Cycle de l’acide citrique ou cycle de Krebs

1ière année Médecine 2015-2016Biochimie métabolique

Pr Bouhsain Sanae

Objectifs du cours: • 1- Identifier les objectifs métaboliques du cycle de l’acide citrique

• 2- Décrire les principales réactions en identifiant les métabolites et les enzymes impliquées ainsi que le bilan énergétique global

• 3- Connaitre les différents moyens de régulation des enzymes du cycle

Plan 1. Introduction

2. Substrats du cycle de Krebs3. Réactions du cycle de Krebs

4. Bilan énergétique5. Devenir métabolique des intermédiaires du cycle de l’acide citrique

6. Régulation 7. Principales anomalies

8. Conclusion

Introduction Cycle de l’acide citrique: voie métabolique terminale commune d’oxydation des glucides, des acides gras et des aminoacides.

Cycle de l’acide citrique =cycle de Krebs= cycle des acides tricarboxyliques: formation d’acides à trois fonctions carboxyliques

Voie du catabolisme oxydatif: oxydation de l’Acétyl-CoA Site: mitochondrie Réactions d’oxydoréductions: Fournit de l’énergie

Une molécule de GTP Stockage de l’énergie dans les Coenzymes réduits NADH,H+ et FADH2: synthèse d’ATP

dans la chaine respiratoire mitochondriale. Libération de deux molécules de CO2

I- Les substrats du cycle de Krebs et vue d’ensemble du cycleAcétyl-CoA mitochondrial: principal substrat du cycle de l’acide citrique

Formation de l’Acétyl CoA à partir du PyruvatePyruvate produit au niveau du cytoplasme: glycolyse, catabolisme de certains acides

aminésEntrée du pyruvate dans le cycle de krebs nécessite sa décarboxylation oxydative

préalable en Acétyl CoA+++

Complexe enzymatique : pyruvate déshydrogénase++++: 3enzymes, 5 coenzymes dont Vit B1 Réaction irréversible+++, production d’une molécule de NADH,H+

Vue d’ensemble du cycle de l’acide citrique

II- Les réactions du cycle de Krebs

Réaction 1: condensation Enzyme: citrate synthase Condensation Acétyl-CoA(2 carbones)avec Oxaloacétate (4C)Formation Citrate (6C): acide tricarboxyliqueRéaction irréversible

Réaction 2: IsomèrisationEnzyme: aconitaseIsomérisation du citrate en isocitrate : isocitrate: deuxième acide tricarboxylique du cycleRéaction réversible

Réaction 3: Décarboxylation oxydative Enzyme: isocitrate déshydrogénase

Décarboxylation oxydative de l’isocitrate en α-cétoglutarateRéaction: irréversible, enzyme allostérique+++Production du CO2 et NADH,H+Première des 4 réactions d’oxydoréductions du cycle

Réaction 4: Décarboxylation oxydative Enzyme: α-cétoglutarate déshydrogénase

Complexe multienzymatique (3 enzymes, 5 coenzymes dont Vit B1)Décarboxylation oxydative α-cétoglutarate en succinyl-CoARéaction: irréversible, enzyme allostérique+++Production : 2ième CO2 et 2ième NADH,H+2ième réaction d’oxydoréduction

Devenir du succinyl-CoA

4 réactions enzymatiques successives et réversiblesRéaction 5 catalysée par succinyl-CoA synthétaseRéaction 6 catalysée par succinate déshydrogénase Réaction 7 catalysée par FumaraseRéaction 8 catalysée par malate déshydrogénase

Conversion succinyl-CoA en Oxaloacétate prêt pour une nouvelle condensation avec une molécule d’Acétyl CoAProduction :

Une molécule GTP (ATP)Une molécule de FADH2Une molécule de NADH,H+

Récapitulatif du cycle de KrebsEnsemble coordonné de 8 réactions catalysées par 8 enzymes Voie cyclique: dernière réaction régénère substrat première réaction, Oxaloacétate 3 réactions irréversibles 4 réactions d’oxydation : énergie conservée dans des coenzymes réduits 3 NADH,H+ et 1 FADH2Une seule réaction produit directement GTP

N.B: les 2 atomes de C éliminés sous forme de CO2 ne sont pas ceux du groupement acétyl-CoA qui entre dans le cycle

Élimination de deux molécules de CO2:Ne sont pas ceux du groupement acétyl-CoA qui entre dans le cycle Résultat de la décarboxylation oxydative de l’isocitrate et l’α-cétoglutarate

II- Bilan du cycle de l’acide citrique

Réaction globale: AcétylCoA + 3 NAD++ FAD+ GDP+ Pi+ 2H2O 2CO2+3(NADH,H+ )+ FADH2+ GTP+ HSCoA Oxydation dans la chaine respiratoire mitochondriale des NADH,H+ et FADH2 (voir cours chaine respiratoire)

1 NADH,H+ génère 2.5 ATP FADH2 génère 1.5 ATP

Bilan global oxydation totale Acétyl-Co: 10 ATP 3NADH,H = (3x 2.5 ATP)• 1 FADH2 = (1x 1.5 ATP)• 1GTP = 1 ATP

III- Devenir métabolique du cycle de l’acide citriqueCycle de l’acide citrique:

Voie d’oxydation Acétyl CoA en CO2 Voie de synthèse de molécules utilisées dans réactions

de biosynthèse des Glucides, lipides, acides aminés et porphyrines

Nécessité de réactions anaplérotiques permettant régénération des précurseurs utilisés: maintien efficacité cycle de l’acide citrique

Dégradation des acides aminés fournit : pyruvate, α-cétoglutarate, succinyl CoA, Fumarate

Formation oxaloacétate à partir pyruvate sous l’action Pyruvate carboxylase Enzyme malique PEP carboxykinase PEP carboxylase

IV- Régulation du cycle de l’acide citriqueObjectif et moyens de régulation

Objectif: adapter vitesse cycle de Krebs aux besoins énergétiques de la celluleRégulation Hormonale de la pyruvate déshydrogénase (enzyme formant acétyl CoA à partir pyruvate)

Insuline déphosphoryle et active l’enzyme Glucagon phosphoryle et inhibe l’enzyme

Régulation allostérique des enzymes irréversibles cycle de Krebs

Enzymes irréversibles Activateur Inhibiteur

Citrate synthase Acétyl CoAADP

CitrateATP

NADH,H+, Succinyl-CoA

Isocitrate déshydrogénase ADP ATPNADH,H+

-cétoglutarate déshydrogenase - NADH,H+, Succinyl-CoA

V- Anomalies du cycle de Krebs

Déficit en vitamine B1: Béribéri

Conclusion Cycle de l’acide citrique:

Voie d’oxydation Acétyl CoA en CO2Voie de synthèse de molécules utilisées dans réactions de

biosynthèse des Glucides, lipides, acides aminés et porphyrines

Bilan énergétique oxydation Acétyl CoA: 3NADH,H+, FADH2 et 1 GTP (ATP)Enzymes soumises à régulation

Pyruvate déshydrogenase Citrate synthase Isocitrate déshydrogénase -cétoglutarate déshydrogenase