מחזור חומצות לימון, המכונה גם מחזור קרבס או מחזור חומצה תלת-קרבוקסילית (TCA), הוא השלב השני של נשימה תאית. מחזור זה מזרז את ידי מספר אנזימים והוא נקרא לכבוד המדען הבריטי האנס קרבס שזיהה את סדרת הצעדים המעורבים במחזור חומצות לימון. האנרגיה השימושית שנמצאת ב- פחמימות, חלבונים, ו שומנים שאנו אוכלים משוחרר בעיקר דרך מחזור חומצות לימון. למרות שמחזור חומצות לימון אינו משתמש ישירות בחמצן, הוא עובד רק כאשר קיים חמצן.
השלב הראשון של הנשימה התאית, נקרא גליקוליזה, מתרחש בציטוזול של התא ציטופלזמה. מחזור חומצות לימון, לעומת זאת, מתרחש במטריקס של התא מיטוכונדריה. לפני תחילת מחזור חומצות לימון, חומצה פירובית הנוצרת בגליקוליזה חוצה את הממברנה המיטוכונדרית ומשמשת ליצירתו אצטיל קו-אנזים A (אצטיל CoA). לאחר מכן משתמשים באצטיל CoA בשלב הראשון של מחזור חומצות לימון. כל שלב במחזור מזרז אנזים ספציפי.
קבוצת האצטיל דו-פחמנית של אצטיל CoA מתווספת לארבע הפחמן אוקסלואצטט ליצירת ציטראט שש-פחמן. ה חומצה מצומדת של ציטרט היא חומצת לימון, ומכאן השם מחזור חומצת לימון. אוקסלואצטט מתחדש בסוף המחזור כך שהמחזור עשוי להימשך.
התז"ע מוסר מה- סוכני CoA מולקולה ומוחלף על ידי א קבוצת פוספט. לאחר מכן מוסרים את קבוצת הפוספטים ומצורפים לגואנוזין דיפוספט (תוצר) ובכך יוצרים גואנוזין טריפוספט (GTP). כמו ATP, GTP היא מולקולה מניבת אנרגיה ומשמשת לייצור ATP כאשר היא תורמת קבוצת פוספטים ל- ADP. התוצר הסופי מהוצאת CoA מסוכיניל CoA הוא succinate.
Malate הוא חמצון היווצרות אוקסלואצטט, המצע ההתחלתי במחזור. NAD + מצטמצם לתהליך NADH + H +.
בתוך תאים איקריוטיים, מחזור חומצות לימון משתמש במולקולה אחת של אצטיל CoA לייצור 1 ATP, 3 NADH, 1 FADH2, 2 CO2 ו 3 H +. מכיוון ששתי מולקולות אצטיל CoA נוצרות משתי מולקולות חומצה פירובית המיוצרות בגיריקוליזה, ה- המספר הכולל של מולקולות אלה המופקות במחזור חומצות לימון מוכפל ל -2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, 4 CO2 ו 6 ח '. שתי מולקולות NADH נוספות נוצרות גם בהמרה של חומצה פירובית לאצטיל CoA לפני תחילת המחזור. מולקולות NADH ו- FADH2 המיוצרות במחזור חומצות לימון מועברות לשלב הסופי של נשימה תאית קרא שרשרת הובלת האלקטרונים. כאן NADH ו- FADH2 עוברים זרחן חמצוני כדי לייצר יותר ATP.