TCA 회로로 수렴하는 주요 대사 경로 정리

몇몇 이화 작용 경로가 시트르산 회로로 수렴한다. 

이러한 반응의 대부분은 중간 생성물을 시트르산 회로로 첨가하기 때문에 보충 대사 반응(anaplerotic reaction)으로 알려져 있다. 이것은 시트르산 회로로 들어올 수 있는 아세틸-CoA의 양을 증가시켜서 호흡을 수행하는 미토콘드리아의 능력을 증가시킨다. 시트르산 회로에서 중간 생성물을 제거하는 과정은 "cataplerotic" 반응이라고 한다.

해당 과정에서 생성된 피루브산은 미토콘드리아 내막을 가로질러 미토콘드리아 기질로 능동 수송된다. 미토콘드리아 기질에서 피루브산은 산화적 탈카복실화되고, 조효소 A(CoA)와 결합하여 아세틸-CoA, NADH, CO2를 형성한다. 

그러나 피루브산은 피루브산 카복실화효소에 의해 카복실화되어 옥살 아세트산을 형성하는 것도 역시 가능하다. 피루브산 카 복실화 효소에 의한 반응은 보충 대사 반응으로 시트르산 회로의 옥살 아세트산의 양을 채우고, 활동으로 인해 조직(예: 근육에서)의 에너지 요구량이 증가할 때 시트르산 회로의 아세틸-CoA 대사 능력을 증가시킨다. 

시트르산 회로에서 모든 중간생성물들(예: 시트르산, 아이소 시트르산, α-케토 글루 타르산, 석시닐-CoA, 석신산, 푸마르산, 말산, 옥살 아세트산)은 회로가 도는 동안 재생성된다. 따라서 시트르산 회로의 중간 생성물들 중에 하나를 더 많이 미토콘드리아에 첨가해주면 회로 내 다른 중간 생성물로 차례로 전환되어 다른 모든 중간 생성물의 양이 증가하므로 추가된 양이 시트르산 회로 내에서 유지된다. 따라서 시트르산 회로에 중간 생성물들 중 하나를 추가하면 "anaplerotic" 효과가 나타나고, 중간 생성물들 중 하나를 제거하면 "cataplerotic" 효과가 나타난다. 이러한 보충 대사(anaplerotic) 반응 및 cataplerotic 반응은 시트르산 회로 주기 동안 아세틸-CoA와 결합하여 시트르산을 형성할 수 있는 옥살 아세트산의 양을 증가시키거나 감소시킨다. 이것은 차례로 미토콘드리아에 의한 ATP의 생성 속도를 증가시키거나 감소시켜서, 세포의 ATP 이용 가능성을 증가 또는 감소시킨다. 

한편 피루브산의 산화 또는 지방산의 β 산화로부터 생성된 아세틸-CoA는 시트르산 회로로 들어간다. 시트르산 회로의 각 회전마다 아세틸-CoA는 옥살아세트산과 반응하여 시트르산으로 축합 되고, 다시 아세틸-CoA로 재생성되진 않는다. 아세틸-CoA의 아세틸기 부분이 산화되어 CO2와 H2O로 분해되고, 이 과정에서 방출되는 에너지의 일부는 열에너지로 소실되고 일부는 ATP에 화학 에너지의 형태로 저장된다. 지방산의 β 산화에서 세 단계 과정은 시트르산 회로에서 석신산이 옥살 아세트산으로의 전환에서 일어나는 반응들과 유사하다. 지방산의 β 산화에서 FAD가 FADH2로 환원되는 동안 아세틸-CoA는 트랜스-엔 오일-CoA로 산화된다. 이는 시트르산 회로에서 석신산이 푸마르산으로 산화되는 반응과 유사하다. 다음으로 β 산화에서 트랜스-엔 오일-CoA는 이중결합을 가로질러 수화되어 β-하이드록시 아실-CoA가 되는 반응은 시트르산 회로에서 푸마르산이 말산으로 수화되는 반응과 유사하다. 마지막으로 β-하이드록시 아실-CoA는 β-케토 아실-CoA로 산화되고, NAD+는 NADH로 환원되는 반응은 시트르산 회로에서 말산을 옥살 아세트산으로 산화시키는 것과 동일한 과정을 따른다.

