三羧酸循環的過程與酶（一）
三羧酸循環（TCA cycle）也叫檸檬酸循環或Krebs循環，一共8步。它是将乙酰輔酶A徹底氧化分解，生成二氧化碳的過程，屬于分解代謝的第三階段。
三羧酸循環的第一步是輔酶A與草酰乙酸縮合，生成檸檬酸。由檸檬酸合酶（citrate (Si)-synthase）催化，乙酰輔酶A的高能硫酯鍵水解推動反應進行。此酶是三羧酸循環的第一個關鍵酶，受ATP、NADH、琥珀酰輔酶A和長鍊脂肪酰輔酶A抑制。ATP可增加對乙酰輔酶A的Km。
檸檬酸合酶催化的反應過程
檸檬酸合酶以前的編号是EC4.1.3.7，但後來酶學委員會修改了分類規則，現在的編号是EC2.3.3.1，即看作乙酰基轉移酶。氟乙酰輔酶A可形成氟檸檬酸，抑制下一步反應的酶，稱為緻死合成。氟乙酰胺、氟乙酸是其前體，以前曾用于殺蟲劑和滅鼠藥，但因流毒無窮，早已禁用。
氟乙酸的緻死合成
氟乙酰胺劇毒，殺蟲殺鼠固然立竿見影，但具有二次毒性，動物吃了死老鼠也會中毒，而且毒性可由污水傳播，在植物體内滞留數月甚至數年（臨床荟萃，2001）。這簡直比歐陽鋒的蛇毒還要可怕。
氟乙酰胺導緻二次中毒相關文獻
我國1982年禁止将氟乙酰胺用于滅鼠藥，但在80年代末，含有氟乙酰胺的“邱氏鼠藥”卻紅極一時。1992年，五位滅鼠專家揭露邱氏鼠藥含有氟乙酰胺，卻被生産者起訴侵犯名譽權。法院一審悍然判決原告勝訴，學界嘩然，此即為90年代最為著名的科技官司，與有機鍺案一起被戲稱為“南豬北鼠”。
三羧酸循環的第二步是檸檬酸轉變為異檸檬酸。催化這個反應的順烏頭酸酶（aconitase）含有鐵硫簇（4Fe-4S），屬于非鐵卟啉鐵蛋白。鐵硫簇在催化過程中與底物結合，并參與催化過程。
這一步看起來像是一個異構反應，但其實順烏頭酸的編号是EC4.2.1.3，屬于裂合酶，正式名稱是aconitate hydratase。這其實是兩個連續的反應，先脫水，再加水，都由一個酶催化。其中間産物順烏頭酸可以穩定存在，也可以分離出來，所以不能看作異構反應的過渡态複合物。因為過渡态是不穩定的，壽命大約在皮秒級别，而且無法分離出來。
前面提到，氟檸檬酸可以抑制這一步反應。其機制是氟檸檬酸被順烏頭酸酶催化，形成4-羟基-反烏頭酸，然後與酶緊密結合。這種結合非常牢固，所以其毒性很強。但研究發現，這種結合并非不可逆的共價結合，加入百萬倍的異檸檬酸可以使酶活性緩慢恢複（Proc Natl Acad Sci U S A. 1996）。所以這是一種競争性抑制。
順烏頭酸酶催化的反應及其活性中心
三羧酸循環的第三步是異檸檬酸氧化脫羧，生成α-酮戊二酸（α-KG）。這是三羧酸循環中的第一次氧化，由異檸檬酸脫氫酶（Isocitrate dehydrogenase，IDH）催化，生成NADH，中間物是草酰琥珀酸。這是第二個關鍵酶，能量高時被抑制。
異檸檬酸脫氫酶催化的反應及其活性中心
細胞質中有另一種異檸檬酸脫氫酶，需NADPH，稱為NADP-IDH。它位于胞質溶膠、線粒體和過氧化物酶體，在脂肪酸和膽固醇合成以及防止氧化損傷等過程中發揮重要作用。
NADP-IDH的突變與腫瘤有關。人體細胞質和線粒體中的NADP-IDH分别稱為IDH1和IDH2（線粒體中的NAD-IDH稱IDH3）。IDH1和IDH2與腫瘤發生有關。目前已經在多種類型的腫瘤中鑒定出人IDH1和IDH2的突變，最常見的是神經膠質瘤，急性髓性白血病（AML），軟骨肉瘤和肝内膽管癌。
突變的IDH會失去正常功能，并産生新的功能，将α-KG轉化為2-羟基戊二酸（2-HG）。2-HG競争性抑制α-KG依賴性酶，導緻代謝改變和表觀遺傳失調。突變IDH的表達損害各種細胞譜系中的細胞分化，并與其他癌症基因一起促進腫瘤發展。現在第一代突變型IDH抑制劑已進入臨床試驗，并且已經在IDH2突變型AML患者中顯示出令人鼓舞的結果（Clin Cancer Res. 2016）。
IDH突變與腫瘤，引自Clin Cancer Res. 2016
參考文獻：
王三德. 急性氟乙酰胺中毒58例兼症分析. 臨床荟萃. 2001(16)3: 138-139.
H. Lauble, et al. The reaction of fluorocitrate with aconitase and the crystal structure of the enzyme-inhibitor complex. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 Nov 26; 93(24): 13699–13703.
Owen Clark, et al. Molecular Pathways: Isocitrate Dehydrogenase Mutations in Cancer. Clin Cancer Res. 2016 Apr 15;22(8):1837-42.
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