Der Zitronensäurezyklus ist eine Reihe chemischer Reaktionen, die während der Zellatmung ablaufen, dem Prozess, bei dem Zellen in Organismen Energie produzieren. Es wird auch als Krebs-Zyklus oder Tricarbonsäure-Zyklus bezeichnet. Im Zyklus wird eine Reihe von energieerzeugenden chemischen Reaktionen durch verschiedene Enzyme katalysiert oder beschleunigt. Typischerweise lernen die Schüler den Zitronensäurezyklus zuerst in Biologieunterricht für Fortgeschrittene oder in Biologie-Einführungskursen an Colleges. Es wird dann im Biochemieunterricht ausführlicher behandelt, da es sich um einen inhärent chemischen Prozess handelt.
Es gibt viele verschiedene komplexe chemische Reaktionen im Zyklus, von denen die meisten Moleküle beinhalten, die aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen. Der Zyklus besteht aus ungefähr zehn Schritten, und jeder Schritt wird von einem anderen Enzym katalysiert. Unmittelbar vor dem Zitronensäurezyklus produziert ein Prozess namens Glykolyse Pyruvat, ein energiehaltiges Molekül, das im Verlauf der Zellatmung weiter in nutzbare Energie zerlegt wird. Der Zitronensäurezyklus spaltet Pyruvatmoleküle in NADH (Nicotinamidadenindinukleotid) und ATP (Adenosintriphosphat)-Moleküle auf, die beide eine beträchtliche Menge an Energie enthalten, auf die der Körper schnell zugreifen kann. Die meisten der während der Zellatmung produzierten energetischen Moleküle werden durch eine Reihe von Stoffwechselprozessen aus Glukose-(Zucker-)Molekülen gewonnen.
Die Zellatmung ist normalerweise ein aerober Prozess, das heißt, sie verwendet Sauerstoff. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird das durch die Glykolose produzierte Pyruvat normal im Zitronensäurezyklus abgebaut, um in NADH und ATP (Adenosintriphosphat) abgebaut zu werden. Wenn jedoch kein Sauerstoff vorhanden ist, beginnt das Pyruvat einen Prozess namens Fermentation. Bei der Fermentation wird kein Sauerstoff verwendet, was bedeutet, dass es sich um einen anaeroben Prozess handelt. Fermentation ist ein weit weniger effizientes Energieerzeugungsverfahren als der Zitronensäurezyklus; es produziert nicht genug Energie, um einen Organismus über einen längeren Zeitraum zu erhalten.
In den meisten komplexen, vielzelligen Organismen findet der Zitronensäurezyklus in den Mitochondrien statt, einer energieerzeugenden Organelle, die innerhalb der Zellen existiert. Mitochondrien sind die Hauptproduzenten von ATP, das Zellen sehr effizient zur Energiegewinnung nutzen können. Einige Prozesse bei der Zellatmung finden außerhalb der Mitochondrien statt, andere treten auf, wenn Moleküle durch die Membran der Mitochondrien transportiert werden. Der Zitronensäurezyklus findet in der Matrix der Mitochondrien statt, die die vielen verschiedenen Enzyme enthält, die viele der chemischen Reaktionen katalysieren, die am Zyklus und an der restlichen Zellatmung beteiligt sind.