Cycle de Krebs

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Le cycle de Krebs ou cycle des acides tricarboxyliques ou encore cycle de l'acide citrique (citrate) est une série de réaction biochimiques dont la finalité est de produire des intermédiaires énergétiques qui serviront à la production d'ATP dans la chaîne respiratoire. Il s'agit d'un cycle car le dernier métabolite, l'acide oxaloacétique, est aussi impliqué dans la première réaction.

Point de convergences de plusieurs réactions de catabolismes du métabolisme cellulaire, il a été découvert par le biologiste Hans Adolf Krebs en 1937. Le cycle de Krebs peut aussi servir à la production d'intermédiaires utilisés pour certaines réactions d'anabolisme.

Il est le point final et commun du catabolisme des glucides (glycolyse, voie des pentoses phosphates ), lipides (hélice de Lynen) et acides aminés car tous ces catabolismes aboutissent à la formation d'acétyl-coenzyme A. L'acétyl-coenzyme A est une forme de transport des groupement acétyls qui proviennent du pyruvate. La première étape du cycle consiste à transférer ce groupement acétyl sur l'oxaloacétate pour former du citrate. Le reste du cycle consiste en des transformations catalysées. La dernière étape produit de l'oxaloacetate, qui pourra a lors de nouveau recevoir un acétyl et recommencer le cycle. Il existe toutefois des réactions d'échappement au cycle de Krebs qui permettent d'utiliser certains intermédiaire pour d'autres fonctions cellulaires.

Le cycle de Krebs se déroule dans la matrice de la mitochondrie, en aérobiose (présence d'oxygène). Les enzymes catalysant cette suite de réactions sont localisées dans la matrice mitochondriale ou au niveau de la membrane interne mitochondriale.

Cycle de Krebs ou cycle de l'acide citrique
Cycle de Krebs ou cycle de l'acide citrique

Avec la chaîne respiratoire qui réoxyde les coenzymes NADH et CoQH2 produits par le cycle, le cycle de Krebs est le processus ultime de dégradation des différents métabolites qui seront dégradés en dioxyde de carbone et eau.

Sommaire

[modifier] Étapes du cycle de Krebs

[modifier] Synthèse du citrate

La réaction de condensation irréversible est catalysée par la citrate synthétase mais présente un intermédiaire transitoire: le cytroyl CoA.

[modifier] Déshydratation du citrate

Cette réaction de déshydratation réversible, catalysée par une lyase (cis-aconitase), produit du cis-aconitate (ou mieux : Z-aconitate). Bien que le citrate semble être symétrique, on a pu démontrer que le départ d'eau a lieu entre les carbones de l'oxaloacétate.

[modifier] Hydratation du cis-aconitate

Cette réaction est réversible et catalysée par la même enzyme qu'a l'étape précédente. L'addition d'eau sur la double liaison a lieu dans une position différente : c'est l'isocitrate.

[modifier] Oxydation de l'isocitrate

Cette réaction réversible est catalysée par une oxydoréductase, l'isocitrate déshydrogénase.

[modifier] Décarboxylation de l'oxalosuccinate

Il y a libération du dioxyde de carbone lors de cette réaction irréversible et spontanée, l'oxalosuccinate étant un composé instable.

[modifier] Décarboxylation oxydative de l'α-cétoglutarate

Cette réaction est la même que celle permettant le passage du pyruvate à l'acétylCoA. Le complexe enzymatique fait intervenir 5 coenzymes successifs (thiamine pyrophosphate ou TPP), le lipoate, le NAD, le coenzyme A et le FAD. Cette réaction est irréversible.

