Cycle de l’acide citrique
Le cycle de l’acide citrique est une série de réactions qui produit deux molécules de dioxyde de carbone, un GTP/ATP, et des formes réduites de NADH et FADH2.
Objectifs d’apprentissage
Lister les étapes du cycle de Krebs (ou cycle de l’acide citrique)
Points clés
Points clés
- La molécule à quatre carbones, l’oxaloacétate, qui a commencé le cycle est régénérée après les huit étapes du cycle de l’acide citrique.
- Les huit étapes du cycle de l’acide citrique sont une série de réactions d’oxydoréduction, de déshydratation, d’hydratation et de décarboxylation.
- Chaque tour du cycle forme un GTP ou ATP ainsi que trois molécules de NADH et une molécule de FADH2, qui seront utilisées dans d’autres étapes de la respiration cellulaire pour produire de l’ATP pour la cellule.
Termes clés
- cycle de l’acide citrique : une série de réactions chimiques utilisées par tous les organismes aérobies pour produire de l’énergie par l’oxydation de l’acétate dérivé des glucides, des graisses et des protéines en dioxyde de carbone
- cycle de Krebs : une série de réactions enzymatiques qui se produit dans tous les organismes aérobies ; elle implique le métabolisme oxydatif des unités acétyles et sert de principale source d’énergie cellulaire
- mitochondries : en biologie cellulaire, une mitochondrie (pluriel mitochondries) est un organite entouré d’une membrane, souvent décrit comme des « centrales cellulaires » car elles génèrent la plupart de l’ATP
Cycle de l’acide citrique (cycle de Krebs)
Comme la conversion du pyruvate en acétyl CoA, le cycle de l’acide citrique a lieu dans la matrice des mitochondries. Presque toutes les enzymes du cycle de l’acide citrique sont solubles, à l’exception de l’enzyme succinate déshydrogénase, qui est intégrée dans la membrane interne de la mitochondrie. Contrairement à la glycolyse, le cycle de l’acide citrique est une boucle fermée : la dernière partie de la voie régénère le composé utilisé dans la première étape. Les huit étapes du cycle sont une série de réactions d’oxydoréduction, de déshydratation, d’hydratation et de décarboxylation qui produisent deux molécules de dioxyde de carbone, un GTP/ATP et des formes réduites de NADH et de FADH2. Cette voie est considérée comme une voie aérobie car le NADH et le FADH2 produits doivent transférer leurs électrons à la voie suivante du système, qui utilisera de l’oxygène. Si ce transfert n’a pas lieu, les étapes d’oxydation du cycle de l’acide citrique n’ont pas lieu non plus. Notez que le cycle de l’acide citrique produit directement très peu d’ATP et ne consomme pas directement d’oxygène.
Le cycle de l’acide citrique : Dans le cycle de l’acide citrique, le groupe acétyle de l’acétyl CoA est attaché à une molécule d’oxaloacétate à quatre carbones pour former une molécule de citrate à six carbones. Par une série d’étapes, le citrate est oxydé, libérant deux molécules de dioxyde de carbone pour chaque groupe acétyle introduit dans le cycle. Au cours du processus, trois molécules de NAD+ sont réduites en NADH, une molécule de FAD est réduite en FADH2 et un ATP ou GTP (selon le type de cellule) est produit (par phosphorylation au niveau du substrat). Comme le produit final du cycle de l’acide citrique est également le premier réactif, le cycle fonctionne en continu en présence de suffisamment de réactifs.
Étapes du cycle de l’acide citrique
Étape 1. La première étape est une étape de condensation, combinant le groupe acétyle à deux carbones (de l’acétyl CoA) avec une molécule d’oxaloacétate à quatre carbones pour former une molécule de citrate à six carbones. Le CoA est lié à un groupe sulfhydryle (-SH) et se diffuse pour finalement se combiner avec un autre groupe acétyle. Cette étape est irréversible car elle est hautement exergonique. La vitesse de cette réaction est contrôlée par une rétroaction négative et la quantité d’ATP disponible. Si le taux d’ATP augmente, la vitesse de cette réaction diminue. Si l’ATP est en quantité insuffisante, le taux augmente.
