有氧氧化（aerobicoxidation）是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化生成乙酰辅酶A，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。这是糖氧化的主要方式，是机体获得能量的主要途径。 一、葡萄糖氧化生成丙酮酸；
这一阶段和糖酵解过程相似，在细胞质中进行。在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。在有氧的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环。
二、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A
在有氧条件下，丙酮酸从细胞质进入线粒体。在丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvate dehydrogenasecomplex）的催化哗晌运下进行氧化脱羧反应，该反应的ΔG'0=-39．5kJ/mol，反应不可逆（图6-6）。丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体，它包括丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶。以乙酰转移酶为核心，周围排列着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。参与的辅酶有TPP，硫辛酸，FAD，NAD+，辅酶A。在多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程，反应迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脱羧和脱氢生成乙酰辅酶A及NADH+H+。
三、三羧酸循环
丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A要彻底进行氧化，这个氧化过程是三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）。三羧酸循环是Krebs于1937年发现的。故又称Krebs循环。因为循环中第一个中间产物是柠檬酸，故又称柠檬酸循环（citric acid cycle）。乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸，再经过一系列反应重新变成草酰乙酸完成一轮循环，其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成ATP；而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而被排出，是体内二氧化碳的主要来源。
⒈三羧酸循环反应过程：
⑴乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸
此反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调节点。由于高能硫酯键水解时释出较多自由能，ΔG'0=-32.2kJ/mol，此反应不可逆。
⑵柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸
此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸。
⑶异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸
此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点，辅酶是NAD+，脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。异柠檬酸先脱氢生成草酰琥珀酸，再脱羧生成α-酮戊二酸。ΔG'0=-20.9kJ/mol。
⑷α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A
此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-ketoglutarate dehydrogenase complex）的催化下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶（需TPP）；硫辛酸琥珀酰基转移酶（需硫辛酸和辅酶A）；二氢硫辛酸脱氢酶（需FAD、NAD+）。脱氢生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
由于反应中分子内部能量重排，产物琥珀酰辅酶谨没A中含有一个高能硫酯键，此反应不可逆。ΔG'0=-33.5kJ/mol。
⑸琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸
此反应由琥珀酸硫激酶（琥珀酰辅酶A合成酶）催化，琥珀酰辅酶A中的高能硫酯键释放能量，可以转移给ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。细胞中有两种同工酶，一种形成ATP，另一种形成GTP。这是因为琥珀酸硫激酶由α、乱梁β亚基组成，α亚基上有磷酸化的组氨酸残基以及结合CoA的位点；β亚基上既可以结合ATP又可以结合GTP。形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。
⑹琥珀酸脱氢转变为延胡索酸
此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，脱氢后生成FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP。
⑺延胡索酸转变为苹果酸
此反应由延胡索酸酶催化，加水生成苹果酸。
⑻苹果酸脱氢生成草酰乙酸
此反应由苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+，脱氢后生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
⒉ 三羧酸循环的特点：
⑴三羧酸循环是乙酰辅酶A的彻底氧化过程。草酰乙酸在反应前后并无量的变化。三羧酸循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。
⑵三羧酸循环是能量的产生过程，1分子乙酰CoA通过TCA经历了4次脱氢（3次脱氢生成NADH+H+，1次脱氢生成FADH2）、2次脱羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共产生12分子ATP。
⑶三羧酸循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体是反应的关键酶，是反应的调节点。
⒊ 三羧酸循环的生理意义
⑴三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的最终代谢通路。糖、脂和蛋白质在体内代谢都最终生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环彻底氧化分解成水、CO2和产生能量。
⑵三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的枢纽。 糖有氧氧化的主要功能是提供能量，人体内绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化获取能量。体内l分子葡萄糖彻底有氧氧化生成38（或36）分子 ATP。葡萄糖彻底氧化生成CO2、H2O的过程中，ΔG'0=-2840kJ/mol，生成了38分子 ATP，38×30.5 kJ/mol=1159 kJ/mol，产生能量的有效率为40%左右。
糖的有氧氧化中通过氧化磷酸化反应得到34（或32）分子ATP，通过底物水平磷酸化生成6分子ATP。在肝、肾、心等组织中l分子葡萄糖彻底氧化可生成38分子ATP，而骨骼肌及脑组织中只能生成36分子ATP，这一差别的原因是由于葡萄糖到丙酮酸这阶段的反应是在细胞质中进行，3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶NADH+H+又必须在线粒体内进行氧化磷酸化，因此NADH+H+要通过穿梭系统进入线粒体，由于穿梭系统的不同，最后获得ATP数目亦不同。从糖原的葡萄糖残基开始氧化，则每分子糖基氧化可形成39（或37）分子ATP。 糖有氧氧化中，葡萄糖生成丙酮酸过程的调节和糖酵解中一样，这里主要讨论丙酮酸脱氢酶复合体和三羧酸循环的调节。
一 丙酮酸脱氢酶复合体的调节
丙酮酸脱氢酶复合体有别构调节和共价调节两种。别构调节的抑制剂有ATP、乙酰辅酶A、NADH、脂肪酸等。激活剂是ADP、CoA、NAD+和Ca2+等。当[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+]和[乙酰CoA]/[ CoA]很高时，提示能量足够，丙酮酸脱氢酶复合体被别构后活性抑制。
丙酮酸脱氢酶复合体还存在共价修饰调节机制：组成成分之一的丙酮酸脱氢酶中的丝氨酸残基可被特定的磷酸激酶磷酸化而使丙酮酸脱氢酶失活；相应的磷酸酶可使磷酸化的丙酮酸脱氢酶去磷酸化而恢复其活性。这个特定的磷酸激酶又受到ATP的别构激活：当ATP浓度高时，特定的磷酸激酶别构激活，使丙酮酸脱氢酶被磷酸化抑制其活性。
二 三羧酸循环的调节
三羧酸循环的三个调节点是：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体这三个限速酶，最重要的调节点是异柠檬酸脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶复合体；最主要的调节因素是ATP和NADH的浓度。当[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+]很高时，提示能量足够，三个限速酶活性被抑制；反之，这三个限速酶的活性被激活。此外，底物乙酰CoA、草酰乙酸的不足，产物柠檬酸、ATP产生过多，都能抑制柠檬酸合酶。 巴斯德效应（Pastuer effect）是指：在有氧的条件下糖有氧氧化抑制糖无氧酵解。这个效应是Pastuer在研究酵母菌葡萄糖发酵时发现的：在无氧的条件下，糖无氧酵解产生的ATP的速度和数量远远大于有氧氧化，为产生ATP的主要方式。但在有氧的条件下，酵母菌的酵解作用受到抑制。这种现象同样出现在肌肉中：当肌肉组织供氧充分的情况下，有氧氧化抑制糖无氧酵解，产生大量量能量供肌肉组织活动所需。缺氧时，则以糖无氧酵解为主。
在一些代谢旺盛的正常组织和肿瘤细胞中，即使在有氧的条件下，仍然以糖无氧酵解为产生ATP的主要方式，这种现象称为Cratree效应或反巴斯德效应。在具有Cratree效应的组织细胞中，其糖无氧酵解酶系（己糖激酶、6磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶）活性较强，而线粒体中产生ATP的酶系活性较低，氧化磷酸化减弱，以糖无氧酵解酶系产生能量为主。
