Le cycle de l'acide citrique

 

 

Dernière mise à jour : 2021.11.19

 

 

(ou cycle de Krebs (découvert par HA. Krebs), ou cycle ATC (des acides tricarboxyliques (3 groupements -COOH de l'acide citrique))

 

Le cycle de l'acide citrique est la plaque tournante dans le métabolisme des glucides, des protéines et des graisses.

 

Il se déroule dans la mitochondrie et nécessite la présence d'oxygène (respiration : donc l'importance d'une bonne oxygénation tissulaire, d'une bonne circulation pour son apport, et d'un nombre suffisant de globules rouges pour son transport...).

      

Sommaire :

Introduction

Le cycle

 

Le lien avec la phosphorylation oxydative

 

Côté pratique : plan d'étapes en cas d'une éventuelle activité défaillante

 

Côté pratique : comment influencer par voie externe

 

Côté pratique : comment influencer par voie interne

 

Contenu :

 

           

Introduction :

 

Dans la cellule, le cycle de l'acide citrique intervient dans l'oxydation de 2/3 des dérivés de carbone. Le cycle est le processus ultime de dégradation des différents métabolites qui seront dégradés en CO₂ (et eau) en formant du NADH (coenzyme réduit).

 

Le CO₂ est un produit de dégradation métabolique et se trouve éliminé.

 

Toutefois, il ne s'agit pas d'une oxydation de ces métabolites au sens propre, mais d'une utilisation d'oxygène (nécessaire pour oxyder les coenzymes réduits, le NADH et le FADH₂), accompagnée d'un transfert d'électrons via un mécanisme de porteurs utilisant l'oxygène comme accepteur final d'électrons.

 

Le NADH est réoxydé dans la chaîne respiratoire :

 

NADH + O₂ ---> O^2- +  régénération du NAD⁺ qui est crucial dans le cycle de l'acide citrique.

 

(l'O₂ en soi n'est pas vraiment métabolisé dans le cycle de l'acide citrique mais sa présence est indispensable dans le transfert des électrons du NADH au niveau de la chaîne respiratoire)  

 

Le cycle ne produit ou n'utilise aucune molécule d'oxaloacétate ni d'autre produit intermédiaire propre.

 

1. • le cycle se déroule donc sans production de molécules substrat!

 

1. 1. • les concentrations ne seront pas modifiées tant qu'aucun intermédiaire n'est extrait ou ajouté...

 

1. 1. 1. • conséquence : lorsque certains produits intermédiaires font défaut, le cycle ne peut plus fonctionner normalement : son déroulement peut donc être influencé positivement ou négativement (voir "Influence interne").

Le cycle intervient dans les processus métaboliques les plus importants de l'organisme :

1. • Un lien vers :

 

1. 1. • le métabolisme glucidique (pyruvate)

      • l'anabolisme lipidique (AcCoA)

      • la synthèse protéique (glutamate)

      • la synthèse de porphyrine (succinyl-CoA)

      • le cycle d'urée (CO₂, aspartate)

      • ...

 

1. • Un lien venant de :

 

1. 1. • la dégradation protéique (4 étapes du cycle sont influencées par des acides aminés)

      • dégradation des acides gras ramifiés impairs et des acides aminés ramifiés

      • cycle d'urée (fumarate)

      • ...

 

Voir aussi : "Cycle de l'acide citrique : influence externe ".

           

Le cycle :

 

Le cycle est le point final et commun du métabolisme des glucides, lipides et protides! Sa fonction principale est l'oxydation des groupements acétyle provenant du pyruvate et qui entre dans le cycle sous forme d'AcétylCoA. Le cycle se déroule dans la matrice de la mitochondrie, en aérobiose.

 

Il y a d'abord la formation à partir du pyruvate de la partie acétyle du complexe Acétyl-Coenzyme A. Le premier composé produit dans le cycle de l'acide citrique est le citrate, une condensation de l'Acétyl-Coenzyme A et de l'oxaloacétate.

 

AcétylCoA (= C₂)  + oxaloacétate (C₄) ---> acide citrique (C₆)

 

Etant donné que dans la glycolyse en anaérobiose, deux molécules de pyruvate sont synthétisées à partir d'une molécule de glucose, le cycle de l'acide citrique doit être parcouru  2 x pour dégrader une molécule de glucose.

 

Les 8 réactions forment un "cycle" parce que le produit terminal, l'oxaloacétate (= molécule porteuse de l'AcétylCoA), est chaque fois régénéré et forme le point de départ d'un nouveau cycle :

 

1. • le cycle de l'acide citrique débute et  se termine avec l'acide citrique (citrate) : à chaque tour de cycle, une molécule d'Acétyl-CoA réagit avec une molécule d'oxaloacétate pour donner du citrate. Au cours des réactions suivantes, 2 carbones du citrate  (C6) sont éliminés sous forme de CO₂ , assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate (C4).

 

1. • chaque cycle produit 3 molécules de NADH (à partir de NAD⁺) et 1 x FADH₂ (à partir d' FAD).

   • chaque tour de cycle produit 1 molécule de GTP (à partir de GDP) (pas d'ATP!). Plus loin, via la chaîne respiratoire et la phosphorylation oxydative, une molécule d'ATP est formée (lors de la libération de 4 électrons).

 

1. • chaque cycle produit de l'oxaloacétate et de l'alpha-kétoglutarate, produits intermédiaires pouvant être utilisés comme précurseurs d'e.a. des acides aminés dans le cytosol.

 

NADH :

 

La chaîne de transport d'électrons induit une phosphorylation oxydative (= chaîne respiratoire). 3 Complexes enzymatiques sont impliqués :

 

1. 1. • le complexe de la NADH déshydrogénase

      • le complexe du Cytochrome b-c1

      • le complexe de la Cytochrome oxydase (COO)

 

Chaque complexe contient des ions métaux (Cu ou Fe) et d'autres groupements chimiques (protéines) qui forment le chemin de transfert des électrons.

 

Via le Mg²⁺ comme cofacteur, l'Ubiquinone (CoQ10), une petite molécule hydrophobe, intervient dans le transfert des électrons du complexe de la NADH déshydrogénase vers le complexe du Cytochrome b-c1.

 

1. 1. 1. • les cytochromes possèdent un ou plusieurs groupements hème constitués d'atomes de Fe ; l'atome Fe³⁺ est converti en Fe²⁺ lorsqu'il accepte un électron.

         • le cytochrome c (via le Cu comme cofacteur) migre entre les deux complexes cytochromiques.

 

Le complexe de la Cytochrome oxydase reçoit ainsi les électrons du cytochrome c et les cède à l'O₂. Au total, 4 électrons et 4 protons sont transférés sur chaque molécule d'O₂.  En effet, la molécule d'oxygène possède une affinité élevée pour des électrons.

 

(voir aussi : "Configurations électroniques, exemples").

 

 

FADH₂ :

 

Les électrons portés par le FADH₂ ne passe pas par la chaîne de transport électronique de la chaîne respiratoire mais via le complexe de la succinate déshydrogénase, en cédant directement ses électrons à l'Ubiquinone.

 

           

Le lien avec la phosphorylation oxydative :

 

Le NADH et le FAD sont impliqués via la phosphorylation oxydative dans le métabolisme de formation de l'ATP:

 

 

1. • Dans la chaîne respiratoire, les électrons sont transférés sur le NADH et le FADH₂. Les électrons vont du donneur vers l'accepteur, en migrant chaque fois vers des niveaux énergétiques inférieurs. L'énergie libérée lors de cette migration, intervient dans le transport d'ions H⁺ vers l'extérieur des mitochondries. Les expulsions d'ions H⁺ entraînent un gradient de pH. Les ions H⁺ vont revenir (dans la sens du gradient électrochimique) dans la matrice mitochondriale en entraînant un flux d'ions dans l'ATP synthetase, qui catalyse la phosphorylation de l'ADP vers l'ATP. Via un système d'antiport, les molécules d'ATP passent dans le cytosol (où elles sont utiles).  Via le même système d'antiport, les molécules d'ADP libérées dans le cytosol lors de l'hydrolyse d'ATP en ADP et énergie, sont enfin pompées vers la matrice mitochondriale pour être rechargées.

 

1. • La différence de potentiel créé en partie par le gradient de protons induit un transport 30 fois plus rapide de l'ATP (vers le cytosol) par rapport à l'ADP (vers la matrice mitochondriale).

 

1. • En final, les électrons sont cédés aux molécules d'O₂. Celles-ci forment avec les ions H⁺ des molécules d'H₂O

   • Au total, une molécule de glucose génère 30 molécules d'ATP :

 

1. 1. • chaque NADH produit dans la mitochondrie apporte 2.5 molécules d'ATP lors de la phosphorylation oxydative

      • le FADH₂ et le NADH produits durant la glycolyse apportent 1.5 molécules d'ATP

 

 

Les mitochondries peuvent brûler le pyruvate et les acides gras. Les deux sont transformés en AcétylCoA. Le FADH₂ et le NADH dans la chaîne respiratoire sont convertis vers resp. le NAD⁺ et le FAD, indispensables dans le cycle de l'acide citrique.

 

 L'hydrolyse de l'ATP régule la vitesse de transformation des substrats.

 

           

Côté pratique :

 

Plan d'étapes en cas d'une éventuelle activité défaillante du cycle de l'acide citrique et d'urée :

 

ETAPE 1 : doser les concentrations de la biotine et de la B6 ( of pyridoxal-5P)

 

ETAPE 2 :doser les taux de Mn et de la niacine (vit B3)

 

ETAPE 3 : déterminer la voie après le citrate : B1, B5, B2, B3, acide lipoïque

 

ETAPE 4 : doser tous les facteurs du cycle de l'acide citrique : B1, B5, B2, B3, acide lipoïque + Mn, Mg, P

 

ETAPE 5 : doser

 

1. • l'arginine + Mn, l'enzyme arginase (cycle d'urée)

   • la citrulline + Mg, l'aspartate (cycle d'urée)

   • l'ornithine + la biotine (cycle d'urée)

   • l'alpha kétogluturate + la vit B6, Mg (cycle de l'acide citrique)

 

 

            

 

Avertissement :

 

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