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2016-2017
Métabolisme des glucides
Biochimie
– UE :VII: science biologique
Le cycle de Krebs
Semaine : n°2 (du 12/09/16 au
16/09/16)
Date : 13/09/2016
Heure : de 9h00 à
10h00
Binôme : n°42
Professeur : Pr. Muhr-Tailleux
Correcteur : 47
Remarques du professeur
•
diapos disponible sur moodle
PLAN DU COURS
I)
Points clés
II)
Devenir du pyruvate
A)
transformation du pyruvate en éthanol
B)
transformation du pyruvate en lactate
C)
transformation du lactate en Acétyl coenzyme A (AcCoA)
III)
Régulation
IV)
Le cycle de krebs
A)
formation du citrate
B)
formation de l'isocitrate
C)
formation de l'alpha cétoglutarate
D)
formation du succinyl CoA
E)
régénération de l'oxaloacétate
V)
Localisation des enzyme du cycle de KREBS
VI)
Bilan
A)
Bilan énergétique
B)
Bilan du nombre d'atome de carbone
VII)
Cycle de l'acide citrique, une plateforme métabolique
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I)
Métabolisme des glucides
Points clés
C'est une voie universel présente dans toute les cellules de l'organisme chez l'homme et dans d’autre espèce .
Elle se déroule intégralement dans le cytosol, et consiste à une oxydation d'une molécule de glucose à 6C en 2
molécules de pyruvate à 3C. Elle produit de l’énergie, donc 2 ATP par molécule de glucose oxydé et elle produit
des molécules intermédiaire que l'on verra dans d'autre cycle métabolique.
C'est 10 réaction dont 3 irréversible. Ces 3 réactions irréversible constituent des points de régulation dans
l'ensemble de la voie.
- La voie de détour par le 2 3 BPG, présente dans toute les cellules mais qui à une importance physiologique que
dans le globule rouge (présent dans toute les cellules)
– Les 2 ATP sont produit directement par phosphorylation du substrat mais aussi 2 molécules de NADH
produite par molécule de glucose oxydé produit dans le cytosol.
On a des colléction avec d'autre voies dans le metabolisme des glucide, des lipides, des acide aminé par exemple
avec le pyruvate qui peut donner de l'alanine.
Il faut connaître la voie sous plusieurs niveau de lecture, avec les cofacteurs etc.. c'est incontournable.
II)
Le devenir du pyruvate
Que va devenir le pyruvate dans la cellule?
Il a plusieurs devenir possible (levure, micro organisme pas chez l'homme) en fonction des organismes et type
cellulaire et du contexte métabolique.
A)
transformation du pyruvate en éthanol
Il n'y a pas de fermentation chez l'homme!
1. La molécule de pyruvate (acide alpha cétonique) qui va être décarboxyler par la pyruvate de-carboxylate
pour donner l'acétaldéhyde
2. Qui va donner l'éthanol par l'action de l'alcool déshydrogénase
→ Cette deuxième réaction permet de régénérer le NAD+ qui a était consommer lors de la glycolyse .
Le glucose va donner le pyruvate, ceci consomme du NAD+ pour donner du NADH
Le pyruvate en éthanol va reprendre le pyruvate et régénérer le NAD+ pour permettre a la glycolyse de continuer
Ses deux ensembles (glycolyse et fermentation alcoolique) vont être complémentaire et s'alimenter l'une avec
l'autre
Attention: pas chez l'homme
B)
transformation du pyruvate en lactate
→ Cette transformation a lieu dans certaine levure et micro organisme (= fermentation lactique)
Grâce a cette transformation on peut avoir de l'eau du fromage, de la même facon on peut faire fermenter le jus de
pomme (vin, calvados)
Elle existe chez l'Homme et permet de régner le NAD+
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Métabolisme des glucides
Cette transformation existe chez l’homme, dans 2 conditions:
1. Anaérobie → absence d'O2 ou en concentration basse en 02
La cellule peut s'y retrouver facilement (muscle, cellule peu vascularisé)
2. Cellule sans mitochondrie (globule rouge)
On ne travaille pas en anaérobie mais dans le globule rouge on retrouve cette transformation
→ Attention aux termes employé
La molécule de pyruvate va être transformer en lactate (réduction) .
