Le cycle de l’acide citrique : le cycle de Krebs

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Cycle de Krebs détaillé.

- Bilan du cycle de Krebs

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

→ 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + coA

- La régénération des 3 NAD+ dans la mitochondrie à partir des 3 NADH+ fournira 7,5 ATP.

- La régénération du FAD+ à partir du FADH2 fournira 1,5 ATP.

- Les deux H+ permettront la synthèse de deux molécules d’ATP.

- Le GTP permettra aussi la synthèse d’un ATP.

Ce seront donc au final 12 ATP qui seront produits grâce au cycle de Krebs.

C’est un cycle obligatoirement aérobie en raison notamment de la régénération du NAD+ qui ne peut pas se faire sans dioxygène.

- Cycle amphibolique

Le cycle du citrate est bien évidemment la voie majeure du catabolisme oxydatif des glucides, des lipides (via les corps cétoniques) et des acides aminés. Mais c’est aussi le carrefour de plusieurs autres voies métaboliques car il fournit de nombreux intermédiaires de synthèse.

Il participe activement à l’anabolisme (formation de produits nécessaires au fonctionnement de l’organisme) car un grand nombre de ses produits peuvent servir d’intermédiaires.

Il permet notamment la biosynthèse de nombreux acides aminés :

- l’oxaloacétate peut donner de l’aspartate puis de l’asparagine ou bien être transformé en phospho-énol-pyruvate pour donner six autres AA (C, F, G, S, Y, W) ;

- le malate peut aussi servir à la formation d’oxaloacétate qui sera alors transformé en aspartate puis en asparagine : cette asparagine sera alors utilisée pour la synthèse de pyrimidines ;

- l’α-cétoglutarate ou le succinyl-coA peuvent tous les deux servir à la synthèse de glutamate puis de glutamine :

- le glutamate sera transformé soit en proline, soit en ornithine qui deviendra ensuite la citrulline puis l'arginine ;

- la glutamine sera utilisée pour la synthèse de purines.

Il sert aussi à la biosynthèse de l’hème grâce au succinyl-coA, à la biosynthèse des acides gras et du cholestérol en réutilisant de l’acétyl-coA ou encore à la biosynthèse du glucose via la néoglucogenèse et la régénération de l’oxaloacétate en phospho-énol-pyruvate.

Enfin, il participe à la maintenance des molécules du cycle de Krebs en transformant par exemple le pyruvate en oxaloacétate via la pyruvate-carboxylase :

Pyruvate + ATP + H2O + CO2

→ oxaloacétate + Pi + ADP + H+

Ceci permet de maintenir une concentration constante en oxaloacétate dans le cycle de Krebs, pour que celui-ci puisse continuer à tourner.

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Cycle amphibolique.

- Contrôle de la pyruvate-déshydrogénase

Il existe plusieurs moyens de régulation pour la pyruvate-déshydrogénase :

- régulation allostérique par les produits : une concentration importante en acétyl-coA inhibera la transacétylase E2 tandis qu’une concentration importante en NADH inhibera la dihydrolipoyl-déshydrogénase E3.

- régulation par la charge énergétique :

- si la charge énergétique est élevée : moins de glycolyse = cycle mis au repos,

- si la charge électrique est faible : plus de glycolyse = le cycle tourne beaucoup.

- régulation par phosphorylation réversible : s’il y a phosphorylation d’un résidu sérine de l’enzyme alors elle est inhibée, une phosphatase stimulera donc l’enzyme. Notez que la biosynthèse des phosphatases est stimulée par l'insuline.

- Contrôle du cycle du citrate

La vitesse du cycle de Krebs sera ajustée en fonction des besoins énergétiques :

- si la charge énergétique est faible, le cycle de Krebs tournera vite ;

- si la charge énergétique est élevée, le cycle de Krebs tournera lentement.

- Sélection du cycle du citrate au cours de l’évolution

Le cycle du citrate n’est pas présent chez toutes les espèces, en particulier les bactéries. Celle-ci ne peuvent donc pas réaliser la glycolyse aérobie et sont donc obligées d’utiliser la glycolyse anaérobie. Ce cycle a été sélectionné au cours de l’évolution pour son fort intérêt énergétique.