Le cycle de KrebsLe cycle de l’acide citriqueLe cycle tricarboxylique

dans les mitochondries conditions AÉROBIES

Acétyl-CoA

CO2

énergie

Voie finale, COMMUNE de l’oxydation des molécules énergétiques : acides aminés, acides gras, glucides

Figures tirées de

Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition

Chap V.

C6

C6

C5

C4

C4

C4

C4

C4

Vue générale du cycle de l’acide citrique

2 carbones entrent dans le cycle, 2 autres carbones en sortent sous forme de CO2

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

CCOO-

CH2

COO-

CH3C

O

S-CoA

C COO-HO

CH2

COO-

COO-

CH2

C COO-HO

CH2 COO-

CH2 S-CoAC

O

1. Condensation de l’oxaloacétate et de l’acétyl coenzyme A

Oxaloacétate

+

Acétyl-CoA

+ H2O

Citrate synthétase

Acide citrique

+ HS-CoA + H+

Intermédiaire = Citryl-CoA

I. Les 9 étapes en détail

2. + 3. Isomérisation du citrate

COO-

C

OH

CH2

-OOC

H H

C

COO-

COO-

C OH

CH2

-OOC

H

HC

COO-

COO-

C

CH2

-OOC

H

C

COO-

Citrate Cis-Aconitate Isocitrate

aconitase aconitase

H2O H2O

4. Oxydo-réduction I

isocitrate + NAD+ α-cétoglutarate + CO2 + NADH + H+

COO-

CH2

H C COO-

COO-

CH OH

COO-

CH2

H C COO-

COO-

C O

COO-

CH2

COO-

C O

CH2

Isocitrate Oxalosuccinate α-cétoglutarate

Isocitrate déshydrogénase

H+ CO2NAD+

NADH + H+

5. Décarboxylation oxydative

α-cétoglutarate + NAD+ + CoA succinyl-CoA + CO2 + NADH

COO-

CH2

COO-

C O

CH2

COO-

CH2

C O

CH2

S-CoA

+ NAD+ + HS-CoA + CO2 + NADH + H+

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 + CoASuccinyl CoA synthétase

Transfert sur ADP

GTP + ADP GDP + ATP

Nucléoside diphosphate kinase

7. Régénération de l’oxaloacétate

COO-

CH2

CH2

COO-

COO-

CH

HC

COO-

+ FAD + FADH2

fumaratesuccinate

succinate déshydrogénase

8. COO-

CH

HC

COO-

COO-

C

CH2

COO-

HO H

COO-

C

CH2

COO-

HO H

COO-

CH2

COO-

C O

fumarate L-malate

fumarase(trans addition

stéréospécifique)

9.

+ NAD+ + NADH + H+

L-malate oxaloacétate

malate déshydrogénas

e

Acétyl-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi

2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA

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)

malate + NAD+ oxaloacétate + NADH + H+

fumarate +H2O malate

II. Bilan du cycle de l’acide citrique

Bilan énergétique du cycle de Krebsisocitrate déshydrogénase

α-cétoglutarate déshydrogénase

succinyl CoA synthétase

succinate déshydrogénase

malate déshydrogénase

1 NADH formé

1 NADH formé

1 GTP formé

1 FADH2 formé

1 NADH formé

3 liaisons ~

3 liaisons ~

3 liaisons ~

1 liaison ~

2 liaisons ~

12 liaisons ~

entrée du pyruvate dans la mitochondrie (cf. avant)

devenir des atomes de C :S-CoA

+CO2

CO2 α-cétoglutarate

isocitrate

citrate

succinyl-CoA

succinate

oxaloacétate

III. Particularités et mécanismes

complexe de l’α-cétoglutarate déshydrogénase

Très semblable au complexe pyruvate déshydrogénase

Mêmes cofacteurs : TPP, lipoamide, CoA, FAD, NAD+

3 enzymes :A’ : α-cétoglutarate déshydrogénaseB’ : transsuccinylaseC’ : dihydrolipoyl déshydrogénase

C’BA

CBA

CB’A’

C’B’A’

Complexes fonctionnels

La citrate synthétaseoxaloacétate + 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-

C

HO

CH2

COO-

H2

C

COO-

COO-

C

CH2

COO-

H

C

COO-

COO-

C

CH2

COO-

H

C

COO-

COO-

CHO

CH2

COO-

H

HC

COO-

COO-

C OH

CH2

COO-

H

HC

COO-

ou

cis aconitate

isocitrate

ou

1

2

3

5

4

1

2

3

5

4

1

2

3

5

4

1

2

3

5

4

citrate

A B

Comment l’enzyme peut elle être spécifique sur une molécule symétrique

•

••

Molécule symétrique reconnue de manière asymétrique

Site OH

CH2COO-Site

Site COO-

CH2COO-

• Aspect fonctionnel : Dichapetelum cymosum

Aconitase inhibée par fluoroacétate

Site OH

Site

Site COO-

CH2COO-

COO-

C

HO

C

COO-

H2

C

COO-

HF

COO-

CH2 F F CH2

O

CS-CoA

CoA-SH

fluoroacétate fuoroacétyl CoAoxaloacétate

fluorocitrateAconitase

Fe2+

Fluor Blocage

IV. Régulation du cycle de Krebs

Régulation du cycle :

Complexe pyruvate déshydrogénase :• Acétyl-CoA inhibe la transacétylase

• NADH inh. Dihydrolipoyl déshydrogénase

P si élevés

• déphosphorylation si pyruvate élevé

ATP, NADH, Acétyl-CoAADP NAD+ CoA

• modification covalente : P de Ser

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 C2 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 + CO2 + ATP + H2O

oxaloacétate + ADP + Pi + 2 H+

pyruvate carboxylase

paralysie / tremblement mains + pieds, parfois tout le corps

provoqué par carence en vitamine B1 = thiamine

TPP = groupe prosthétique de 3 enzymes importants

• pyruvate déshydrogénase

• α-cétoglutarate déshydrogénaseCycle de Krebs

• transcétolasesVoie des pentoses

Activités enzymatiques faibles

Extrême Orient / riz, faible teneur en vit. B1

VI. Cycle de Krebs et Béribéri

VII. Le cycle glyoxylique

Bilan : 2 Acétyl-CoA + NAD+ + 2 H2O succinate + 2 CoA + NADH + H+

Remarque : Acétate + CoA + ATP Acétyl-CoA + AMP + PPi

Oxaloacétate

Citrate

Acétyl-CoA

CoASH

Isocitrate

CO2

α-cétoglutarate

Succinyl CoA

Succinate

Fumarate

Isocitrate lyase

Glyoxylate

Malate synthase

Acétyl-CoA

CoASH

MalateGlucose

NAD+

NADH + H+

Malate déshydrogénase

CO2