Cycle de Krebs.pdf - IBMC

Chap V.
Le cycle de Krebs
Le cycle de l’acide citrique
Le cycle tricarboxylique
dans les mitochondries conditions AÉROBIES
Acétyl-CoA
énergie
CO 2
Voie finale, COMMUNE de l’oxydation des molécules
énergétiques : acides aminés, acides gras, glucides
Figures tirées de
Lehninger Principles of Biochemistry
Fourth Edition
Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

Vue générale du cycle de l’acide citrique
C6
C4
C6
C4
C5
C4
C4
C4

‣ 2 carbones entrent dans le cycle, 2 autres carbones en sortent
sous forme de CO 2
‣ 4 réactions d’oxydo réduction ont lieu
- 6 électrons sont transférés sur 3 NAD +
- 1 paire d’atomes d’hydrogène (2 électrons) sont transférés
sur FAD
‣ 1 liaison phosphate, riche en énergie est formée à chaque
tour (1 GTP)
Régénération de NAD + et de FAD conduit à la formation de 3
ATP et de 2 ATP respectivement, dans la chaîne respiratoire
3×3 + 1×2 + 1×1 = 12 ATP

Vue détaillée du cycle de l’acide citrique

I. Les 9 étapes en détail
1. Condensation de l’oxaloacétate et de l’acétyl coenzyme A
C
COO-
O
CH 2 + C CH 3
COO - S-CoA
Oxaloacétate
Acétyl-CoA
+ H 2 O
Citrate synthétase
CH 2
C COO -
HO
C COO -
CH 2
COO -
COO -
Acide citrique
+ HS-CoA + H +
Intermédiaire =
Citryl-CoA
HO
CH 2
O
C
S-CoA
CH 2 COO -

2. + 3. Isomérisation du citrate
-
OOC
COO -
C H
C OH
CH 2
COO - COO -
C
C
CH 2
COO -
COO -
C OH
C H
CH 2
COO -
H
H 2 O H H 2 O
H
-
OOC
-
OOC
aconitase
aconitase
Citrate Cis-Aconitate Isocitrate

4. Oxydo-réduction I
isocitrate + NAD + α-cétoglutarate + CO 2 + NADH + H +
COO -
CH 2
NAD +
COO -
CH 2
H + CO 2
COO -
CH 2
H C COO -
H C COO -
CH 2
H
C
COO -
OH
NADH + H +
C
O
COO -
C
O
COO -
Isocitrate Oxalosuccinate α-cétoglutarate
Isocitrate déshydrogénase

5. Décarboxylation oxydative
α-cétoglutarate + NAD + + CoA
succinyl-CoA + CO 2 + NADH
COO -
COO -
CH 2
+ NAD + + HS-CoA
CH 2
CH 2
CH 2
+ CO 2 +
NADH + H +
C
O
C
O
COO -
S-CoA
Enz = complexe α-cétoglutarate déshydrogénase
Cofacteurs = NAD + , CoA, TPP, lipoamide, FAD

6. Formation d’une liaison riche en énergie
‣ succinyl~CoA + Pi + GDP
succinate + GTP + CoA
Succinyl CoA synthétase
‣Transfert sur ADP
GTP + ADP GDP + ATP
Nucléoside diphosphate kinase
7. Régénération de l’oxaloacétate
COO -
COO -
COO - COO -
CH 2
CH
+ FAD + FADH 2
CH 2
succinate HC
déshydrogénase
succinate
fumarate

COO -
8. COO -
COO - stéréospécifique) COO -
CH
HO C H
HC
fumarase
CH 2
(trans addition
fumarate
L-malate
9.
COO -
HO C
CH 2
H
COO -
L-malate
COO -
+ NAD + C O
+ NADH + H +
malate
déshydrogénas
CH 2
e
COO -
oxaloacétate

II. Bilan du cycle de l’acide citrique
acétyl-CoA + oxaloacétate + H 2 O citrate + CoA + H +
citrate
cis-aconitate + H 2 O
cis-aconitate + H 2 O
isocitrate
isocitrate + NAD +
α-cétoglutarate + CO 2 + NADH
α-cétoglutarate + NAD + + CoA
succinyl-CoA + CO 2 + NADH
succinyl-CoA + Pi + GDP
succinate + GTP + CoA
succinate + FAD (lié)
fumarate + FADH 2 (lié)
fumarate +H 2 O
malate
malate + NAD + oxaloacétate + NADH + H +
Acétyl-CoA + 2 H 2 O + 3 NAD + + FAD + GDP + Pi
2 CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA

Bilan énergétique du cycle de Krebs
isocitrate déshydrogénase
1 NADH formé
3 liaisons ~
α-cétoglutarate déshydrogénase
1 NADH formé
3 liaisons ~
succinyl CoA synthétase
1 GTP formé
1 liaison ~
succinate déshydrogénase
1 FADH 2 formé
malate déshydrogénase
1 NADH formé
2 liaisons ~
3 liaisons ~
12 liaisons ~

