Cycle de Krebs

poate et transfère les électrons et les protons sur le NAD+. Le mécanisme d'action de ce complexe est schématisé sur la figure 1.

Figure 1 – Séquence d’oxydation du pyruvate en acétyl-CoA par le complexe multi- enzymatique de la pyruvate déshydrogénase |

La séquence de réactions conduisant du pyruvate à l'acétyl-CoA fait intervenir, dans l'ordre, les coenzymes suivant : TPP, lipoate, HSCoA, FAD et NAD+. La réaction globale dans laquelle il ne reste que les coenzymes vrais, est :

CH3-CO-COO- + H+ + HSCoA + NAD+ ¾® CH3-CO~SCoA + CO2 + NADH,H+

3.- ETAPES ENZYMATIQUES DU CYCLE.

La séquence des réactions conduit à l'oxydation complète de l'acétyl-CoA en 2 molécules de CO2 et à la régénération de l'oxaloacétate, accepteur catalytique du cycle.

Nous diviserons ce dernier en deux phases :

Une phase d'oxydation totale de l'acétyl-CoA

Une phase où intervient la séquence de réactions de régénération de l'oxaloacétate (voir figure 2).

A – PHASE 1 : ETAPES ENZYMATIQUES DE L'OXYDATION DE

L'ACETYL-CoA.

3.1- FORMATION DU CITRATE.

Le cycle débute par la condensation de l'oxaloacétate (en C4) avec l'acétyl-CoA (en C2) pour former le citroyl-CoA (en C6), qui, en présence de l'eau, est hydrolysé en citrate. L'enzyme qui intervient est la citrate synthase (une lyase).

CH3-CO~sCoA | | CH2-CO~SCoA | | CH2-COO- |

| | ½ | | ½ |

CO-COO- | ¾® | HO-C-COO- | + H2O ¾® | HO-C-COO- + HSCoA |

½ | | ½ | | ½ |

CH2-COO- | | CH2-COO- | | CH2-COO- |

3.2- ISOMERISATION DU CITRATE EN ISOCITRATE.

Cette isomérisation est le résultat d'une déshydratation et d'une réhydratation effectuées par une enzyme appelée la cis-aconitase.

CH2-COO- | | | CH2-COO- | | CH2-COO- |

½ | | | ½ | | ½ |

HO-C-COO- | - H2O | ¬¾® | H-C-COO- + H2O | ¬¾® | CH-COO- |

½ | | | ½ê | | ½ |

CH2-COO- | | | CH-COO- | | CHOH-COO- |

Citrate | | | cis-aconitate | | Isocitrate |

3.3- DESHYDROGENATION DECARBOXYLANTE DE L'ISOCITRATE.

C'est la première des 4 réactions d'oxydoréduction du cycle du citrate. La décarboxylation est consécutive à la déshydrogénation de l'isocitrate. Cette dernière fait apparaître une fonction cétone en position β par rapport à la fonction carboxylique médiane. Il se forme l'oxalosuccinate (intermédiaire instable) qui se décarboxyle spontanément en formant une molécule de l'α-cétoglutarate. La réaction est catalysée par l'isocitrate déshydrogénase à NAD+. Il existe deux isocitrate déshydrogénase : l'une à NAD+ rencontrée exclusivement dans les mitochondries et fonctionnant dans le cycle tricarboxyliqe, l'autre à NADP+ présente à la fois dans les mitochondries et dans le cytoplame et ayant un rôle différent.

La réaction est la suivante :

CH2-COO- | | CH2-COO- | |

½ | | ½ | |

CH-COO- | + NAD+ ¾® | CH2 | + CO2+ NADH,H+ |

½ | | ½ | |

CHOH-COO- | | CO-COO- | |

Isocitrate | | a-cétoglutarate | |

3.4- DESHYDROGENATION DE L'A-CETOGLUTARATE.

C'est la deuxième réaction d'oxyréduction. Elle est catalysée par le complexe multi-enzymatique de l'α-cétoglutarate déshydrogénase, analogue à celui de la pyruvate déshydrogénase. Il se forme du succinyl-CoA. La déshydrogénation de ce composé est exergonique et fournit une énergie suffisante pour la formation d'une liaison thioester, riche en énergie. Les cofacteurs suivant interviennent : TPP, lipoate, HSCoA, FAD et NAD+. La réaction globale est :

a-cétoglutarate + HSCoA + NAD+ ¾® HOOC-CH2-CH2-CO~sCoA + CO2 + NADH,H+

B.- PHASE 2 : REGENERATION DE L'OXALOACETATE.

