Cycle de Krebs
Définition
Le cycle de Krebs est une série de réactions chimiques dans les mitochondries. Cette voie métabolique avec un acide comme l'acide citrique (ou tricarboxylique) fait référence à la première molécule qui se forme au cours des réactions du cycle, le citrate ou, sous sa forme protonée, l'acide citrique.
Il est la principale source d'énergie pour les cellules et une partie importante de la respiration aérobie. Au cours du cycle, la grande quantité d'énergie chimique potentielle emmagasinée dans l'acétyl-CoA est libérée par étapes.
Le cycle de Krebs simplifié (acide citrique) :
Le cycle de Krebs commence avec l'acide pyruvique issu de la glycolyse. Chaque petit cercle dans le schéma simplifié représente un atome de carbone. Par exemple, l'acide citrique est une molécule à six carbones et l'oxaloacétate est une molécule à quatre carbones.
Explications
Le cycle comprend une série d'oxydations et de réductions qui transfèrent cette énergie potentielle, sous forme d'électrons, à des coenzymes transporteurs d'électrons, surtout le NAD+ et la FAD. Aussi appelé cycle des acides tricarboxyliques ou cycle de l'acide citrique.
Cette série de réactions est connue sous plusieurs noms :
- cycle de Krebs, d'après son découvreur, Sir Hans Adolf Krebs (1 900–1981);
- cycle de l'acide citrique, d'après l'acide citrique en réaction;
- cycle du citrate, d'après les molécules de citrates intervenantes;
- cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), pour les trois groupes carboxyle sur ses deux premiers intermédiaires.
Processus et fonctionnement
Autrement exprimé, le cycle de Krebs entraîne des réactions biochimiques en condition aérobie consistant en l'oxydation du radical acétyle de l'acétylcoenzyme A issue de la dégradation du pyruvate de la glycolyse, ou issue de la β-oxydation des acides gras ou encore de la désamination des acides aminés. L'acétyl-coenzyme A cède son acétyle à l'oxaloacétate (4 C) pour former du citrate (6 C).
Ce dernier est reconverti en oxaloacétate grâce à des décarboxylations et des déshydrogénations qui génèrent 2 molécules de CO2, 3 NADH + H+, un FADH2 et un ATP par acétyle.
Le schéma du cycle de Krebs de l'acide citrique :
Le schéma-diagramme du cycle de Krebs de l'acide citrique montre toutes les étapes et réactions chimiques du cycle comple<./span>
Une succession de réactions chimiques faisant partie de la respiration cellulaire dans toutes les cellules aérobies, où l'énergie stockée est libérée par l'oxydation de l'acétyl-CoA dérivé des hydrates de carbone, des graisses et des protéines dans le dioxyde de carbone et l'énergie chimique sous forme d'adénosine triphosphate (ATP).
Dans les cellules eucaryotes, il est effectué dans la matrice mitochondriale. Chez les procaryotes, le cycle de Krebs est réalisé dans le cytoplasme.
En outre, le cycle fournit des précurseurs de certains acides aminés, ainsi que l'agent réducteur NADH qui est utilisé dans de nombreuses réactions biochimiques. Son importance centrale pour de nombreuses voies biochimiques suggère que l'une des premières composantes établies du métabolisme cellulaire et signale une origine abiogène.
Dans les organismes aérobies, le cycle de Krebs fait partie de la voie catabolique qui entraîne l'oxydation des glucides, acides gras et acides aminés pour produire du CO2, libérant de l'énergie sous une forme utilisable : pouvoir réducteur et GTP (chez certains microorganismes, ATP).
Le métabolisme oxydatif des hydrates de carbone, des lipides et des protéines est souvent divisé en trois étapes, dont le cycle de Krebs est le second.
Dans la première étape, les carbones de ces macromolécules donnent naissance à l'acétyl-CoA, et comprennent les voies cataboliques des acides aminés (par exemple la désamination oxydative), la bêta-oxydation des acides gras et la glycolyse.
La troisième étape est la phosphorylation oxydative, dans laquelle le pouvoir réducteur (NADH et FADH2) généré est utilisé pour la synthèse de l'ATP selon la théorie de couplage chimio-osmotique.
Le cycle de Krebs fournit également des précurseurs pour de nombreuses biomolécules, telles que certains acides aminés. Par conséquent, il est considéré comme amphibolique (catabolique et anabolisant en même temps).
Aperçu et glycolyse
Le cycle de l'acide citrique est une voie métabolique clé qui unifie le métabolisme des glucides, des lipides et des protéines. Les réactions du cycle sont réalisées par 8 enzymes qui oxydent complètement l'acétate, sous la forme d'acétyl-CoA, et deux molécules sont libérées chacune, de dioxyde de carbone et d'eau.
Par le catabolisme des sucres, des graisses et des protéines, un acétate organique à deux carbones est produit sous la forme d'acétyl-CoA qui entre dans le cycle de l'acide citrique.
Les réactions cycliques convertissent également trois équivalents de nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) en trois équivalents de NAD+ (NADH), un équivalent de flavine adénine dinucléotide (FAD) en un de FADH2 et un équivalent de guanosine diphosphate) et en phosphate inorganique (Pi) dans un guanosine triphosphate (GTP).
Le NADH et FADH2 générés par le cycle de l'acide citrique sont à leur tour utilisés par la voie de phosphorylation oxydative pour générer de l'adénosine triphosphate (ATP) à haute énergie.
