Bioénergétique
Cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique)
Vue d'ensemble
- Biochimie
- Transport membranaire
- Moteurs moléculaires
- Voies de signalisation
Le cycle de Krebs, aussi appelé cycle de l'acide citrique, est une voie métabolique cyclique, située dans la matrice mitochondriale, qui permet l’oxydation complète de l’acétyl-CoA en CO2, tout en produisant des coenzymes réduits (NADH, FADH2) et de l’ATP/GTP, utilisés pour la synthèse d’énergie dans la cellule.
Vue d'ensemble
1. Le cycle de Krebs a la fonction première d'oxyder les groupes acétyles $\ce{R-C(=O)-}$), issus notamment de la dégradation des glucides, des lipides et des protéines.
$\ce{Acétyl-CoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP/ADP + Pi}$
$\longrightarrow$ $\ce{2CO2 + 3(NADH + H+) + FADH_2 + GTP/ATP + CoA}$
Cette réaction récupère l'énergie sous forme :
- 4 molécules de coenzymes sous forme réduite, 3 NADH et 1 FADH2,
- 1 GTP, dans le foie ou 1 ATP, dans les muscles, composés à liaison phosphate riche en énergie, selon les cellules.
Remarque : la différence est liée à l'isoforme de la succinyl-CoA synthétase (SCS) selon les organes (
formation du succinate).
Comme chaque molécule de glucose produit deux acétates, ce nombre est multiplié par 2.
Les électrons à haut potentiel de transfert, récupérés sur le NADH et l'ubiquinol (CoQ10H2, ou coenzyme Q10 réduite), circulent ensuite à travers la chaîne respiratoire pour former à leur tour des molécules d’ATP supplémentaires par la phosphorylation oxydative.
(Figure : vetopsy.fr)
2. Le cycle de Krebs est un carrefour métabolique car l'acétyl-CoA est le point final commun de la dégradation :
- des glucides, i.e. glycolyse et voie des pentoses phosphates,
- des lipides, i.e. β-oxydation,
- des acides aminés.
Remarque : lorsque le cycle de Krebs est ralenti, les mitochondries sont incapables de produire de l'ATP par la chaîne respiratoire et comme la glycolyse se poursuit normalement, l'excès de pyruvate est transformé en lactate et aboutit à l'acidose lactique.
(Figure : vetopsy.fr)
Réactions du cycle de Krebs
(Figure : vetopsy.fr d'après Agrotman)
Le cycle de Krebs comprend plusieurs étapes :
- du point de vue enzymatique pur, on trouve 8 étapes, i.e. 8 enzymes différentes,
- du point de vue réaction chimique, nous en développerons 10 dans vetopsy.fr.
1. Le cycle de Krebs consomme de l'acétyl-CoA, i.e. forme de transport des groupes acétyle, provenant du pyruvate, issu de la glycolyse, qui entre dans la mitochondrie par le VDAC (Voltage Dependent Anion Channel).
Cette réaction est sous le contrôle du complexe pyruvate déshydrogénase (PDH), qui comporte trois enzymes, i.e. E1 ou pyruvate déshydrogénase, E2 ou dihydrolipoyl transacétylase et E3 ou Dihydrolipoyl déshydrogénase).
Le complexe pyruvate déshydrogénase (PDH), composé de trois enzymes principales, est étudié dans un chapitre spécial.
2. Nous reprenons le tableau du cycle de Krebs de Wikipedia avec les principales étapes, enzymes et types de réactions.
Le cycle de Krebs est probablement l'un des premiers éléments fondateurs du métabolisme cellulaire à s'être mis en place au cours de l'évolution, peut-être par abiogenèse, i.e. ensemble des théories expliquant l'émergence de la vie à partir de matière inorganique inanimée ( génération spontanée).
Il pourrait remonter à une époque très ancienne, avant même l’apparition des cellules complètes, dans un contexte prébiotique, où certaines réactions chimiques de ce cycle auraient pu se produire spontanément, en l’absence d’enzymes, dans des conditions géochimiques particulières (par exemple, au niveau des sources hydrothermales océaniques).
Aparté sur le cycle du glyoxylate
Le cycle de Krebs existe bel et bien chez les plantes, comme chez tous les organismes eucaryotes (animaux, champignons, protistes…. dans les mitochondries.
(Figure : vetopsy.fr)
1. Le cycle du glyoxylate, variante du cycle de Krebs chez les plantes, les champignons, les protistes et les bactéries, est complémentaire du cycle de Krebs.
a. Par contre, il se déroule dans les glyoxysomes, types de peroxysomes, et peut convertir l'acétyl-CoA en succinate qui peut être utilisé pour la gluconéogenèse.
$\ce{2 Acétyl-CoA + NAD+ + 2 H2O}$
$\leftrightharpoons$
$\ce{Succinate + 2 CoA–SH + NADH + H+}$
b. Il joue un rôle fondamental pendant la germination des graines.
La transformation de leurs réserves lipidiques fournit l’énergie et les précurseurs carbonés nécessaires à la croissance de la plantule avant la photosynthèse.
2. Le cycle " shunte " certaines réactions du cycle de Krebs qui libèrent du $\ce{CO2}$ grâce à deux enzymes.
a. L'isocitrate lyase (EC 4.1.3.1) coupe l'isocitrate en succinate et glyoxylate.
$\ce{Isocitrate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{(S)Glyoxylate + succinate}$
b. La malate synthase (EC 2.3.3.9) condense le glyoxylate au reste acétique apporté sous forme d'acétyl-CoA pour former le malate.
$\ce{Glyoxylate + acétyl-CoA + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{(S)Malate + CoA + H+}$
Étapes détaillées du cycle de Krebs
BiochimieChimie organiqueBioénergétiqueThermodynamique et réactions chimiquesRéactions d'oxydoreduction (rédox)Composés riches en énergieATPADPAMPGTPRespiration cellulaire et production d'ATPPhosphorylation substratCycle de KrebsPhosphorylation oydativeChaîne respiratoireATP synthaseProtidesAcides nucléiquesLipidesGlucidesLipidesEnzymesCoenzymesVitaminesHormonesComposés inorganiques