Le CO est réduit en groupement OH ou hydroxyle
→ Cette réduction est catalyser par la lactate déshydrogénase (fonctionne avec 2 substrats)
Il en existe plusieurs isoformes spécifique d'organe
Cette réduction du pyruvate en lactate va être couplé a l'oxydation du NADH+ H+ en NAD+
Dans ces cellules en anaérobiose, on va avoir la glycolyse qui va donner du pyruvate
Puis le pyruvate en lactate qui va régénérer le NAD+ et permettre a la glycolyse de continuer
Bilan:
Glucose + 2Pi + 2ADP → 2 lactate + 2 ATP + 2H20
C)
transformation du lactate en Acétyl coenzyme A (AcCoA)
L'acétylcoenzyme A est une molécule complexe de par la structure du Coenzyme A
C'est une molécule retrouvé dans le métabolisme car elle n'est pas produit qu'a partir du glucose mais aussi a partir
des Acides gras → carrefour entre métabolisme du glucose et acide
La molécule de pyruvate va être transformer en Acétylcoenzyme A grâce au pyruvate déshydrogénase PDHase
→ La liaison thioester entre le groupement acétyle et le coenzyme est indiqué par une vague et riche en énergie
Cette réaction se fait en deux étapes
1. Décarboxylation (départ de groupement CO2) et arrivé du Co A
2. Réduction d'un NAD + en NADH + H+
Oxydation couplé a une réduction
Ici on continu a consommer du NAD + qui sera régénérer ultérieurement
La lactase déshydrogénase est une enzyme cytosolique alors que la pyruvate déshydrogénase est situé dans la
matrice mitochondriale
La membrane de la mitochondrie est perméable (peut passer librement a travers la membrane externe) et la
membrane interne est imperméable et constitue une frontière entre le milieu et la matrice
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Métabolisme des glucides
1. Externe: Perméable (passage facile)
2. Interne: imperméable (passage impossible dans la matrice)
→ Ici dans le cas présent, il faut des transporteurs
- Il existe un transporteur pour le pyruvate pour passer dans la matrice.
Il y a toujours un problème de compartimentation, et il ne peut passer que si le substrat peut accéder a l'enzyme
C'est le point d'entrée du cycle de Krebs, et d'autre molécule entre dans le cycle par l'intermédiaire de l’acétyle CO
A (acide gras et corps cétonique)
C'est une réaction irréversible (important) car les acides gras ne donneront jamais de glucose!!!
– L'organisme a un besoin de glucose (pour le cerveau) et en cas de jeune il faut du glucose .
– Les acides gras ne donneront jamais de glucose, car cette réaction est irréversible!!
Les acides gras vont redonner de l’acétyle CO A mais d'autre part le pyruvate peut redonner du glucose
Si elle était réversible on pourrait donner du glucose mais elle est irréversible donc pas de possibilité de
redonner du glucose a partir des acides gras (revu en ED)
Ce complexe de la pyruvate déshydrogénase est un complexe multi enzymatique (les enzymes sont couplé a un
cofacteur)
→ 3 enzymes et 5 coenzymes
Une réaction qui peut paraître simple, ne se fait pas de maniéré simple
→ Cette décarboxylation se fait avec l'action du cofacteur TPP qui donne du déhydroéthile TPP
Il va ensuite falloir régénérer tout cela.
Pyruvate + acétyl coa → CO2 + NADH
III)
Régulation
La pyruvate déshydrogénase est régulé de maniéré allostérique (inhiber par NAH/ATP/Acétyl COA)
1. NADH et acétyle COA → produit de la réaction
2. ATP → inutile d'en produire d'avantage
En outre, la pyruvate déshydrogénase est réguler par phosphorylation réversible par la PDK (pyruvate
déshydrogénase kinase)
Elle va réguler la pyruvate déshydrogénase.
