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三羧酸循环，也叫克雷布斯循环或柠檬酸循环，是细胞呼吸中的核心代谢途径。它发生在线粒体基质中，主要功能是氧化乙酰辅酶A，产生还原性辅酶NADH和FADH2，同时生成ATP并释放二氧化碳。这个循环是细胞获取能量的关键环节。
TCA循环的第一步是柠檬酸的形成。乙酰辅酶A含有2个碳原子，与含有4个碳原子的草酰乙酸结合，在柠檬酸合酶的催化下，形成含有6个碳原子的柠檬酸，同时释放出辅酶A。这是整个循环的起始步骤，为后续的氧化反应奠定基础。
接下来是两次关键的氧化脱羧反应。首先，柠檬酸异构化为异柠檬酸，然后异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸，释放第一个二氧化碳分子并产生第一个NADH。随后，α-酮戊二酸再次氧化脱羧形成琥珀酰辅酶A，释放第二个二氧化碳并产生第二个NADH。碳原子数从6个减少到4个。
循环的后半部分包括四个步骤。琥珀酰辅酶A转化为琥珀酸时产生GTP，琥珀酸氧化为延胡索酸产生FADH2，延胡索酸加水生成苹果酸，最后苹果酸氧化为草酰乙酸并产生第三个NADH。每轮完整循环产生3个NADH、1个FADH2、1个GTP和2个二氧化碳。草酰乙酸重新生成，可与新的乙酰辅酶A结合，开始下一轮循环。
总结一下，TCA循环是细胞呼吸的核心环节，在线粒体基质中进行。每轮循环消耗一分子乙酰辅酶A，产生两分子二氧化碳、三个NADH、一个FADH2和一个GTP。这些还原性辅酶将进入电子传递链，通过氧化磷酸化产生大量ATP，为细胞提供能量。TCA循环也是糖类、脂肪和蛋白质代谢的共同通路，在细胞代谢中具有重要地位。