……

類

是類！

絕對不是催化劑作用

明天考試

碼字不易……Emmm你懂的

哪本鬼教輔寫的？事實上代謝過程、食物中大量產物會產生或者消耗tca中的成分，典型如氨基酸的轉氨基脫氨基，蘋果酸檸檬酸代謝

這句話很久之前就過時了，放現在，那就是個錯誤。

不愧是佛系生物狗

無量都出來了（；￣ェ￣）

誒不對Σ(￣。￣?)?無量是道系來著

如果你是為應對生物高考，記住這句話就夠了，如果是競賽或大學生物，那這句話是不存在的。

只是說完整走完TCA 中間產物不會增多也不會見減少。

把 TCA作為一個整體黑盒子看，可以算作催化。作為一個生化的，TCA要每步要拆開看，這句話知道那麼個意思就行了。

並不是催化作用

宏觀上動態平衡而已

「...但是，三羧酸循環中某些中間代謝產物能夠轉變為其他物質，可能引起三羧酸循環轉運障礙，這時三羧酸循環中的某些中間代謝物必須被重新補充。」，《生物化學簡明教程》

附

嗯，查了網上貌似是第七版生化的書

這是大二上課的教材

翻了一遍那一節都沒找到

不過感覺是這段話啦，在整個反應每個步驟講完的後面

不知道有沒有用呢

hhh輪帶逛怎麼忽然開始學習。。還是我最討厭的生化。。。一會回宿舍翻翻生化書研究下?(`?′)?

不過，「起到催化劑的作用」和它是催化劑也不一樣吧，感覺是種比喻，即使在參加反應但在「量」上無變化，很像是化學上的催化劑啊

1.這句話的意思想表達的是，三羧酸循環中，只消耗乙醯CoA，單論三羧酸循環的話，像檸檬酸，草醯乙酸之類的中間產物並無消耗。

2.催化劑、真正的酶是以以檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶和α酮戊二酸脫氫酶複合體等限制酶為代表的酶

3.我特么在知乎上答這種問題真是閑的蛋疼

4.輪子哥帶逛這種問題也是閑的蛋疼

先回答問題：這個說法是錯誤的。

查IUPAC對「催化劑」(catalyst)的定義：

A substance that increases the rate of a reaction without modifying the overall standard Gibbs energy change in the reaction; the process is called catalysis. The catalyst is both a reactant and product of the reaction. The words catalyst and catalysis should not be used when the added substance reduces the rate of reaction (see inhibitor ). Catalysis can be classified as homogeneous catalysis, in which only one phase is involved, and heterogeneous catalysis, in which the reaction occurs at or near an interface between phases. Catalysis brought about by one of the products of a reaction is called autocatalysis. Catalysis brought about by a group on a reactant molecule itself is called intramolecular catalysis. The term catalysis is also often used when the substance is consumed in the reaction (for example: base-catalysed hydrolysis of esters). Strictly, such a substance should be called an activator.
【試譯：催化劑是這樣一種物質，它可以加快一個化學反應的速率而不改變反應的總的標準吉布斯自由能變；這一過程稱為催化。催化劑既是反應的反應物，也是反應的產物。「催化」和「催化劑」這些術語不應該用於外加物質減緩化學反應速率的情形（見「抑製劑」）。催化可以分為均相催化——全過程只有一相——和異相催化——反應在若干相的界面上或界面附近發生。由反應產物之一催化的過程稱為自催化。由反應物分子中的一個官能團催化的過程稱為分子內催化。「催化」一詞也可用於描述該種外加物質在反應中被消耗的情形（如鹼催化的酯水解），但嚴格來說，這樣的物質應當稱為「活化劑」。】

可見「催化劑」既是一個化學動力學概念，又是一個化學計量學概念。從化學動力學角度，「催化劑」必須參加反應，而且對反應速率有影響（按現行定義必須是加快，按歷史定義可以是加快或減慢）；從化學計量學角度，「催化劑」應當不參加凈反應（既是反應物又是產物）。TCA的各中間體不符合「催化劑」的動力學內涵，因此不是催化劑。

================以下是掛人時間================

@吳思涵同學化學大約學得不太好。他所用來反駁題目說法的幾條理由從化學角度來看都站不住腳。比如說他認為「只有4-6個碳的小必取」不配做生化反應的催化劑，不知道輔酶們知道之後會有什麼想法……其次，三羧酸循環的中間產物可以離開循環去參與別的生化過程，也不能推出它們就不是催化劑。任何一個催化過程中催化劑都可能由於發生副反應而被消耗（很多催化劑就是這麼失活的），不代表它們不是催化劑。還有，

評論區那些沒學過生物化學的不要來秀下限跟我爭是不是催化劑好嗎？你看著好像循環裡面都是那些東西，但請你仔細研究一下C原子的走向，並回答問題：第二輪循環中，中間產物的那些C原子，還是不是原來第一輪的那些C原子？
當然，你可以argue原子構成不一樣也可以叫催化劑（嗎？），但只要量發生變化了，就不是催化劑了。
再來一條：催化劑催化的本質是降低活化能障，是通過與底物形成中間過渡態來實現的。所以有人認為，草醯乙酸、檸檬酸、異檸檬酸、……一直到蘋果酸，這些都是互為其他物質的過渡態？？？而不是一種真實存在的穩定物質？？我的天…………

實在令人無力吐槽……從來沒有哪家的催化劑定義要求走完一圈循環之後組成催化劑的原子還是原來那些原子，按這個理論幾乎所有的質子酸催化都要被開除催化籍了。至於「草醯乙酸是催化劑」=「草醯乙酸是過渡態」，這個已經屬於邏輯問題，不是化學範疇了。