催化质子的转移，分别以两个基团的离子化状态定义为E以及E。在E时，两个基团分别呈现A-H/B:的电中性状态。而E时则呈现A/BH的两性离子状态。E在进行催化反应后转化成E，反之亦然。E与延胡索酸结合并将其水合为苹果酸；反之，E与苹果酸结合并将其水解为延胡索酸。尽管它在生物中的重要性，我们对于延胡索酸酶的反应机制仍然有不明白之处：延胡索酸酶确实可以自行调控反应的方向，但是由苹果酸转成延胡索酸时移除H(如图一)的pK相当高，却不需要任何辅酶或者辅助因子参与即可进行反应。早先的研究认为：要由苹果酸合成延胡索