→ La PD existe sous une forme active et non phosphoryler mais aussi non active et phospgolier
La PDH va inactiver l'enzyme et une phosphatase va catalyser la réaction inverse.
Le système fonctionne de manière cohérente, quand il y a beaucoup d'ATP dans la cellule → cela ne ert a rien d'en
produire donc inhibition alors qu'en manque d'ATP c'est la réaction inverse .
IV)
Le cycle de KREBS
C'est Hans Krebs, un savant allemand qui a mis en évidence ce cycle en 1937. Ce cycle porte également le nom de
cycle de l'acide citrique mais aussi cycle des acides tricarboxyliques.
Il y a 10 réactions, avec de nombreux intermédiaire et cofacteur.
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A)
Métabolisme des glucides
formation du citrate
A chaque tour de cycle une molécule d'actéyl CoA va se condenser avec une molécule d'oxano acétate (OAA) qui
font partit des acides alpha cétonique comme le pyruvate, pour former du citrate à 6C.
L'enzyme catalyseur est la citrate synthase, elle fait intervenir une molécule d'eau et entraine le départ du
cofacteur CO A ainsi que d'un proton.
Il y a 3 groupements acide, c'est un acide tricarboxilique qui donne son nom au cycle de KREBS.
Cette premier réaction est tributaire des substrats, il faut absolument de l'acétyl CoA mais aussi de l'OAA.
B)
Formation de l'isocitrate
Ce citrate doit être décarboxyler mais pas dans ces condition car il y a présence d'un alcool tertiaire qui ne peut pas
l'être et il va donc y avoir une isomération du citrate en isocitrate qui lui est un alcool secondaire qui va permettre
cette réaction.
Pour passer du citrate à l'isocitrate il y a 2 réaction:
– réaction de déshydratation, il y a départ d'une molécule d'eau.
– réaction d'hydratation, dans le quel le H et le Oh seront repositionner différemment.
Il y a toujours 6 atomes de carbones et la réaction est catalysé par l'aconitase.
C)
Formation du cétoglutarate
On a une première réaction de décarboxylation oxydative, qui fait intervenir:
– une décarboxylation (départ de CO2) qui donne l'apha cétoglutarate qui est une molécule en C5. Cette
alpha cétoglutarate est le 3ème des céto acide.
– une réaction de réduction du NAD+ et du NADH. L'enzyme qui catalyse est l'isocitrate déshydrogénase
(lieu de réduction allostérique important)
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D)
Métabolisme des glucides
formation du succinyl CoA
La deuxième réaction de décarboxylation oxydative fait intervenir:
– une décarboxylation en partant de l'alpha cétoglutarate
– couplé à une réaction de réduction du NAD+ en NADH
– couplé avec l'arrivé du CoA qui va se fixer sur la molécule pour former le succinyl CoA.
Elle est catalyse par l'alpha cétoglutarate déshydrogénase
C'est une réaction de décarboxylation semblable à la réaction précédente qui transforme le pyruvate en Acétyl
CoA.
E)
Régénération de l'oxaloacétate
A partir du sukinil CO A le reste du cycle va consister en la régénération de l'oxaloacétate.
1)
Passage du succinil CoA au succinate
On a une liaison riche en énergie, et la rupture de cette liaison va libérer de l'énergie qui va permettre la formation
d'une molécule de GTP. Cette molécule de GTP pourrat facilement être transformer en ATP.
Cette molécule de GTP est un équivalent de l'ATP produit grâce à l'énergie libérer par la rupture de la liaison du
CoA.
Cette production de GTP est une phosphorylation lié au substrat car c'est une phosphorylation qui ne fait pas
intervenir l'ATP, ce n'est pas le donneur de phosphate, c'est du Phosphate inorganique qui vient phosphoryler le
substrat du GTP.
Cette réaction est catalysé par la succinil CoA synthase.
