Les cellules de la plupart des organismes, y compris les plantes et les animaux, obtiennent de l’énergie utilisable grâce à la respiration aérobie, la version de la respiration cellulaire nécessitant de l’oxygène. La respiration aérobie se compose de quatre étapes principales : la glycolyse, l’oxydation du pyruvate, le cycle de l’acide citrique et la phosphorylation oxydative. La troisième étape majeure, le cycle de l’acide citrique, est également connue sous le nom de cycle de Krebs ou cycle d’acide tricarboxylique (TCA).

Pour chaque molécule de glucose qui subit la respiration cellulaire, le cycle de l’acide citrique est effectué deux fois ; c’est parce que la glycolyse (la première étape de la respiration aérobie) produit deux molécules de pyruvate par molécule de glucose. Pendant l’oxydation du pyruvate (la deuxième étape de la respiration aérobie), chaque molécule de pyruvate est transformée en une seule molécule d’acétyl-CoA, l’entrée dans le cycle de l’acide citrique. Par conséquent, pour chaque molécule de glucose, deux molécules d’acétyl-CoA sont produites. Chacune des deux molécules d’acétyl-CoA passe une fois par le cycle de l’acide citrique.

Le cycle de l’acide citrique commence par la fusion de l’acétyl-CoA et de l’oxaloacétate pour former de l’acide citrique. Pour chaque molécule d’acétyl-CoA, les produits du cycle de l’acide citrique sont deux molécules de dioxyde de carbone, trois molécules de NADH, une molécule de FADH₂ et une molécule de GTP/ATP. Par conséquent, pour chaque molécule de glucose (qui génère deux molécules d’acétyl-CoA), le cycle de l’acide citrique produit quatre molécules de dioxyde de carbone, six molécules de NADH, deux molécules de FADH2 et deux molécules de GTP/ATP. Le cycle de l’acide citrique régénère également l’oxaloacétate, la molécule qui démarre le cycle.

Alors que le rendement en ATP du cycle de l’acide citrique est modeste, la génération de coenzymes NADH et FADH₂ est essentielle pour la production d’ATP dans la phase finale de la respiration cellulaire, la phosphorylation oxydative. Ces coenzymes agissent comme des porteurs d’électrons et donnent leurs électrons à la chaîne de transport d’électrons, conduisant finalement à la production de la plupart de l’ATP produit par respiration cellulaire.