Etape 2. Le citrate perd une molécule d’eau et en gagne une autre lorsque le citrate est converti en son isomère, l’isocitrate.
Étapes 3 et 4. Dans la troisième étape, l’isocitrate est oxydé, produisant une molécule à cinq carbones, l’α-cétoglutarate, ainsi qu’une molécule de CO2 et deux électrons, qui réduisent le NAD+ en NADH. Cette étape est également régulée par un retour négatif de l’ATP et du NADH et par un effet positif de l’ADP. Les étapes trois et quatre sont à la fois des étapes d’oxydation et de décarboxylation, qui libèrent des électrons qui réduisent le NAD+ en NADH et libèrent des groupes carboxyle qui forment des molécules de CO2. L’α-Kétoglutarate est le produit de l’étape trois, et un groupe succinyle est le produit de l’étape quatre. Le CoA se lie au groupe succinyle pour former le succinyl CoA. L’enzyme qui catalyse l’étape quatre est régulée par une rétro-inhibition de l’ATP, du succinyl CoA et du NADH.
Étape 5. Un groupe phosphate est substitué au coenzyme A, et une liaison à haute énergie est formée. Cette énergie est utilisée dans la phosphorylation au niveau du substrat (pendant la conversion du groupe succinyle en succinate) pour former soit du guanine triphosphate (GTP), soit de l’ATP. Il existe deux formes de l’enzyme, appelées isoenzymes, pour cette étape, selon le type de tissu animal dans lequel elles se trouvent. Une forme se trouve dans les tissus qui utilisent de grandes quantités d’ATP, comme le cœur et les muscles squelettiques. Cette forme produit de l’ATP. La seconde forme de l’enzyme se trouve dans les tissus qui ont un nombre élevé de voies anaboliques, comme le foie. Cette forme produit du GTP. Le GTP est énergétiquement équivalent à l’ATP, mais son utilisation est plus restreinte. En particulier, la synthèse des protéines utilise principalement le GTP.
Étape 6. L’étape 6 est un processus de déshydratation qui convertit le succinate en fumarate. Deux atomes d’hydrogène sont transférés à FAD, produisant FADH2. L’énergie contenue dans les électrons de ces atomes est insuffisante pour réduire le NAD+ mais adéquate pour réduire le FAD. Contrairement au NADH, ce transporteur reste attaché à l’enzyme et transfère directement les électrons à la chaîne de transport d’électrons. Ce processus est rendu possible par la localisation de l’enzyme catalysant cette étape à l’intérieur de la membrane interne de la mitochondrie.
Étape 7. De l’eau est ajoutée au fumarate au cours de l’étape 7, et du malate est produit. La dernière étape du cycle de l’acide citrique régénère l’oxaloacétate en oxydant le malate. Une autre molécule de NADH est produite.
Produits du cycle de l’acide citrique
Deux atomes de carbone entrent dans le cycle de l’acide citrique à partir de chaque groupe acétyle, représentant quatre des six carbones d’une molécule de glucose. Deux molécules de dioxyde de carbone sont libérées à chaque tour du cycle ; cependant, elles ne contiennent pas nécessairement les atomes de carbone les plus récemment ajoutés. Les deux atomes de carbone acétyle seront finalement libérés lors des tours ultérieurs du cycle ; ainsi, les six atomes de carbone de la molécule de glucose initiale sont finalement incorporés dans le dioxyde de carbone. Chaque tour du cycle forme trois molécules de NADH et une molécule de FADH2. Ces transporteurs se connecteront à la dernière partie de la respiration aérobie pour produire des molécules d’ATP. Un GTP ou ATP est également fabriqué à chaque cycle. Plusieurs des composés intermédiaires du cycle de l’acide citrique peuvent être utilisés pour synthétiser des acides aminés non essentiels ; ce cycle est donc amphibolique (à la fois catabolique et anabolique).