혈액 내 글루카곤 또는 에피네프린의 농도가 증가시 H 간에서 세포질의 피루브산의 미토콘드리아 내의 옥살 아세트산으로의 카 복실화는 젖산 및 탈아미노화된 알라닌을 포도당으로 전환시키는 포도당 신생합성의 초기 반응 단계이다. 여기서 미토콘드리아에 옥살 아세트산을 첨가하면 시트르산 회로의 또 다른 중간 생성물인 말산이 즉각적으로 미토콘드리아에서 제거되어 세포질의 옥살 아세트산으로 전환되기 때문에 보충 대사(anaplerotic) 효과가 일어나지 않는다. 이러한 포도당 신생합성은 해당 과정의 거의 역반응으로 이들은 결국 포도당으로 전환된다.

단백질의 분해에서 단백질은 단백질 가수분해효소(protease)에 의해 아미노산으로 분해된다. 이들의 탄소 골격(즉, 탈아미노화된 아미노산)은 시트르산 회로에 대해 보충대사(anaplerotic) 효과를 갖는 중간 생성물들(예: 글루탐산 또는 글루타민으로부터 유도된 α-케토 글루 타르산)로 시트르산 회로로 유입될 수 있다. 또는 류신, 아이 소류 신, 라이신, 페닐알라닌, 트립토판, 티로신, 트레오닌의 경우 아세틸-CoA로 전환되어 CO2와 H2O로 산화되거나 케톤체를 형성하는 데 사용된다. 케톤체는 간이 아닌 다른 조직에서만 산화되거나 또는 소변이나 호흡을 통해 배설될 수 있다. 중간 생성물로써 시트르산 회로로 유입되는 아미노산들은 미토콘드리아 밖으로 수송되는 말산이 세포질의 옥살 아세트산으로 전환되어 궁극적으로 포도당이 만들어지는 포도당 생성(gluconeogenic) 아미노산들로 시트르산 회로에서 유출될 수 있다. 반면에 아세토 아세틸-CoA나 아세틸-CoA를 거쳐 케톤체를 생성하는 아미노산들(류신, 아이 소류 신, 라이신, 페닐알라닌, 트립토판, 타이로신, 트레오닌)은 케톤생성(ketogenic) 아미노산이다. 탈아미노화된 알라닌, 시스테인, 글리신, 세린, 트레오닌, 트립토판은 피루브산으로 전환되고 옥살 아세트산으로(보충 대사 반응으로) 시트르산 회로로 유입되거나 또는 피루브산에서 아세틸-CoA로 전환된 다음 CO2와 H2O로 분해될 수 있다.

지방의 분해에서 트라이글리세라이드(중성 지방)이 가수 분해되어 지방산과 글리세롤로 나뉜다. 간에서 글리세롤은 포도당 신생합성에서 다이 하이드록시 아세톤 인산과 글리세르알데하이드 3-인산을 거쳐 포도당으로 전환될 수 있다. 많은 조직들에서 특히 심장 및 골격근에서 지방산은 β 산화로 알려진 과정을 통해 분해된다. β 산화는 시트르산 회로에서 사용될 수 있는 아세틸-CoA를 생성한다. 탄소 수가 홀수 개인 지방산의 β 산화는 프로피오 닐-CoA를 생성하고, 다음에 석시닐-CoA로 전환되어 보충 대사(anaplerotic) 반응의 중간 생성물로 시트르산 회로로 유입된다.

1 분자의 NADH 산화에 의해 약 2.5 분자의 ATP, 1 분자의 FADH2의 산화에 의해 약 1.5 분자의 ATP가 합성된다고 하면, 1 분자의 포도당이 해당 과정(2 ATP, 2 NADH), 피루브산의 산화(2 NADH), 시트르산 회로(2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2), 산화적 인산화(28 ATP)에 의해 최대 32 분자의 ATP가 생성될 수 있다.