[modifier] Formation du succinate

Lors de cette réaction, il y a transfert de l'énergie du succinylcoenzyme A (par sa liaison acylthioester) à la guanosine diphosphate. Cette réaction réversible est catalysée par une transférase, la succinate thiokinase. Formation d'une liaison ~P (GTP chez les animaux et ATP chez les végétaux)

On équilibre correctement la réaction en ajoutant dans les produits, GTP et CoA-SH

[modifier] Oxydation du succinate

Cette réaction avec réduction de l'ubiquinone (Coenzyme Q10, CoQ) en ubiquinol (CoQH2) est catalysée par une enzyme flavoprotéique à FAD, inhibée par le malonate, la succinate déshydrogénase (oxydoréductase). Cette enzyme est en fait le complexe II de la chaîne respiratoire. Le FAD étant un groupe prosthétique lié de manière covalente dans l'enzyme, ne fait que transmettre les électrons et protons au vrai substrat CoQ.

[modifier] Hydratation du fumarate

Cette réaction d'addition est catalysée par une lyase, la fumarase.

[modifier] Oxydation du malate : fermeture du cycle

Cette réaction referme le cycle. Il y a formation d'oxaloacétate catalysé par le malate déshydrogénase (oxydoréductase).

[modifier] Moyen mnémotechnique

Si le citron isole l'acétone, le succinct succès fumera moins haut

(citrate, isocitrate, alphacétoglutarate, succinyl CoA, succinate, fumarate, malate, oxaloacétate)

[modifier] Bilan du cycle de Krebs

Le cycle de Krebs se compose de 8 étapes, chacune est catalysée par une enzyme spécifique. Au cours du cycle sont produites, à partir d'une mole de glucose et jusqu'au stade CO2 et H2O :

  • 2 moles de CO2
  • 4 moles de NADH,H+
  • 1 mole de CoQH2
  • 1 mole d'ATP. Attention, il est faux de considérer que le cycle de Krebs est très énergétique. En effet, il produit d' un point de vue brut un seul ATP, sous forme de GTP, ce qui est moins que la simple glycolyse(2 ATP). Le cycle de Krebs est cependant potentiellement énergétique lorsqu'il est couplé à la chaîne respiratoire mitochondriale (CRM). Le cycle du citrate va réduire des coenzymes (NAD et CoQ) qui seront par la suite oxydés par cette CRM qui via un gradient de concentration et un phénomène d' osmose va par l'enzyme ATP synthase produire les 11 autres ATP attribués, souvent par erreur, au seul et unique cycle de Krebs.
Bilan
Consommation Production
1 Glucose
10 NAD+
2 CoQ
2 ADP
2 GDP
4 Pi
2 H20
6 CO2
10 (NADH, H+)
2 CoQH2
2 ATP
2 GTP


ou

1 \rm{Glucose} + 10NAD^{+} + 2CoQ + 2ADP + 2GDP+ 4P_{i} + 2 H_{2}O \rightarrow 6 CO_{2} + 10 NADH,H^{+} + 2CoQH_{2} + 2ATP + 2GTP

Ce qui correspond, après réduction des coenzymes NAD et CoQ par la chaîne respiratoire à 38 ATP (maximum théorique possible).

L’utilisation du glucose par respiration aérobie est plus énergétique que les fermentations.

En présence d'une grande quantité d'acétyl CoA, le cycle de Krebs peut être débordé en particulier chez les diabétiques ayant un déficit sévère en insuline ou après un jeûne prolongé, voir cétoacidose diabétique.

[modifier] Régulation du cycle

Les étapes irréversibles du cycle de Krebs peuvent être régulées : étape de la citrate synthase, de l'isocitrate déshydrogénase et de α-cétoglutarate déshydrogénase.

  • La citrate synthase est activée par l'ADP mais inhibée par le NADH, l'ATP et le citrate. Elle est donc respectivement inhibée par le pouvoir réducteur, la charge énergétique et le produit de la réaction qu'elle catalyse.
  • L'isocitrate déshydrogénase est activée par le calcium, l'ADP et inhibée par le NADH et l'ATP.
  • L'α-cétoglutarate déshydrogénase est activée par le calcium et inhibée par le NADH, l'ATP et son produit le succinyl-CoA.

Il y a donc une régulation selon la disponibilité du substrat, le pouvoir réducteur, la concentration en produit et la charge énergétique. On peut noter qu'il n'y a pas de régulation par covalence (phosphorylation des protéines).

[modifier] Voir aussi

[modifier] Lien externe