檸檬酸循環 (CAC)——也稱為克雷布斯循環或 TCA 循環（三羧酸循環）——是一系列化學反應，通過氧化來自碳水化合物、脂肪和蛋白質的乙酰輔酶 A 來釋放儲存的能量。 克雷布斯循環被呼吸的生物體（與發酵的生物體相反）通過厭氧呼吸或有氧呼吸產生能量。 此外，該循環提供了某些氨基酸的前體，以及用于許多其他反應的還原劑 NADH。 它對許多生化途徑的核心重要性表明它是新陳代謝的最早組成部分之一，并且可能起源于非生物源。 盡管它被稱為“循環”，但代謝物不一定只遵循一個特定的路線； 檸檬酸循環的至少三個替代部分已被確認。

該代謝途徑的名稱源自檸檬酸（一種三羧酸，通常稱為檸檬酸鹽，因為在生物 pH 值下以電離形式為主），檸檬酸被消耗，然后通過這一系列反應再生以完成循環。 該循環消耗乙酸（以乙酰輔酶 A 的形式）和水，將 NAD+ 還原為 NADH，釋放二氧化碳。 檸檬酸循環產生的 NADH 被送入氧化磷酸化（電子傳輸）途徑。 這兩個密切相關的途徑的最終結果是營養物質的氧化，以 ATP 的形式產生可用的化學能。

在真核細胞中，檸檬酸循環發生在線粒體基質中。 在缺乏線粒體的原核細胞（例如細菌）中，檸檬酸循環反應順序在胞質溶膠中進行，ATP 產生的質子梯度穿過細胞表面（質膜）而不是線粒體的內膜 . 來自檸檬酸循環的含能化合物的總產量是三個 NADH、一個 FADH2 和一個 GTP。

檸檬酸循環的一些成分和反應是在 1930 年代由 Albert Szent-Gy?rgyi 的研究建立的，他于 1937 年獲得諾貝爾生理學或醫學獎，特別是因為他發現了富馬酸，這是檸檬酸的關鍵成分 循環。 他通過研究鴿子的胸肌得到了這一發現。 由于這種組織在 Latapie 磨機中分解并釋放到水溶液中后仍能很好地保持其氧化能力，因此鴿子的胸肌非常適合用于氧化反應的研究。 檸檬酸循環本身最終于 1937 年由漢斯·阿道夫·克雷布斯 (Hans Adolf Krebs) 和威廉·阿瑟·約翰遜 (William Arthur Johnson) 在謝菲爾德大學時發現，前者因此于 1953 年獲得諾貝爾生理學或醫學獎，并且有時將該循環命名為克雷布斯循環 循環。

檸檬酸循環是連接碳水化合物、脂肪和蛋白質代謝的關鍵代謝途徑。 該循環的反應由八種酶完成，這些酶將乙酰輔酶 A 形式的乙酸鹽（一個雙碳分子）完全氧化成二氧化碳和水兩個分子。 通過糖、脂肪和蛋白質的分解代謝，產生雙碳有機產物乙酰輔酶A，進入檸檬酸循環。 該循環的反應還將三當量的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 轉化為三當量的還原型 NAD+ (NADH)，一當量的黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 轉化為一當量的 FADH2，以及一當量的二磷酸鳥苷 (GDP) ) 和無機磷酸鹽 (Pi) 轉化為一當量的三磷酸鳥苷 (GTP)。 檸檬酸循環產生的 NADH 和 FADH2 又被氧化磷酸化途徑用來產生富含能量的 ATP。

乙酰輔酶 A 的主要來源之一是通過糖酵解分解糖，產生丙酮酸，丙酮酸又被丙酮酸脫氫酶復合物脫羧，根據以下反應方案生成乙酰輔酶 A：

CH3C(=O)C(=O)O?丙酮酸 + HSCoA + NAD+ → CH3C(=O)SCoA 乙酰輔酶 A + NADH + CO2

該反應的產物乙酰輔酶 A 是檸檬酸循環的起點。 乙酰輔酶 A 也可以從脂肪酸的氧化中獲得。 以下是循環的示意圖：

• 檸檬酸循環開始于將二碳乙酰基從乙酰輔酶 A 轉移到四碳受體化合物（草酰乙酸）以形成六碳化合物（檸檬酸鹽）。
• 然后檸檬酸鹽會經歷一系列化學轉化，失去兩個羧基形成 CO2。 以 CO2 形式損失的碳源自草酰乙酸，而不是直接來自乙酰輔酶 A。 在檸檬酸循環的xxx輪之后，乙酰輔酶 A 提供的碳成為草酰乙酸碳主鏈的一部分。 乙酰輔酶 A 捐贈的碳作為 CO2 的損失需要幾個回合。