L'une des principales sources d'acétyl-CoA est la décomposition des sucres par la glycolyse qui produit du pyruvate qui à son tour est décarboxylé par l'enzyme pyruvate déshydrogénase qui génère l'acétyl-CoA. Le produit de cette réaction, l'acétyl-CoA, est le point de départ du cycle de l'acide citrique.
Le cycle de l'acide citrique commence par le transfert d'un groupe acétyle à deux atomes d'acétyl-CoA au composé accepteur à quatre atomes de carbone (oxaloacétate) pour former un composé à six carbones (citrate).
Le citrate subit ensuite une série de transformations chimiques, perdant deux groupes carboxyle en tant que CO2. Les carbones perdus en tant que CO2 proviennent de ce qui était l'oxaloacétate, et non directement de l'acétyl-CoA. Les charbons donnés par l'acétyl-CoA deviennent une partie du squelette de l'oxaloacétate de carbone après le premier cycle du cycle de l'acide citrique.
La perte de carbone donnée avec l'acétyl-CoA en tant que CO2 nécessite plusieurs tours du cycle de l'acide citrique.
Cependant, en raison du rôle du cycle de l'acide citrique dans l'anabolisme, ils ne peuvent pas être perdus, car de nombreux intermédiaires du cycle TCA sont également utilisés comme précurseurs de la biosynthèse d'autres molécules.
La plus grande partie de l'énergie disponible par les étapes d'oxydation du cycle est transférée sous forme d'électrons riches en énergie en NAD+, formant NADH. Pour chaque groupe acétyle qui entre dans le cycle de l'acide citrique, trois molécules de NADH sont produites.
Les électrons sont également transférés à l'accepteur d'électrons Q, formant QH2.
À la fin de chaque cycle, l'oxaloacétate à quatre carbones a été régénéré et le cycle continue.
Régulation
Beaucoup d'enzymes du cycle de Krebs sont régulées par rétroaction négative (feedback), par la liaison allostérique de l'ATP, qui est un produit de la voie et un indicateur du niveau d'énergie de la cellule.
Ces enzymes comprennent le complexe de pyruvate déshydrogénase qui synthétise l'acétyl-CoA nécessaire à la première réaction du cycle à partir du pyruvate (par une réaction irréversible), de la glycolyse ou du catabolisme des acides aminés glycogènes (les 20 acides aminés standard sauf la lysine et la leucine).
De plus, les enzymes citrate synthase, isocitrate déshydrogénase et α-cétoglutarate déshydrogénase, qui catalysent les trois premières réactions du cycle de Krebs, sont inhibées par de fortes concentrations d'ATP. Cette régulation ralentit ce cycle de dégradation lorsque le niveau d'énergie de la cellule est bon.
Certaines enzymes sont également négativement régulées lorsque le niveau de pouvoir réducteur de la cellule est élevé. Le mécanisme mis en oeuvre est une inhibition compétitive par produit (par NADH) des enzymes qui utilisent le NAD + comme substrat. Ainsi, les complexes de pyruvate déshydrogénase et de citrate synthase sont régulés, entre autres.
Efficacité
Le rendement maximal théorique de l'ATP par l'oxydation d'une molécule de glucose dans la glycolyse, le cycle de l'acide citrique et la phosphorylation oxydative est de trente-huit (en supposant trois équivalents molaires d'ATP pour l'équivalent NADH et deux ATP pour FADH2).
Chez les eucaryotes, deux équivalents de NADH sont générés dans la glycolyse, qui intervient dans le cytoplasme.
Le cycle de Krebs simplifié :
Le cycle du citrate est un moteur central de la respiration cellulaire.
Le cycle du citrate prend l'acétyl-CoA produit par l'oxydation du pyruvate et dérivé à l'origine du glucose - comme matériau de départ et, dans une série de réactions redox, récolte une grande partie de son énergie de liaison sous forme de molécules NADH, FADH2 et ATP.
Les porteurs d'électrons réduits - NADH et FADH2 - générés dans le cycle TCA (cycle de l'acide tricarboxylique) passeront leurs électrons dans la chaîne de transport d'électrons et, par phosphorylation oxydative, généreront la majeure partie de l'ATP produit lors de la respiration cellulaire.
Le transport de ces deux équivalents dans les mitochondries consomme deux équivalents d'ATP, réduisant ainsi la production nette d'ATP à trente-six.
De plus, l'inefficacité de la phosphorylation oxydative due à la fuite des protons à travers la membrane mitochondriale et le glissement de la pompe ATP synthase/proton réduisent normalement la production d'ATP du NADH et du FADH2 en dessous du rendement maximal théorique.
Les rendements observés sont donc plus proches de environ 2,5 ATP pour NADH et environ 1,5 ATP pour FADH2, réduisant encore la production totale nette d'ATP à environ trente. L'évaluation du rendement total en ATP avec des ratios de protons récemment convertis en ATP fournit une estimation de 29,85 ATP par molécule de glucose.
Synonymes, antonymes
3 synonymes (sens proche) de "cycle de Krebs" :
- cycle de l'acide citrique
- cycle de l'acide tricarboxylique
- cycle du citrate
0 antonyme (sens contraire).
Les mots ou les expressions apparentés à CYCLE DE KREBS sont des termes qui sont directement liés les uns aux autres par leur signification, générale ou spécifique.
L'expression CYCLE DE KREBS est dans la page 8 des mots en C du lexique du dictionnaire.
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