當生物體在合成東西時當然不是這樣,它有它自己的邏輯,如果我們不瞭解它,我們一樣可應用它。例如我們根據一些營養學的結果,把胺基酸分為必需胺基酸與非必需胺基酸,就可用來指導飲食的習慣。此外、我們也可以接受大自然造物之奇,而應用我們所知的這些路徑來解釋一些現象,來“欣賞”這複雜的網路。另一種面對問題的方式是去追問,生物體中的邏輯是什麼﹖一旦我們瞭解了這套邏輯,我們就可應用它來解釋這些生物體中常見的化合物是怎樣形成或該怎樣被分解了。
想要把有機物氧化為二氧化碳和水,不但要有氧化的過程,還必須有碳-碳鍵的斷裂,我們要將大的分子裂解成小的分子,小的分子再把碳以二氧化碳的形式逐一放出(要合成時,則必須固定空氣中的二氧化碳)。在細胞內要釋放二氧化碳,通常是先將碳氧化成酸的形式,且在酸的附近最好要有吸電子的官能團。在有機反應中遇熱即分解的α-酮酸或b-hydroxyacid,是生化反應中常用的中間代謝物(intermediate)。這些酸在進一步氧化時,會切下末端的梭基,並釋出二氧化碳。
採用α-酮酸等中間物,與生物體內所能用的反應有關。若我們深入地分析生化反應,會發現它與一般氧化反應不同。在一般的氧化反應中,氧直接與分子中的碳和氫作用,而產生二氧化碳和水。但是在生化反應中氧化通常是經由脫氫產生的,只有少部份的反應由溶氧直接與受質作用。脫下來的氫則在電子傳遞時進行時氧化性磷酸化(oxidative phosphorylation),最後與氧結合成水。在常見的TCA循環與脂質代謝等供能反應中,均可觀察到簡單的脫氫、加水、脫氫的步驟,即可使碳-碳單鍵形成酮基(圖1)。在未來的討論中,將會看到酮基是一個能夠發生多種類型反應的官能團。
圖1.
經由脫梭基產生的二氧化碳中,一部份的氧是在化合物中原有的,另一部份的氧則來自於水。這種過程不但說明了水對生物體的重要性,它本身也具有相當大的演化意義。因為在原始的環境中,地球上沒有分子氧的存在,所有的氧均處在化合狀態,它存量最豐富之處就是在水中了。事實上電子傳遞鏈的最末端受質也不定是分子氧,土壤中的一些細菌通常活在無氧狀態下,它們就以硝酸根或亞硝酸根來接受電子,因此釋出了分子態的氮,同樣的情形亦發生在脫硫細菌上。若生物真是發源於無氧環境中,那為什麼生物體的氧化過程最常用的策略是脫氫、加水…就不足為奇了。