三羧酸循环

三羧酸循環

三羧酸循環（英語：Tricarboxylic acid cycle；TCA cycle），或檸檬酸循環（Citric acid cycle）或克雷伯氏循環（Krebs Cycle），是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，因为在这个循環中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，因此得名；或者以发现者漢斯·阿道夫·克雷伯命名为克雷伯氏循環，簡稱克氏循環（Krebs cycle）。三羧酸循環是三大营养素（糖类、脂类、氨基酸）的最终代谢通路，又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。

在三羧酸循環中，反应物葡萄糖或者脂肪酸会变成乙酰辅酶A。这种「活化醋酸」（一分子辅酶和一个乙酰基相连），会在循环中分解生成最终产物二氧化碳并脱氢，质子将传递给辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）和黄素腺嘌呤（FAD），使之成为NADH + H⁺和FADH₂。NADH + H⁺和FADH₂会继续在呼吸链中被氧化成NAD⁺和FAD，并生成水。这种受调节的「燃烧」会生成ATP，提供能量。

真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循環的场所。它是呼吸作用过程中的一步，但在需氧型生物中，它先于呼吸链发生。厌氧型生物则首先遵循同样的途径分解高能有机化合物，例如糖酵解，但之后并不进行三羧酸循環，而是进行不需要氧气参与的发酵过程。

在糖代谢过程中的位置[编辑]

三羧酸循環是四步糖代谢（高能量碳键的断裂）中的第三步。其它三步是糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和呼吸链（電子傳遞鏈）：

糖酵解→丙酮酸氧化脱羧→三羧酸循環→呼吸链

三羧酸循環中的化学反应[编辑]

乙酰辅酶A 在循環中出现：柠檬酸（I）是循环中第一个产物（→图1），它是通过草酰乙酸（X）和乙酰辅酶A(XI)的乙酰基间的缩合反应生成的。如上所述，乙酰辅酶A是早先进行的糖酵解，蛋白质代谢或脂肪酸代谢的一个产物（→图 2）。

反应列表[编辑]

分子	酶	反应类型	反应物／辅酶	产物／辅酶
I. 柠檬酸	1. 乌头酸酶	脱水		H₂O
II. 顺-乌头酸	2. 乌头酸酶	复水合	H₂O
III. 异柠檬酸	3. 异柠檬酸脱氢酶	氧化	NAD⁺	NADH+H⁺
IV. 草酰琥珀酸	4. 异柠檬酸脱氢酶	脱羧
V. α-酮戊二酸	5. α-酮戊二酸脱氢酶复合体	氧化脱羧	NAD⁺ CoA-SH	NADH+H⁺ CO₂
VI. 琥珀酰辅酶A	6. 琥珀酰辅酶A合成酶	底物水平磷酸化	GDP P_i	GTP CoA-SH
VII. 琥珀酸	7. 琥珀酸脱氢酶	氧化	FAD⁺	FADH₂
VIII. 延胡索酸	8. 延胡索酸酶	水合	H₂O
IX. L-苹果酸	9. 苹果酸脱氢酶	氧化	NAD⁺	NADH+H⁺
X. 草酰乙酸	10. 柠檬酸合酶	加成
XI. 乙酰辅酶A

化学式概括[编辑]

三羧酸循环（檸檬酸循環）全部反應的总和可表示为：

Acetyl-CoA + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2 H₂O →
CoA-SH + 3 NADH + 3 H⁺ + FADH₂ + GTP + 2 CO₂

两个碳原子以CO₂的形式离开循環。循環最后草酰乙酸会再次生成，再次从乙酰辅酶A中得到两个碳原子。就是说，一分子六碳化合物（柠檬酸）经过多部反应分解成一分子四碳化合物（草酰乙酸）。草酰乙酸会在接下来的反应中遵循同样的途径获得两个碳原子，再次成为柠檬酸。
能量会在接下来的其中一步反应里以GTP的形式释放（和ATP一样，是细胞的能量货币）。但是循环中生成的氢载体（NADH + H⁺ and FADH₂）将会在细胞呼吸链里释放更多的能量，这也正是细胞呼吸的主要目的。柠檬酸循环的前提是，早先进行的糖酵解等过程能提供足够的活化乙酸，以乙酰辅酶A的形式出现在循環。NADH + H⁺ 和 FADH₂是辅酶，它们能携带质子和电子，并在需要的时候释放它们。
循環中产生的总能量为一分子ATP（准确来说是：GTP），而细胞呼吸的全部四步反应（包括呼吸链中的内呼吸），一个葡萄糖分子则产生38分子的ATP。(38的数目是理想化化学计算的结果，实测此数字约为32，如进行苹果酸穿梭则再-2.（36或30）)