Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (сокр. ЦТК, цикл Кре́бса, цитра́тный цикл, цикл лимо́нной кислоты́)
— центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический процесс, в ходе которого ацетильные остатки (СН3СО-) окисляются до диоксида углерода (CO2).

При этом за один цикл образуется 2 - молекулы CO2, 3 - НАДН, 1 - ФАДH2 и 1 - ГТФ (или АТФ).
Электроны, находящиеся на НАДН и ФАДH2, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь, где в ходе реакций окислительного фосфорилирования образуется АТФ.

У эукариот все реакции цикла Кребса (цикла трикарбоновых кислот) происходят в митохондриях, и в митохондриях же располагается дыхательная цепь (на внутренней мембране).
Внутренняя мембрана митохондрий проницаема только для кислорода, углекислого газа и воды.
Она в значительной степени менее проницаема для ионов и малых молекул чем внешняя мембрана.

Цикл трикарбоновых кислот — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме,
промежуточный этап между гликолизом и электронтранспортной цепью. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция,
то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения,
как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках (то есть цикл трикарбоновых кислот) был открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом,
за эту работу он (совместно с Ф. Липманом) был удостоен Нобелевской премии (1953 год)[1].

В начале цикла трикарбоновых кислот ацетил-кофермент А (Ацетил-КоА является продуктом окисления таких соединений, как глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты)
отдаёт свою ацетильную группу четырёхуглеродному соединению — оксалоацетату (щавелевоуксусной кислоте),
при этом образуется шестиуглеродный цитрат (лимонная кислота).

Цитрат затем изомеризуется в изоцитрат (изолимонную кислоту), который далее дегидрируется и декарбоксилируется до пятиуглеродной кислоты — α-кетоглутарата.
α-Кетоглутарат вновь декарбоксилируется, превращаясь в четырёхуглеродный сукцинат (янтарная кислота).
Сукцинат затем в три этапа ферментативно превращается в четырёхуглеродный оксалоацетат, который готов прореагировать с новой молекулой ацетил-КоА.

В каждый оборот цикла одна ацетильная группа (то есть два атома углерода) приходит в цикл в виде ацетил-КоА, и два же атома углерода покидают цикл в виде двух молекул CO2;
одна молекула оксалоацетата используется для образования цитрата, и одна же впоследствии регенерируется.
Оксалоацетат не покидает цикл, и одна молекула оксалоацетата теоретически может связывать неограниченное количество ацетильных групп
и, на самом деле, оксалоацетат присутствует в клетках в очень низких концентрациях.
Четыре из восьми стадий цикла представляют собой окислительные процессы, выделяющаяся при этих процессах энергия окисления
эффективно запасается в виде восстановленных коферментов НАДН и ФАДH2[5].

Хотя цикл трикарбоновых кислот занимает центральное место в энергетическом метаболизме, его роль не сводится к получению и запасанию энергии.
Четырёх- и пятиуглеродные промежуточные соединения цикла служат предшественниками для синтеза многих соединений.
Для восполнения этих промежуточных соединений, покинувших цикл, в клетке существуют специальные анаплеротические реакции[en][5].



Энергетика
Выше были рассмотрены реакции, составляющие один оборот цикла трикарбоновых кислот. Двухуглеродная ацетильная группа входит в цикл, соединяясь с оксалоацетатом.
Два атома углерода покидают цикл в виде двух молекул СО2, образовавшихся при окислении изоцитрата и α-кетоглутарата.
Энергия, выделившаяся при этих реакциях окисления, запасается в виде восстановленных трёх молекул НАДН, одной молекулы ФАДH2 и одной молекулы АТФ или ГТФ.
В конце цикла молекула оксалоацетата регенерируется.
Стоит отметить, что те два углеродных атома, которые покидают цикл в виде двух молекул СО2, отличны от тех двух углеродных атомов,
которые поступили в цикл (на этом обороте) в виде ацетильной группы.
Атомы углерода, которые принесены ацетильной группой, могут покидать цикл в виде СО2 только на последующих оборотах цикла[3].

Хотя в ходе цикла трикарбоновых кислот непосредственно образуется лишь одна молекула АТФ на оборот (при превращении сукцинил-КоА в сукцинат),
четыре окислительные реакции цикла обеспечивают дыхательную цепь значительным числом электронов, поставляемых НАДН и ФАДH2,
и тем самым обеспечивают образование значительного количества АТФ в ходе окислительного фосфорилирования[3].

В ходе гликолиза из одной молекулы глюкозы образуется две молекулы пирувата, 2 АТФ и 2 НАДН.
В ходе окислительного фосфорилирования переход двух электронов с НАДН на O2 обеспечивает образование 2,5 АТФ, а переход двух электронов с ФАДH2 на O2 даёт 1,5 АТФ.
Когда обе молекулы пирувата окисляются до 6 СО2 пируватдегидрогеназным комплексом и в ходе цикла трикарбоновых кислот,
а электроны переносятся на O2 в ходе окислительного фосфорилирования, то суммарный выход АТФ составляет 32 молекулы на молекулу глюкозы[3]: