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II. Voies METABOLIQUE

B) Les 3 ETAPES FONDamentales

2) Deuxième étape : le Cycle de Krebs

Le cycle de Krebs ou cycle de l'acide citrique (citrate) est au centre du métabolisme cellulaire. Il a été découvert par le biologiste Hans Adolf Krebs en 1937.
         Le cycle de Krebs se déroule donc dans la matrice de la mitochondrie en aérobiose.
         Il se produit une oxydation du pyruvate qui permet la formation de 10 composés réduits NADH. Le pyruvate subit aussi une décarboxylation (retrait des atomes de carbone) totale qui conduit à la libération de dioxyde de carbone, déchet de la respiration.
         Une fois dégradé par la glycolyse , le glucose en pyruvate est transformé en acétylcoenzyme A (acétylCoA) et oxaloacétate. Ces deux composés sont le point de départ du cycle de Krebs.

Étapes du cycle de Krebs

Remarque : Là aussi, le nom de ces enzymes n'est pas très important, seule la compréhension des étapes est importante.

Synthèse du citrate

Cette réaction catalysée par la citrate synthétase permet la synthèse du citrate.

Déshydratation du citrate

Cette réaction de déshydratation réversible, catalysée par une lyase (enzyme : cis-aconitase), produit du cis-aconitate.

Hydratation du cis-aconitate

Cette réaction est réversible et catalysée par la même enzyme qu'à l'étape précédente. L'addition d'eau sur la double liaison a lieu dans une position différente : il y a synthèse d'iso-citrate.

Oxydation de l'iso-citrate

Cette réaction réversible est catalysée par une oxydoréductase  : l'isocitrate déshydrogénase. C'est donc une réaction d'oxydoréduction et il y a un échange d'électrons : les NAD+ sont réduits en NADH,H+ (avec le proton libéré dans le milieu).

Décarboxylation de l'oxalosuccinate

Il y a libération du dioxyde de carbone (CO2) lors de cette réaction irréversible.

Décarboxylation oxydative de l'α-cétoglutarate

Cette réaction d'oxydoréduction est la même que celle permettant le passage du pyruvate à l'acétylCoA. Le complexe enzymatique fait intervenir de nombreuses enzymes dans cette réaction. Il y a, de plus, libération de CO2 et réduction des NAD+.

Formation du succinate

Cette réaction réversible est catalysée par une transférase, la succinate thiokinase. Cette réaction est couplée à la synthèse d'ATP.

Oxydation du succinate

Cette réaction est catalysée par une enzyme la succinate déshydrogénase.

Hydratation du fumarate

Cette réaction d'addition d'une molécule d'eau (H2O) est catalysée par une lyase, la fumarase.

Oxydation du malate

Il y a formation d'oxaloacétate, réaction d'oxydoréduction catalysée par le malate déshydrogénase (oxydoréductase). Les composés oxydés sont réduits en NADH.

Moyen Mémotéchnique à l'aide de cette phrase :

Si le citron isole l'acétone, le succinct succès fumera moins haut.
(citrate, iso-citrate, alpha-cétoglutarate, succinyl CoA, succinate, fumarate, malate, oxaloacétate)

Résumé :

         Le cycle de Krebs se compose de 8 étapes, chacune est catalysée par une enzyme spécifique.

         Dans la matrice mitochondriale, le pyruvate est ainsi entièrement dégradé selon la réaction suivante :
2 CH3COCOOH + 10 NAD+ + 6 H2O -> 6 CO2 + 10 NADH
 (pyruvate)                                        Couplage énergétique
                                               2 ADP + 2 Pi -> 2 ATP

Consommation : 2 pyruvates, 10 NAD+, 2 ADP, 2 Pi, 6 H2O
Production : 10 NADH, 2 ATP, 6 CO2

Réoxydation des composés réduits : les NADH
         A ce stade, la molécule de glucose est totalement dégradée : tous ses carbones sont éliminés sous forme de CO2. Pour le moment, il y a production seulement de 4 ATP car la majeure partie de l'énergie reste entreposée dans les NADH. Le processus biochimique n’est donc pas terminé : il est nécessaire de régénérer les accepteurs NAD+ qui ont été réduits en composés NADH. Cela signifie qu’il faut oxyder à nouveau les NADH. Cette opération se réalise au niveau des crêtes des  mitochondries (replis de la membranes interne) en aérobiose et permet une production remarquable d’ATP : c'est la chaîne respiratoire.

Suite > Troisième étape : la chaîne respiratoire