2)
Transformation du succinate en fumarate
Elle se fait par une réaction de deshydrogénation, donc une oxydation qui sera couplé à une réaction de réduction.
Ici le NAD n'intervient pas, c'est un autre co facteur qui intervient qu'est le FAD qui sera transformé en FADH2.
Cette réaction est catalyser par la succinate déshydrogénase.
V)
Localisation des enzymes du cycle de KREBS
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Métabolisme des glucides
Le cycle de Krebs se situe dans la matrice mitochondriale . Toutes les enzymes ( la citrate synthase, l'acconitase,
etc …) sont des enzymes solubles, qui se trouve à l'intérieur même de la matrice.
Au contraire, la succinate déshydrogénase est lié à la membrane interne de la mitochondrie, on la trouve inséré
dans la membrane et fait partie du complexe 2 de la chaine respiratoire.
Le FADH2 fait partie intégrante du complexe 2 de la chaine respiratoire, il ne va pas etre liberer dans la matrice
mais va rester dans le complexe 2 de la chaine respiratoire.
Le fumarate va être hydrater par une molécule d'eau et par l'action de la fumarase . La double liaison donne la
possibilité d'une isomérie donc le HOH peut se greffer du même côté de la double ou liaison ou alors de part et
d'autre et c'est l'isomére L du malate qui va être produite.
Le malate est une molécule importante car elle possède un transporteur , il peut passer dans l'espace inter
membranaire et dans le cytosol, comme le pyruvate.
Le malate est ensuite transformer en oxalo acétate par la malate déshydrogénase. C'est une réaction d' oxydation
qui encore une fois sera couplé à une réaction de réduction du NAD+ en NADH qui est une réaction réversible.
VI)
A)
bilan
bilan énergétique
Quand on fais le bilan total du cycle: à chaque fois qu'une molécule d'acétyl CoA rentre dans le cycle de Krebs, et
donc à chaque tour de cycle on a production de:
– 3 NADH + H+
– 1 FADH 2
– 1 GTP
B)
bilan du nombre d'atome de carbone
On peut considérer ce bilan de pars le nombre d'atomes de carbone:
– Oxaloacétate en C4 qui lie l'acétylCoA qui apporte 2 carbonne et donne le citrate
– une décarboxylation qui donne le NADH
– une deuxième décarboxylation qui donne la deuxième molécule de NAH
– la production d'une molécule GTP, d'une molécule de FADH2 et d'une 3eme molécule de NADH
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VII)
Métabolisme des glucides
Cycle de l'acide citrique, une plateforme métabolique
Ce cycle va permettre de produire des cofacteurs réduit qui ulterieurement vont permettre la production d'ATP
mais ce cycle est aussi une plateforme métabolique.
En effet il y a un certain nombre d'intermediaire du cycle qui vont être précurseur d'autre réaction appelé
réaction catapérotique
Certain intermédiaire vont donc servir à autre chose que de faire tourner le cycle
Par exemple:
1. Le succinyl CoA est le précurseur de la synthèse des porphyrines, qui sont des molécules complexes.
2. OAA est le précurseur d'un certain nombre d'AA, comme l'acide aspartique et de l'asparagine
3. Alpha cétoglutarate est le précurseur de la glutamine et de l'acide glutamique.
De la meme facon certain intermediaire sont importé de l'exterieur, se sont les réaction anaclérotique, des réaction
de remplissage. Ainsi un certain nombre d'AA vont donner du fumarate OAA, et le pyruvate va donner de
l'oxaloacétate.
L'oxydation du pyruvate en oxaloacétate va jouer un rôle important dans la régulation, il peut donner directement
de l'oxaloacétate par le complexe de la pyruvate carbolxylase. Cette réaction fait intervenir du CO2 et de l'ATP et
donc il y a hydrolyse d'une molécule d'ATP.
Le cycle ne sert pas simplement à produire des cofacteur réduit mais c'est aussi un lien entre les métabolisme
intermédiaire et les métabolisme des AA, ainsi que le métabolisme d'autre molécule.
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