葡萄糖在有氧條件下，氧化分解生成二氧化碳和水的過程稱為糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代謝的主要方式，大多數組織中的葡萄糖均進行有氧氧化分解供給機體能量。

　　糖的有氧氧化分兩個階段進行。第一階段是由葡萄糖生成的丙酮酸，在細胞液中進行。第二階段是上述過程中產生的NADH+H+和丙酮酸在有氧狀態下，進入線粒體中，丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA進入三羧酸循環，進而氧化生成CO2和H2O，同時NADH+H+等可經呼吸鏈傳遞，伴隨氧化磷酸化過程生成H2O和ATP，下面主要將討論有氧氧化在線粒體中進行的第二階段代謝。

　　1.丙酮酸的氧化脫羧

　　催化氧化脫羧的酶是丙酮酸脫氫酶系(pyruvatedehydrogenase system)，此多酶復合體括丙酮酸脫羧酶，輔酶是TPP，二氫硫辛酸乙酰轉移酶，輔酶是二氫硫辛酸和輔酶A，還有二氫硫辛酸脫氫酶，輔酶是FAD及存在于線粒體基質液中的NAD+，多酶復合體形成了緊密相連的連鎖反應機構，提高了催化效率。

　　從丙酮酸到乙酰CoA是糖有氧氧化中關鍵的不可逆反應，催化這個反應的丙酮酸脫氫酶系受到很多因素的影響，反應中的產物，乙酰CoA和NADH++H+可以分別抑制酶系中的二氫硫辛酸乙酰轉移酶和二氫硫辛酸脫氫酶的活性，丙酮酸脫羧酶(pyruvate decarboxylase,PDC)活性受ADP和胰島素的激活，受ATP的抑制。

　　丙酮酸脫氫反應的重要特征是丙酮酸氧化釋放的自由能貯存在乙酰CoA中的高能硫酯鍵中，并生成NADH+H+(圖4-4)。

　　圖4-4 丙酮酸脫氫酶復合物的作用機制

　　2.三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle)

　　乙酰CoA進入由一連串反應構成的循環體系，被氧化生成H2O和CO2。由于這個循環反應開始于乙酰CoA與草酰乙酸(oxaloacetate)縮合生成的含有三個羧基的檸檬酸，因此稱之為三羧酸循環或檸檬酸循環(citric acid cycle)。其詳細過程如下：

　　(1)乙酰CoA進入三羧酸循環

　　乙酰CoA具有硫酯鍵，乙酰基有足夠能量與草酰乙酸的羧基進行醛醇型縮合。首先從CH3CO基上除去一個H+，生成的陰離子對草酰乙酸的羰基碳進行親核攻擊，生成檸檬酰CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸，使反應不可逆地向右進行。該反應由檸檬酸合成酶(citrate synthetase)催化，是很強的放能反應。

　　由草酰乙酸和乙酰CoA合成檸檬酸是三羧酸循環的重要調節點，檸檬酸合成酶是一個變構酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構抑制劑，此外，α-酮戊二酸、NADH能變構抑制其活性，長鏈脂酰CoA也可抑制它的活性，AMP可對抗ATP的抑制而起激活作用。

　　(2)異檸檬酸形成

　　檸檬酸的叔醇基不易氧化，轉變成異檸檬酸而使叔醇變成仲醇，就易于氧化，此反應由順烏頭酸酶催化，為一可逆反應。

　　(3)第一次氧化脫酸

　　在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate)的中間產物，后者在同一酶表面，快速脫羧生成α-酮戊二酸(α�瞜etoglutarate)、NADH和CO2，此反應為β-氧化脫羧，此酶需要Mn2+作為激活劑。

　　此反應是不可逆的，是三羧酸循環中的限速步驟，ADP是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而ATP，NADH是此酶的抑制劑。

　　(4)第二次氧化脫羧

　　在α-酮戊二酸脫氫酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA、NADH+H+和CO2，反應過程完全類似于丙酮酸脫氫酶系催化的氧化脫羧，屬于α�惭趸�脫羧，氧化產生的能量中一部分儲存于琥珀酰CoA的高能硫酯鍵中。

　　α-酮戊二酸脫氫酶系也由三個酶(α-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰基轉移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個輔酶(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)組成。

　　此反應也是不可逆的。α-酮戊二酸脫氫酶復合體受ATP、GTP、NAPH和琥珀酰CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的調控。