一文了解三羧酸循環

三羧酸循環（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle），又稱檸檬酸循環（citric acid cycle）或Krebs循環，是需氧生物體內普遍存在的代謝途徑。這一循環過程在原核生物中主要分布于細胞質，而在真核生物中則主要發生在線粒體內。三羧酸循環的名稱源于其循環過程中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的有機酸，例如檸檬酸。

三羧酸循環的基本過程

三羧酸循環是一個由一系列酶促反應構成的循環反應系統。在該反應過程中，首先由乙酰輔酶A（C2）與草酰乙酸（OAA）（C4）縮合生成含有3個羧基的檸檬酸（C6）。隨后，檸檬酸經過一系列的反應步驟，包括異構化、氧化脫羧等，最終生成2分子CO2，并且重新生成草酰乙酸，從而完成一個循環反應過程。具體來說，這些反應步驟包括：

1. 乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸：這是三羧酸循環的起始步驟，由檸檬酸合酶催化完成。

2. 檸檬酸異構化生成異檸檬酸：由順烏頭酸酶催化完成。

3. 異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸：在異檸檬酸脫氫酶（輔酶為NAD+）作用下進行。

4. α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A：由α-酮戊二酸脫氫酶復合體催化完成。

5. 琥珀酰CoA轉變為琥珀酸：在琥珀酰CoA合成酶（或稱為琥珀酸硫激酶）作用下進行。

6. 琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸：由琥珀酸脫氫酶（輔酶為FAD）催化完成。

7. 延胡索酸水化生成蘋果酸：加水反應生成蘋果酸。

8. 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸：在蘋果酸脫氫酶（輔酶NAD+）作用下進行，從而重新生成草酰乙酸，為下一個循環做準備。

三羧酸循環的生理意義

三羧酸循環在生物體內具有極其重要的生理意義，主要體現在以下幾個方面：

1. 氧化供能：三羧酸循環是需氧生物體內獲取能量的主要方式之一。通過循環過程中的脫氫反應和底物水平磷酸化反應，可以生成大量的NADH和FADH2等氫載體，這些氫載體在細胞呼吸鏈中進一步氧化磷酸化生成ATP，為細胞提供能量。

2. 三大營養素的最終代謝通路：三羧酸循環是糖類、脂類和氨基酸等三大營養素的最終代謝通路。這些物質在體內經過一系列的分解代謝過程后，最終都會進入三羧酸循環進行氧化分解，生成CO2和H2O，并釋放出能量。

3. 三大營養素相互轉變的聯系樞紐：三羧酸循環不僅是三大營養素的最終代謝通路，還是它們相互轉變的聯系樞紐。例如，糖類可以通過糖異生途徑轉化為脂肪和蛋白質；脂肪可以通過β-氧化途徑分解為乙酰CoA進入三羧酸循環；而氨基酸則可以通過脫氨基作用轉化為酮酸進入三羧酸循環進行氧化分解。

三羧酸循環是生物體內一個極其重要的代謝途徑，它不僅為細胞提供能量，還參與了三大營養素的代謝和相互轉變過程。