在生物学中，三羧酸循环（Tricarboxylic Acid Cycle，简称TCA循环）是细胞代谢过程中的一个重要环节。它主要发生在真核生物的线粒体基质和原核生物的细胞质中，是将碳水化合物、脂肪和蛋白质分解为能量的关键步骤之一。

起始物质：乙酰辅酶A

TCA循环的第一步是乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）的进入。乙酰辅酶A是由糖类、脂肪酸或氨基酸经过前期代谢产生的中间产物。它携带了两个碳原子，并与四碳的草酰乙酸（Oxaloacetate）结合形成六碳的柠檬酸（Citrate）。这一反应由柠檬酸合成酶催化完成。

柠檬酸的异构化

接下来，柠檬酸通过顺乌头酸酶的作用转变为异柠檬酸（Isocitrate）。这是一个简单的异构化反应，但对后续步骤至关重要。

氧化脱羧

异柠檬酸随后被异柠檬酸脱氢酶氧化脱羧，生成α-酮戊二酸（Alpha-ketoglutarate）并释放出一个二氧化碳分子和一个电子。这个过程中，异柠檬酸中的一个碳原子被彻底氧化成CO₂。

再次氧化脱羧

α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脱氢酶复合体的作用下进一步氧化脱羧，生成琥珀酰辅酶A（Succinyl-CoA）并释放另一个CO₂分子。此步骤同样伴随着电子的传递。

底物水平磷酸化

琥珀酰辅酶A通过琥珀酰辅酶A合成酶的作用转化为琥珀酸（Succinate），同时将高能磷酸键转移到腺苷二磷酸（ADP）上，生成腺苷三磷酸（ATP）或鸟苷三磷酸（GTP）。这是TCA循环中唯一直接产生ATP的一步。

电子传递链的准备

琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的作用下被氧化为延胡索酸（Fumarate），并释放出一对电子用于电子传递链。这一阶段标志着TCA循环进入了后期。

水合作用

延胡索酸在延胡索酸酶的作用下与水结合生成苹果酸（Malate），完成了从非环状到环状结构的转换。

最终循环

最后，苹果酸通过苹果酸脱氢酶的作用还原为草酰乙酸，重新开始下一个循环。至此，TCA循环完成了一轮完整的循环，并准备迎接新的乙酰辅酶A加入。

总结

TCA循环不仅是一个高效的能量生产机制，还为其他代谢途径提供了重要的前体物质。通过这一系列复杂的化学反应，细胞能够有效地利用各种营养物质来满足自身的需求。