Stappen in de citroenzuurcyclus
Stap 1. De eerste stap is een condensatiestap, waarbij de twee-koolstof acetylgroep (van acetyl-CoA) wordt gecombineerd met een vier-koolstof oxaloacetaatmolecuul om een zes-koolstof citraatmolecuul te vormen. CoA wordt gebonden aan een sulfhydrylgroep (-SH) en diffundeert weg om uiteindelijk te combineren met een andere acetylgroep. Deze stap is onomkeerbaar omdat hij zeer exergetisch is. De snelheid van deze reactie wordt geregeld door negatieve terugkoppeling en de hoeveelheid beschikbare ATP. Als het ATP-niveau stijgt, daalt de snelheid van deze reactie. Als er een tekort aan ATP is, neemt de snelheid toe.
Stap 2. Citraat verliest een watermolecuul en wint een ander als citraat wordt omgezet in zijn isomeer, isocitraat.
Stappen 3 en 4. In stap drie wordt isocitraat geoxideerd, waarbij een molecuul met vijf koolstofatomen wordt geproduceerd, α-ketoglutaraat, samen met een molecuul CO2 en twee elektronen, die NAD+ reduceren tot NADH. Ook deze stap wordt gereguleerd door negatieve terugkoppeling van ATP en NADH en door een positief effect van ADP. Stap drie en vier zijn zowel oxidatie- als decarboxyleringsstappen, waarbij elektronen vrijkomen die NAD+ reduceren tot NADH en carboxylgroepen vrijmaken die CO2-moleculen vormen. α-Ketoglutaraat is het product van stap drie, en een succinylgroep is het product van stap vier. CoA bindt de succinylgroep om succinyl-CoA te vormen. Het enzym dat stap vier katalyseert, wordt gereguleerd door terugkoppeling van remming van ATP, succinyl-CoA, en NADH.
Stap 5. Een fosfaatgroep wordt gesubstitueerd voor co-enzym A, en een hoogenergetische binding wordt gevormd. Deze energie wordt gebruikt bij de fosforylering op substraatniveau (bij de omzetting van de succinylgroep in succinaat) om hetzij guaninetrifosfaat (GTP) hetzij ATP te vormen. Er zijn twee vormen van het enzym, isoenzymen genaamd, voor deze stap, afhankelijk van het type dierlijk weefsel waarin zij worden aangetroffen. Eén vorm wordt aangetroffen in weefsels die grote hoeveelheden ATP gebruiken, zoals hart- en skeletspieren. Deze vorm produceert ATP. De tweede vorm van het enzym wordt aangetroffen in weefsels die een groot aantal anabole routes hebben, zoals de lever. Deze vorm produceert GTP. GTP is energetisch gelijkwaardig aan ATP, maar het gebruik ervan is beperkter. In het bijzonder de proteïnesynthese gebruikt hoofdzakelijk GTP.
Stap 6. Stap zes is een dehydratieproces waarbij succinaat wordt omgezet in fumaraat. Twee waterstofatomen worden overgedragen aan FAD, waardoor FADH2 ontstaat. De energie in de elektronen van deze atomen is onvoldoende om NAD+ te reduceren, maar voldoende om FAD te reduceren. In tegenstelling tot NADH blijft deze drager aan het enzym gehecht en brengt hij de elektronen rechtstreeks over naar de elektronentransportketen. Dit proces wordt mogelijk gemaakt door de lokalisatie van het enzym dat deze stap katalyseert binnen het binnenmembraan van het mitochondrion.
Stap 7. Tijdens stap zeven wordt water toegevoegd aan fumaraat, en wordt malaat geproduceerd. De laatste stap in de citroenzuurcyclus regenereert oxaloacetaat door malaat te oxideren. Er wordt nog een molecuul NADH geproduceerd.