Cycle de Krebs
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2008-07-04T23:44:08Z
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{{voir homonymes|Krebs}}
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 [[catabolisme]]s 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 [[glucide]]s ([[glycolyse]], [[voie des pentoses phosphates]] ), [[lipide]]s ([[hélice de Lynen]]) et [[Protéine|acides aminé]]s car tous ces catabolismes aboutissent à la formation d'[[acétyl-coenzyme A]]. L'acétyl-coenzyme A est une forme de transport des groupement [[acétyl]]s qui proviennent du [[acide pyruvique|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 [[enzyme]]s catalysant cette suite de réactions sont localisées dans la matrice mitochondriale ou au niveau de la membrane interne mitochondriale.
[[Image:TCA-fr.svg|thumb|500px|right|Cycle de [[Krebs]] ou cycle de l'acide citrique]]
Avec la [[chaîne respiratoire]] qui réoxyde les coenzymes NADH et CoQH<sub>2</sub> 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]].
==Étapes du cycle de Krebs==
[[Image:Cycle de krebs.gif|center]]
===Synthèse du citrate===
La réaction de condensation irréversible est catalysée par la citrate [[synthétase]] mais présente un intermédiaire transitoire: le cytroyl CoA.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape1.png|center]]
===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.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape2.png|center]]
===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.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape3.png|center]]
===Oxydation de l'isocitrate===
Cette réaction réversible est catalysée par une [[oxydoréductase]], l'[[isocitrate déshydrogénase]].
[[Image:Cycle_de_krebs_etape4.png|center]]
===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.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape5.png|center]]
===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 [[nicotinamide adénine dinucléotide|NAD]], le [[coenzyme A]] et le [[Flavine adénine dinucléotide|FAD]]. Cette réaction est irréversible.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape6.png|center]]
===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 ([[guanosine triphosphate|GTP]] chez les animaux et ATP chez les végétaux)
[[Image:Cycle_de_krebs_etape7.png|center]]
On équilibre correctement la réaction en ajoutant dans les produits, GTP et CoA-SH
===Oxydation du succinate===
Cette réaction avec réduction de l'ubiquinone ([[Coenzyme Q10]], CoQ) en ubiquinol (CoQH<sub>2</sub>) est catalysée par une [[enzyme]] flavoprotéique à [[Flavine adénine dinucléotide|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]].
[[Image:Cycle_de_krebs_etape8.png|center]]
===Hydratation du fumarate===
Cette réaction d'addition est catalysée par une [[lyase]], la fumarase.
[[Image:Cycle_de_krebs_etape9.png|center]]
===Oxydation du malate : fermeture du cycle===
Cette réaction referme le cycle. Il y a formation d'oxaloacétate catalysé par le malate déshydrogénase ([[oxydoréductase]]).
[[Image:Cycle_de_krebs_etape10.png|center]]
=== Moyen mnémotechnique ===
Si le '''citr'''on '''iso'''le l''''acéto'''ne, le '''succin'''ct '''succ'''ès '''fum'''era '''m'''oins '''haut'''
('''citr'''ate, '''iso'''citrate, alph'''acéto'''glutarate, '''succin'''yl CoA, '''succ'''inate, '''fum'''arate, '''m'''alate, '''o'''xaloacétate)
==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 (unité)|mole]] de [[glucose]] et jusqu'au stade [[dioxyde de carbone|CO<sub>2</sup>]] et [[eau|H<sub>2</sub>O]] :
* 2 moles de CO<sub>2</sub>
* 4 moles de NADH,H<sup>+</sup>
* 1 mole de CoQH<sub>2</sub>
* 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.
{| class="wikitable"
|+'''Bilan'''
|-
! Consommation
! Production
|-
| 1 Glucose<br>10 NAD<sup>+</sup><br>2 CoQ<br>2 ADP<br>2 GDP<br>4 P<sub>i</sub><br>2 H<sub>2</sub>0
| 6 CO<sub>2</sub><br>10 (NADH, H<sup>+</sup>)<br>2 CoQH<sub>2</sub><br>2 ATP<br>2 GTP<br><br><br>
|}
ou
<math>1 \rm{Glucose} + 10NAD^{+} + 2CoQ + 2ADP + 2GDP+ 4P_{i} + 2 H_{2}O \rightarrow 6 CO_{2} + 10 NADH,H^{+} + 2CoQH_{2} + 2ATP + 2GTP</math>
Ce qui correspond, après réduction des [[coenzyme]]s [[nicotinamide adénine dinucléotide|NAD]] et [[Coenzyme Q10|CoQ]] par la [[chaîne respiratoire]] à '''38 ATP ''' ''(maximum théorique possible)''.
L’utilisation du glucose par [[respiration aérobie]] est plus énergétique que les [[fermentation]]s.
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]].
== 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).
== Voir aussi ==
* [[Chaîne respiratoire]] : le devenir des NADH,H+
* [[Glycolyse]]
* [[b:Les principales voies du métabolisme|''Les principales voies du métabolisme'']] (sur wikibooks)
==Lien externe==
* {{en}} [http://www2.ufp.pt/~pedros/bq/tca.htm Le cycle de Krebs]
{{Portail|biologie|Biochimie|microbiologie}}
{{lien AdQ|it}}
[[Catégorie:Métabolisme]]
[[Catégorie:Bioénergétique]]
[[Catégorie:Respiration cellulaire]]
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