柠檬酸循环（克雷布斯循环）

柠檬酸循环，也称为克雷布斯循环或三羧酸循环，是氧化代谢的线粒体中心枢纽。它接受乙酰辅酶A的二碳乙酰基团，将其完全氧化为二氧化碳，并在此过程中还原辅酶NAD+和FAD，这些辅酶将电子送入呼吸链。

Definition

柠檬酸循环是线粒体中循环进行的八步反应途径，其中乙酰辅酶A的乙酰基团与草酰乙酸缩合并氧化为两个CO2分子，同时再生草酰乙酸，并在每一轮中产生还原辅酶（NADH和FADH2）和一个高能磷酸。

Scope

本条目涵盖了从柠檬酸合成到草酰乙酸再生的八步循环序列、其产物（还原辅酶、GTP/ATP和CO2）、其在能量生产和生物合成中的双重作用及其调控。它将该循环视为生物化学中的代谢主题，而非临床指导。

Core questions

• 乙酰辅酶A的乙酰基团如何氧化为二氧化碳？
• 一轮循环的产物中哪些能产生能量？
• 该循环如何与电子传递链连接？
• 该循环如何同时发挥分解代谢和生物合成作用？

Key concepts

• 乙酰辅酶A作为进入分子
• 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
• 两个脱羧步骤释放CO2
• 每轮产生NADH、FADH2和GTP/ATP
• 草酰乙酸的再生（循环性质）
• 在分解代谢和生物合成中的两性功能
• 回补反应补充中间体

Mechanisms

每一轮循环始于乙酰辅酶A的二碳乙酰基团与四碳草酰乙酸缩合形成柠檬酸。随后，一系列异构化、氧化和脱羧反应释放出两个CO2分子，将三个NAD+还原为NADH，一个FAD还原为FADH2，并通过底物水平磷酸化产生一个GTP或ATP分子，同时再生草酰乙酸，使循环得以继续。还原的辅酶将其电子传递给电子传递链，大部分ATP最终在此处产生。除了氧化作用，一些循环中间体会被提取用于生物合成；回补反应补充这些中间体，使循环持续进行，赋予其两性代谢的特征。

Clinical relevance

由于该循环处于碳水化合物、脂肪和氨基酸代谢的交汇点，其酶或中间体供应的紊乱可能导致广泛的代谢后果，某些循环酶的突变与疾病相关。本条目解释了生物化学原理，不作为个体诊断或治疗的依据。

History

汉斯·克雷布斯在早期关于组织中有机酸氧化以及阿尔伯特·圣捷尔吉关于呼吸催化剂的观察基础上，于1937年提出了循环途径，证明乙酰单元的氧化通过三羧酸和二羧酸的自我再生序列进行。弗里茨·利普曼后来发现辅酶A，阐明了乙酰基团如何进入循环，该途径成为代谢生物化学的基石。

Key figures

• Hans Krebs
• Albert Szent-Györgyi
• Fritz Lipmann

Seminal works

• krebs-1937

Frequently asked questions

为什么柠檬酸循环被称为循环？

因为它的最终反应再生了草酰乙酸，即启动该序列的分子；该途径在每一轮中都回到其起点，因此少量中间体可以处理许多乙酰基团。

柠檬酸循环是否直接产生细胞中大部分的ATP？

不。每一轮循环只直接产生一个GTP或ATP分子；该循环主要的能量贡献是还原辅酶NADH和FADH2，它们驱动电子传递链中大部分ATP的产生。