①の解糖系に続き、②のクエン酸回路について、詳しく見ていきましょう。

解糖系で生じたピルビン酸は、ミトコンドリアのマトリクスに取り込まれます。
このときに起こるクエン酸回路の様子を表したのが、次の図です。

なお、図で丸く囲まれたC₄などの表記は、その物質がC(炭素原子)をいくつもっているかを表しています。

それでは、反応の流れを順番に見ていきましょう。
クエン酸回路では、化学反応が次々と起こり、物質が循環します。
最初に注目するのは、図の上の部分です。
解糖系で生じたピルビン酸がミトコンドリアに到達しました。
このとき、外膜と内膜を通って、マトリクスに進入していますね。

このとき、ピルビン酸が活性酢酸へ変化しています。
次に、活性酢酸が、オキサロ酢酸と反応して、クエン酸ができます。
反応系において一番最初に生成する物質がクエン酸なので、クエン酸回路というのですね。

クエン酸はさらに、次のような流れで循環していきます。
　クエン酸→α-ケトグルタル酸→コハク酸→フマル酸→リンゴ酸→オキサロ酢酸→…

このときに出入りする物質に注目しながら、順番に確認していきましょう。
注目するのは、二酸化炭素・水素・水・ATPの４つの物質です。

二酸化炭素が放出される反応が3つあります。

まずは、ピルビン酸から活性酢酸へ変化する過程を見てください。
ピルビン酸はCを3つもっていますが、活性酢酸はCを2つしかもっていませんね。
このことからも、二酸化炭素が放出されたことがわかります。

他にも、クエン酸がα-ケトグルタル酸へ変化する過程、α-ケトグルタル酸がコハク酸へ変化する過程でも、二酸化炭素が放出されています。
どの反応でも、物質のもつCの数が減っていることに注意しましょう。

次に、水素に注目しましょう。
図を見てください。

クエン酸回路でも、解糖系と同じように水素が放出されます。
図では、水素が放出される反応が5つあります。
また、水素がNADH + H⁺ というかたちで放出される反応と、**FADH₂**というかたちで放出される反応があります。

ピルビン酸から活性酢酸、クエン酸からα-ケトグルタル酸、α-ケトグルタル酸からコハク酸、リンゴ酸からオキサロ酢酸という4つの化学反応においては、水素はNADH + H⁺ というかたちで放出されます。
一方、コハク酸からフマル酸へ変化する過程では、FADH₂ というかたちで水素が放出されます。
FADH₂とは、水素がFADと結合したものです。

次に、水に注目しましょう。
図を見てください。

水を必要とする反応が、3つあります。
オキサロ酢酸からクエン酸、α-ケトグルタル酸からコハク酸、フマル酸からリンゴ酸という3つです。

最後に、ATPに注目しましょう。

ATPが合成される反応が、1つあります。
図を見ると、α-ケトグルタル酸からコハク酸が生成される過程で、ATPが生成されていることがわかります。
そもそも呼吸のような異化の過程では、有機物を分解してエネルギーを生成することが特徴でした。
そのため、解糖系と同じように、クエン酸回路でもATPが生成するのですね。

クエン酸回路は複雑ですが、化学反応式とあわせてしっかり覚えましょう。
このときの反応を、式にまとめると、次のようになります。

クエン酸回路では、2molのピルビン酸が、6molの水と反応します。
そして、6molの二酸化炭素を放出しつつ、8molのNADH + H⁺と2molのFADH₂を生成しながら、2molのATPを生成します。

また、クエン酸回路全体で20molの水素原子が生成され、呼吸の3番目の反応である水素伝達系（電子伝達系）へ移ることもおさえておきましょう。