Le cycle de Krebs
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Chap V. Le cycle de Krebs Le cycle de l’acide citrique Le cycle tricarboxylique dans les mitochondries Î conditions AÉROBIES Acétyl-CoA énergie CO2 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 ¾ 2 carbones entrent dans le cycle, 2 autres carbones en sortent sous forme de CO2 ¾ 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 ¾ 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 + CH2 C CH3 + H2O S-CoA COOOxaloacétate Acétyl-CoA Citrate synthétase CH2 HO C CH2 COOCOO- + HS-CoA + H+ O COO- Acide citrique CH2 Intermédiaire = Citryl-CoA HO C CH2 C S-CoA COOCOO - 2. + 3. Isomérisation du citrate COO- H2O HC H - OOC C COO- OH CH2 COO- Citrate - H C OOC C aconitase COO- H2O CH2 COO- Cis-Aconitate C H - OOC aconitase OH C H CH2 COO- Isocitrate 4. Oxydo-réduction I α-cétoglutarate + CO2 + NADH + H+ isocitrate + NAD+ COO - COO - COO NAD+ CH2 H+ CO2 CH2 H C COO H C OH COO - Isocitrate - H C COO C O NADH + H+ COO - - Oxalosuccinate Isocitrate déshydrogénase - CH2 CH2 C O COO - α-cétoglutarate 5. Décarboxylation oxydative α-cétoglutarate + NAD+ + CoA COO - COO- CH2 CH2 + NAD+ + HS-CoA CH2 C succinyl-CoA + CO2 + NADH O COO - + CO2 + NADH + H+ CH2 C O S-CoA Enz = complexe α-cétoglutarate déshydrogénase Cofacteurs = NAD+, CoA, TPP, lipoamide, FAD 6. Formation d’une liaison riche en énergie ¾ succinyl~CoA + Pi + GDP succinate + GTP + CoA Succinyl CoA synthétase ¾Transfert sur ADP GTP + ADP GDP + ATP Nucléoside diphosphate kinase 7. Régénération de l’oxaloacétate COO- COO- CH2 CH CH2 COOsuccinate + FAD + FADH2 succinate déshydrogénase HC COOfumarate 8. COO- COOHO CH fumarase HC (trans addition stéréospécifique) COOfumarate 9. COOHO C C COOL-malate CH2 COOL-malate COO- H + NAD+ CH2 H C O + NADH + H+ malate CH2 déshydrogénas e COOoxaloacétate II. Bilan du cycle de l’acide citrique acétyl-CoA + oxaloacétate + H2O citrate + CoA + H+ citrate cis-aconitate + H2O cis-aconitate + H2O isocitrate isocitrate + NAD+ α-cétoglutarate + CO2 + NADH α-cétoglutarate + NAD+ + CoA succinyl-CoA + CO2 + NADH succinyl-CoA + Pi + GDP succinate + GTP + CoA succinate + FAD (lié) fumarate + FADH2 (lié) fumarate +H2O malate malate + NAD+ oxaloacétate + NADH + H+ Acétyl-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + 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 FADH2 formé malate déshydrogénase 1 NADH formé 2 liaisons ~ 3 liaisons ~ 12 liaisons ~ III. Particularités et mécanismes ¾ entrée du pyruvate dans la mitochondrie (cf. avant) ¾ devenir des atomes de C : oxaloacétate S-CoA citrate isocitrate + succinate succinyl-CoA CO2 CO2 α-cétoglutarate ¾ 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 ¾ La citrate synthétase oxaloacétate + acétyl-CoA citrate + CoA - enzyme = 2 monomères en interaction - (a) = enzyme sans substrat - (b) = enzyme avec substrats Î changement conformationnel, le site actif « se referme » - présence d’histidines dans le site actif qui stabilisent les différents intermédiaires ¾ L’aconitase A • Aspect structural : COOC H2 HO C 1 COO- 1 COO- 2 CH 2 CH2 3C COO- 4 CH2 COO B COO- 3 ou 4 CH2 5 COO 5 - - C COO- CH COO - cis aconitate 1 COO citrate HO 2 C 1 - COO- ou H 3 HC COO 4 COO CH2 3 - HC H CH2 5 2 - isocitrate COO- 4 C 5 OH COO - ¾ Comment l’enzyme peut elle être spécifique sur une molécule symétrique • • • CH2COOSite COOSite OH Site CH2COO- Molécule symétrique reconnue de manière asymétrique • Aspect fonctionnel : Dichapetelum cymosum Aconitase inhibée par fluoroacétate O CoA-SH COO- C CH2 F F CH 2 fluoroacétate Fluor S-CoA fuoroacétyl CoA oxaloacétate COO Blocage Fe2+ Site COO- Site OH Site CH2COO- Aconitase - C H2 HO C COO F C H COO - fluorocitrate - IV. Régulation du cycle de Krebs Régulation du cycle : ¾ Complexe pyruvate déshydrogénase : • Acétyl-CoA inhibe la transacétylase • NADH inh. Dihydrolipoyl déshydrogénase • modification covalente : P de Ser P si ATP, NADH, Acétyl-CoA ADP NAD+ CoA élevés • déphosphorylation si pyruvate élevé ¾ Citrate synthétase : • inhibée allostériquement par ATP (ATP baisse l’affinité de l’enzyme par l’Acétyl-CoA) ¾ Isocitrate déshydrogénase : • stimulation allostérique par ADP (ADP augmente l’affinité pour les substrats) • NADH inhibe l’enzyme car déplace le NAD+ ¾ α-cétoglutarate déshydrogénase : • inhibition par succinyl-CoA et par NADH Résumé : si taux énergétique cellulaire élevé, vitesse du cycle et vitesse d’incorporation de C2 réduites V. Le cycle de l’acide citrique : source de précurseurs Remarques : • Dans situation alimentaire désespérée : Î voie néoglucogenèse : oxaloacétate Î glucides (glucose pour le cerveau) • Compensation par réactions anaplérotiques : Ex : pyruvate + CO2 + ATP + H2O pyruvate carboxylase oxaloacétate + ADP + Pi + 2 H+ VI. Cycle de Krebs et Béribéri ¾ paralysie / tremblement mains + pieds, parfois tout le corps ¾ provoqué par carence en vitamine B1 = thiamine Î TPP = groupe prosthétique de 3 enzymes importants Cycle de Krebs • pyruvate déshydrogénase • α-cétoglutarate déshydrogénase Voie des pentoses • transcétolases Activités enzymatiques faibles Extrême Orient / riz, faible teneur en vit. B1 VII. Le cycle glyoxylique NADH + H+ NAD+ Acétyl-CoA Oxaloacétate Malate déshydrogénase CoASH CoASH Glucose Malate Acétyl-CoA Malate synthase Fumarate Glyoxylate Citrate Isocitrate Isocitrate lyase CO2 α-cétoglutarate Succinate Succinyl CoA Bilan : 2 Acétyl-CoA + NAD+ + 2 H2O Remarque : Acétate + CoA + ATP CO2 succinate + 2 CoA + NADH + H+ Acétyl-CoA + AMP + PPi
