Introduction

Le cycle de Krebs, également appelé cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) ou cycle de l'acide citrique, est une voie métabolique fondamentale qui se déroule dans la matrice mitochondriale. Ce cycle joue un rôle crucial dans les organismes aérobies en fournissant de l'énergie par des réactions d'oxydation qui génèrent des transporteurs d'électrons réduits (NADH et FADH2), utilisés ensuite dans la chaîne de transport d'électrons pour produire de l'ATP par phosphorylation oxydative.

Présentation du cycle de Krebs

Le cycle de Krebs consiste en une série de réactions catalysées par des enzymes qui convertissent cycliquement l'acétyl-CoA en deux molécules de CO2, avec production concomitante d'énergie sous forme d'ATP et de cofacteurs réduits (NADH et FADH2). L'équation globale d'un tour du cycle est la suivante :

Acétyl-CoA + 3 NAD+ + 1 FAD + 3 ADP + 3 Pi + 2 H₂O → 2 CO₂ + 3 NADH + CoA + ATP + FADH₂ + 3 H₂

Le cycle est initié par la condensation de l'acétyl-CoA avec de l'oxaloacétate (OAA), produisant du citrate, catalysée par la citrate synthase. Les réactions suivantes impliquent des additions répétées de composés à deux carbones dérivés de l'acétyl-CoA au citrate, composé à quatre carbones, suivies d'étapes de décarboxylation et de clivage qui libèrent du CO₂ et régénèrent l'OAA, complétant ainsi un cycle.

Détails des réactions du cycle de Krebs

Citrate synthase

La première réaction du cycle implique la condensation de l'acétyl-CoA avec de l'oxaloacétate pour former du citrate, catalysée par la citrate synthase (CS). La fraction CoA de l'acétyl-CoA est transférée au groupe alpha-carboxyle de l'OAA.

Aconitase

La conversion du citrate en isocitrate est catalysée par l'aconitase, qui hydrate le citrate au niveau de son carbone bêta pour produire du cis-aconitate, puis le déshydrate pour produire de l'isocitrate.

Isocitrate déshydrogénase

L'isocitrate est converti en alpha-cétoglutarate et en CO₂ par décarboxylation oxydative par l'isocitrate déshydrogénase (IDH). Cette réaction implique la réduction du NAD+, produisant du NADH.

Complexe α-cétoglutarate déshydrogénase

L'étape suivante du cycle est la décarboxylation oxydative de l'alpha-cétoglutarate pour produire du succinyl-CoA, du CO₂ et des équivalents réducteurs (NADH ou FADH₂). Cette réaction est catalysée par le complexe α-cétoglutarate déshydrogénase.

Succinyl-CoA synthétase

Le succinyl-CoA formé à l'étape précédente est converti en succinate et en CoA, catalysé par la succinyl-CoA synthétase (SCS). Cette réaction consomme également de l'ATP pour produire de l'ADP + Pi.

Succinate déshydrogénase

La conversion du succinate en fumarate est catalysée par la succinate déshydrogénase (SDH), qui implique l'oxydation simultanée du succinate et la réduction du FAD. Le FAD réduit est ensuite réoxydé par l'oxygène, générant FADH2 lors du transport d'électrons dans la membrane mitochondriale interne.

Fumarase

L'hydratation mutuelle du fumarate en malate et la déshydratation du malate en fumarate sont catalysées par la fumarase (FA). Cette réaction fournit un mécanisme de régulation réversible du cycle de Krebs, car l'équilibre favorise le malate en présence de faibles concentrations d'ATP et de fortes concentrations d'ADP.

Malate déshydrogénase

La conversion finale du malate en oxaloacétate est catalysée par la malate déshydrogénase (MDH), qui implique l'oxydation du malate et la réduction du NAD+, produisant ainsi du NADH. Cette réaction déclenche un cycle, car l'OAA peut alors réagir avec l'acétyl-CoA pour initier un nouveau cycle de Krebs.

Régulation du cycle de Krebs

Le flux au sein du cycle de Krebs est régulé à plusieurs niveaux, notamment la disponibilité du substrat, la régulation allostérique des enzymes et la rétro-inhibition. Les mécanismes de régulation les plus importants sont :

• Citrate synthase : inhibée par l'ATP et le NADH, elle facilite la production d'ATP en période de demande énergétique. - Complexe pyruvate déshydrogénase (PDC) : inhibé par l’acétyl-CoA et le NADH, il maintient l’équilibre entre l’oxydation du pyruvate et la production de lactate.
• Complexe α-cétoglutarate déshydrogénase : inhibé allostériquement par l’acétyl-CoA et le succinyl-CoA, il prévient la production excessive d’ATP en période de forte demande énergétique.
• Phosphofructokinase (PFK) : inhibé par l’ATP, il garantit que le glucose est métabolisé uniquement lorsque cela est nécessaire à la production d’ATP.

Résumé

Le cycle de Krebs est une voie métabolique cruciale chez les organismes aérobies, fournissant l’énergie et les cofacteurs réduits nécessaires à la synthèse d’ATP par phosphorylation oxydative. Ce cycle consiste en une série de réactions enzymatiques qui convertissent cycliquement l’acétyl-CoA en CO2, avec production concomitante d’énergie sous forme d’ATP et de cofacteurs réduits (NADH et FADH2). La régulation du cycle de Krebs se produit à plusieurs niveaux pour assurer un métabolisme et un équilibre énergétique appropriés.