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クエン酸回路(くえんさんかいろ、Citric Acid Cycle)とは好気的代謝に関する最も重要な生化学反応回路であり、酸素呼吸を行う生物全般に見られる。1937年にドイツの化学者ハンス・クレブスが発見した(この功績により1953年にノーベル生理学・医学賞を受賞)。解糖や脂肪酸のβ酸化によって生成するアセチルCoAがこの回路に組み込まれ、酸化されることによって、ATPや電子伝達系で用いられるNADHなどが生じ、効率の良いエネルギー生産を可能にしている。またアミノ酸などの生合成に係る物質を生産するという役割もある。

クエン酸回路の呼称は高等学校の生物学でよく適用されているが、大学以降ではTCA回路、TCAサイクル(tricarboxylic acid cycle)と呼ばれる場合が多い。一般的には『クエン酸回路』の名称がよく浸透していることから、ここでは記事名はクエン酸回路としている。その他に、トリカルボン酸回路、クレブス回路(Krebs cycle)などと呼ばれる場合もある。

◆ クエン酸回路の反応系

クエン酸回路はアセチルCoAが反応系に組み込まれることで始まる。

それに先立って、解糖系で生成したピルビン酸は以下の式でアセチルCoAとなる。

・ ピルビン酸+NAD⁺+SH-CoA → アセチルCoA+NADH+CO₂

この反応はピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体によって触媒される。

また、脂肪酸のβ酸化でも脂肪酸アシルCoAからアセチルCoAが生じる。

好気条件に発生する酸化的クエン酸回路の反応は以下の通りである。

2,3 の反応は同一の酵素によるものであり、教科書によっては省略されて

・ クエン酸 → イソクエン酸

となっている場合も多い。

なお、これらの酵素群はすべて可逆反応を行うことができる。

炭素の収支の観点から見るとアセチルCoAとオキサロ酢酸を入力すると、2分子の二酸化炭素とオキサロ酢酸が出力されてくることになる。オキサロ酢酸が入力出力両方に現れることが、回路と呼ばれる由縁だが、入力されたオキサロ酢酸と同一のものが出力される訳ではない。入力されたアセチルCoA由来の炭素は出力されるオキサロ酢酸に組み込まれ、出力される二酸化炭素は入力されたオキサロ酢酸に由来する。

嫌気条件になると電子伝達系でNADHの消費が停止し、解糖系の乳酸発酵にてNAD⁺に還元される。

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