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三羧酸循环是细胞呼吸的核心代谢途径，也被称为柠檬酸循环或Krebs循环。这个重要的生化过程发生在线粒体的基质中，它将来自糖酵解的丙酮酸进一步氧化分解，最终产生二氧化碳、水和大量的ATP分子，为细胞提供能量。
三羧酸循环包含八个连续的酶催化反应步骤。循环从乙酰辅酶A与草酰乙酸结合形成柠檬酸开始，然后依次经过异柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酰辅酶A、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸，最后重新生成草酰乙酸。在这个过程中，会产生二氧化碳和ATP等高能化合物。
三羧酸循环的核心功能是产生还原性辅酶。每轮循环产生三个NADH分子、一个FADH₂分子和一个GTP分子。这些还原性辅酶携带高能电子进入电子传递链，通过氧化磷酸化过程最终产生大量的ATP分子，为细胞提供所需的化学能。
三羧酸循环受到精密的调节机制控制。主要的调节点包括三个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。当细胞能量充足时，ATP和NADH会抑制这些关键酶的活性，形成负反馈调节。相反，当细胞需要更多能量时，ADP会激活这些酶，促进循环进行。
三羧酸循环具有重要的生理意义，它是细胞代谢的中心枢纽。循环不仅接受来自糖酵解、脂肪酸氧化和氨基酸分解的代谢产物，还为脂肪酸合成、胆固醇合成、氨基酸合成等合成代谢提供重要前体物质。通过连接分解代谢和合成代谢，三羧酸循环维持着细胞的能量平衡和代谢稳态。