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如何通過克雷布斯循環“燃燒”營養素？揭開產生ATP的神秘過程！
克雷布斯循環，又名檸檬酸循環或三羧酸循環，是一系列生化反應，用以釋放儲存在營養素中的能量，基本上是通過氧化從碳水化合物、脂肪、蛋白質及酒精中獲得的乙酰輔酶A。在此過程中釋放的化學能以ATP的形式存在，為生物體提供能量供應。
克雷布斯循環不僅是能源的來源，它還為某些氨基酸的前體及還原劑NADH提供支持，這些成分在其他無數反應中發揮作用。
在有氧和無氧呼吸的生物體中，克雷布斯循環至關重要。對於真核細胞，這個循環在粒線體基質中進行，而原核細胞，如細菌，則在細胞質中進行相關反應，ATP的生產則是依賴於細胞表面（質膜）的質子梯度。
克雷布斯循環的歷史背景
克雷布斯循環的核心概念早在1930年代就已經被提出。Albert Szent-Györgyi因發現了檸檬酸的一個成分而獲得了1937年諾貝爾生理學或醫學獎。這項研究主要基於對鴿子胸肌的研究，因為該組織在分解過程中保持了良好的氧化能力。最終，Hans Adolf Krebs和William Arthur Johnson於1937年確認了整個克雷布斯循環的過程，Krebs因此於1953年獲得了諾貝爾獎。
克雷布斯循環的機制
克雷布斯循環是一種代謝途徑，將碳水化合物、脂肪和蛋白質的代謝聯繫在一起。在循環中，乙酰輔酶A的兩碳原子經過八種酶的作用，被完全氧化為二氧化碳和水，伴隨著NADH、FADH2和GTP的生成。
每個丙酮酸從糖解過程中轉化所得的內源性能量，逐步被克雷布斯循環所釋放，從而最終轉化為ATP。
克雷布斯循環的步驟
克雷布斯循環由十個基本步驟組成，包括將乙酰基從乙酰輔酶A轉移到四碳的草酰乙酸上形成六碳的檸檬酸。隨後，檸檬酸進行一系列變化，最終產生成二氧化碳和基質的氧化形式NADH和FADH2。
產物與能量效率
經過兩次的循環，每個葡萄糖分子最終獲得的產品包括兩個GTP，六個NADH，兩個FADH2，和四個二氧化碳。這樣的過程使我們估計出每個葡萄糖在糖解及後續反應中產生的ATP總數可達到30到38個，取決於氧化磷酸化的效率。
在此過程中，克雷布斯循環和氧化磷酸化緊密相連，其最後的目的是通過氧化營養素以產生可用的化學能。
調節機制
克雷布斯循環的調節主要依賴於底物供應情況及產物抑制。ADP是主要的底物，一旦水平下降，反而會使NADH等中間產物的累積抑制酶的活性。鈣的增加則激活酸化輔酶，使得許多反應速率加快，有助於循環的持續進行。
代謝的演變
隨著生物技術的進步，對克雷布斯循環的理解愈發加深。尤其是在腫瘤學中，我們可以觀察到腫瘤細胞中代謝的顯著變化，如2-羥基糠酸的生成，這與某些功能突變有關，並可能導致抑制其他關鍵酶的活性，從而促進腫瘤的發展。
克雷布斯循環在細胞的日常運營中扮演著不可或缺的角色，這個生物化學過程不僅影響生物體的能量產生，還與多種生物反應密切相關。那麼，我們可以透過如何調節這一循環來改善健康，或者在某些情況下，治療疾病呢？