III. Particularités et mécanismes
‣ entrée du pyruvate dans la mitochondrie (cf. avant)
‣ devenir des atomes de C :
oxaloacétate
S-CoA
citrate
isocitrate
succinate
+ CO2
succinyl-CoA
CO 2
α-cétoglutarate

‣ complexe de l’α-cétoglutarate déshydrogénase
Très semblable au complexe pyruvate déshydrogénase
Mêmes cofacteurs : TPP, lipoamide, CoA, FAD, NAD +
3 enzymes :
A’ : α-cétoglutarate déshydrogénase
B’ : transsuccinylase
C’ : dihydrolipoyl déshydrogénase
A
B
C
A’
B’
C’
A
B
C’
A’
B’
C
Complexes fonctionnels

‣ La citrate synthétase
oxaloacétate + acétyl-CoA
citrate + CoA
- enzyme = 2 monomères en interaction
- (a) = enzyme sans substrat
- (b) = enzyme avec substrats changement conformationnel,
le site actif « se referme »
- présence d’histidines dans le site actif qui stabilisent les
différents intermédiaires

‣ L’aconitase
• Aspect structural :
COO -
COO -
COO -
2
2
CH
CH 2
CH 2
3
COO -
3
C ou C COO -
HO C COO -
4
4
CH 2 CH
CH 2
5
5
COO - COO -
COO -
citrate
HO
1
1
A
B
COO -
cis aconitate
COO -
2
2
C H ou CH 2
3
3
HC COO -
HC COO -
4
4
CH 2
H C OH
5
5
COO - COO -
isocitrate
1
1

‣ Comment l’enzyme peut elle être spécifique sur une
molécule symétrique
•
•
•
Site OH
Site COO - CH 2 COO -
Site
CH 2
COO -
Molécule symétrique reconnue de manière asymétrique

• Aspect fonctionnel :
Aconitase inhibée par fluoroacétate
COO -
CH 2
F
fluoroacétate
Site OH
Fluor
CoA-SH
Dichapetelum cymosum
F CH 2
O
C
CH 2
COO - Site
Blocage
COO -
CH 2
Fe 2+
Site COO -
HO
F
C
C
Aconitase
oxaloacétate
COO -
S-CoA
fuoroacétyl CoA
COO -
H
fluorocitrate

IV. Régulation du cycle de Krebs

Régulation du cycle :
‣ Complexe pyruvate déshydrogénase :
• Acétyl-CoA inhibe la transacétylase
• NADH inh. Dihydrolipoyl déshydrogénase
• modification covalente : P de Ser
ATP, NADH, Acétyl-CoA
P si
ADP NAD + CoA
• déphosphorylation si pyruvate élevé
élevés
‣ Citrate synthétase :
• inhibée allostériquement par ATP
(ATP baisse l’affinité de l’enzyme par l’Acétyl-CoA)

‣ Isocitrate déshydrogénase :
• stimulation allostérique par ADP
(ADP augmente l’affinité pour les substrats)
• NADH inhibe l’enzyme car déplace le NAD +
‣ α-cétoglutarate déshydrogénase :
• inhibition par succinyl-CoA et par NADH
Résumé : si taux énergétique cellulaire élevé, vitesse du
cycle et vitesse d’incorporation de C 2 réduites

V. Le cycle de l’acide citrique : source de précurseurs

Remarques :
• Dans situation alimentaire désespérée :
voie néoglucogenèse : oxaloacétate glucides (glucose pour
le cerveau)
• Compensation par réactions anaplérotiques :
Ex :
pyruvate + CO 2 + ATP + H 2 O
pyruvate carboxylase
oxaloacétate + ADP + Pi + 2 H +

VI. Cycle de Krebs et Béribéri
‣ paralysie / tremblement mains + pieds, parfois tout le corps
‣ provoqué par carence en vitamine B1 = thiamine
TPP = groupe prosthétique de 3 enzymes importants
Cycle de Krebs
Voie des
pentoses
• pyruvate déshydrogénase
• α-cétoglutarate déshydrogénase
• transcétolases
Activités enzymatiques faibles
Extrême Orient / riz, faible teneur en vit. B1

VII. Le cycle glyoxylique
NADH + H +
Oxaloacétate
NAD + Malate
déshydrogénase
Acétyl-CoA
CoASH
Glucose
Malate
Fumarate
CoASH
Malate
synthase
Acétyl-CoA
Glyoxylate
Citrate
Isocitrate
Isocitrate lyase
CO 2
Succinate
α-cétoglutarate
Succinyl CoA
CO 2
Bilan : 2 Acétyl-CoA + NAD + + 2 H 2 O succinate + 2 CoA + NADH + H +
Remarque : Acétate + CoA + ATP
Acétyl-CoA + AMP + PPi