Dans cette phase toutes les réactions qui conduisent du succinyl-CoA à l'oxaloacétate sont réversibles.

3.5.- FORMATION D'UNE LIAISON RICHE A PARTIR DU SUCCINYL-CoA.

La liaison thioester est très riche en énergie. En présence du phosphate et du GDP, elle est utilisée pour la synthèse du GTP suivant la réaction réversible :

-OOC-(CH2)2-CO~SCoA + GDP + Pi D -OOC-(CH2)2-COO- + GTP + HSCoA

La réaction est catalysée par la succinate déshydrogénase à FAD (une flavoprotéine) comme accepteur des électrons et des protons. C'est la 3ème réaction de déshydrogénation. Elle conduit à la formation d'une double liaison. Le succinate est oxydé en fumarate.

-OOC-CH2-CH2-COO- + FAD D -OOC-CH=CH-COO- + FADH2

3.7.- HYDRATATION DU FUMARATE ET FORMATION DU MALATE.

La réaction est catalysée par une lyase (hydratase) : la fumarase ou fumarate hydratase.

-OOC-CH=CH-COO- + H2O D -OOC-CHOH-CH2-COO-

3.8.-DESHYDROGENATION DU MALATE EN OXALOACETATE.

C'est la 4ème déshydrogénation catalysée par la malate déshydrogénase à NAD+. Elle termine le cycle :

-OOC-CHOH-CH2-COO- + NAD+ D -OOC-CO-CH2-COO- + NADH,H+

Figure 2 : Séquence des réaction du cycle tricarboxylique et les 3 sites de régulation allostérique, avec les métabolites effecteurs. |

C- BILAN ENERGETIQUE DE L'OXYDATION DE L'ACETYL-CoA.

Deux atomes de carbone entrent dans le cycle sous forme d'acétyl-CoA et en ressortent sous forme de 2 CO2, obtenus au cours de deux décarboxylations que niveau de l'isocitrate et de l'α-cétoglutarate.

Quatre paires d'hydrogène sortent du cycle, trois sous forme de NADH,H+ et sous une forme de FADH2, ce qui permet la formation de 11 liaisons phosphates riche en énergie au cours des phosphorylation mitochondriales.

1 liaison phosphate riche en énergie est forme sous forme de GTP. En conclusion l'oxydation totale de l'acétyl-CoA permet la formation de 12 liaisons phosphates riches en énergie (12ATP).

Remarque : certaines mesures montrent que l'oxydation de NADH,H+ correspondrait à 2,5 ATP et celle de FADh2 à 1,5 ATP. Le bilan énergétique du cycle serait donc 10 ATP.

4.-BILAN ENERGETIQUE DE L'OXYDATION COMPLETE DU GLUCOSE.

Nous avons vu la glycolyse, la conversion du pyruvate en acétyl-CoA, le cycle du citrate et la phosphorylation oxydative qui constituent les différents processus d'oxydation complète du glucose, ce qui nous permet d'en faire le bilan énergétique dans la tableau ci-dessous.

Etapes de l'oxydation complète du glucose | ATP/GTP formés | Cofacteurs réduits riche en énergie | Liaisons phosphates correspondantes. |

Glycolyse | 2 ATP | 2 NADH,H+ | 2 6 | 2 5 |

Pyruvate Acétyl CoA | | 2 NADH,H+ | 6 | 5 |

Cycle de citrate | 2 GTP | 6 NADH,H+ 2 FADH2 | 2 18 4 | 2 15 3 |

Total (1) | 36 si les 2 NADH,H+ cytosolique sont transportés dans les mitochondries par navette Glycérol 3 p/dihydroxyacétone 3 p | 38 (36) | |

Total (2) | 30 si les 2 NADH,H+ cytosoliques sont transportés dans les mitochondries par navette Glycérol 3 p,/dihydroxyacétone 3-P | | 32 (30) |

5.- CYCLE DE L'ACIDE CITRIQUE : AUTRES FONCTIONS.

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