Cycle de Krebs

1ière année Pharmacie, 2012-2013Biochimie métabolique

Pr Bouhsain Sanae

Définition • Le cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique

• Voie du catabolisme oxydatif aérobie du groupement acétyle sous forme active: acétyl-coenzyme A– Oxydatif: enlèvement d’atomes d’H2 ( accepteurs: NAD+ et FAD)– Aérobie: en présence d’oxygène– Acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA): point de convergence du catabolisme des

glucides, des lipides et des protéines

• Plate forme commune aux substrats énergétiques

• Voie mitochondriale productrice d’énergie:– La réoxydation des coenzymes réduits NADH,H+ et FADH2 par la chaine

respiratoire mitochondriale produit de l’ATP

Étape préliminaire au cycle de Krebs: Décarboxylation Oxydative du Pyruvate en Acetyl CoA++++

• Réaction irrevesible

• Dans la mitochondrie

COO-

C

CH3

NAD+ NADH + H +

O

pyruvate

CH3CPyruvate

dehydrogenasecomplex

Acetyl CoA

O

~SCoA+ HSCoA + CO2

++++

Le complexe Pyruvate déshydrogénase

E1 pyruvate déshydrogenase

Enzymes (3) E2 dihydrolipoyl transacétylase

E3 dihydrolipoyl déshydrogenase

Thiamine PyroPhosphate, TPP (VitB1)

HSCoA (Vit B5)

Cofacteurs (5) Acide lipoΪque

NAD+ (Vit B3)

FAD (VitB2)

HSCoA

NAD+

Intervention coordonnée des 3 enzymes• E1- La Pyruvate déshydrogénase:

– Décarboxylation du pyruvate, – Transfert du résidu acétyl sur le TPP, oxydation du résidu

en acétyl

• E2- La dihydrolipoyl transacétylase– Transfère l’acétyle et les équivalents réducteurs sur le

lipoate qui passe à l’état réduit (dihydrolipoate)– Transfère le résidu acétyl au CoA formant l’acétyl CoA. – Reste le dihydrolipoate à oxyder

• E3- La dihydrolipoyl déshydrogénase– Réoxyde le dihydrolipoate en lipoate– Les équivalents réducteurs sont captés par le FAD, avant

d’être cédés au NAD+ formant le NADH,H+

HSCoA

NAD+

Les 8 Réactions du cycle de Krebs

IrrévesibleÉtape limitante

1

2a 2b

IrréversibleÉtape limitante

3

Enzyme mitochondrialeà NAD

4

IrréversibleÉtape limitante

5

+++

6

7

8

++++

Les 8 réactions du cycle de Krebs

• Ensemble coordonné de 8 réactions catalysées par 8 enzymes:– 7 solubles– Une fixée dans la membrane interne de la mitochondrie: la succinate

déshydrogénase

• Voie cyclique: la dernière réaction régénère le substrat de la première réaction: l’oxaloacétate (C4)

• 4 des 8 réactions: réactions d’oxydation dont l’énergie est conservée dans des coenzymes réduits (NADH,H+ et FADH2)

• Une seule réaction produit directement le GTP (Phosphorylation liée au substrat)

Bilans du cycle de l’acide citrique

La réaction globale est:

acétylCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

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

Bilan énergétique :1 ATP3NADH+3H+: 3 x3 ATP (CRM)FADH2: 1 X 2 ATP (CRM)

1 molécule d’acétyl CoA:12 ATP par tour de cycle++++

Bilan énergétique de dégradation de l’acide stéarique C18 (acide gras)

3- Régulation du cycle de Krebs

Objectif et moyens de régulation

• Objectif: adapter la vitesse du cycle de Krebs aux besoins de la cellule en énergie (ATP)

• Moyens: Enzymes clés de l’oxydation aérobique– Complexe Pyruvate Déshydrogenase: réaction commande le flux

d’entrée dans le cycle de l’acétyl-CoA d’origine glucidique

– Enzymes clès du cycle de Krebs:• Citrate synthase

• Isocitrate déshydrogénase

• -cétoglutarate déshydrogenase

Complexe Pyruvate déshydrogenase

Pyruvate dehydrogenase(active form)

allosteric inhibitors:

ATP, acetyl CoA,NADH, FA

allosteric activators:AMP, CoA, NAD+,Ca2+

pyruvate dehydrogenase (inactive form)

P

pyruvate dehydrogenase kinase

pyruvate dehydrogenase phosphatase

ATP

ADPH2O

Pi

Ca2+,insulin acetyl CoA,NADH

ADP,NAD+

(Muscle)

(tissu adipeux)

Régulation covalente hormonale

Régulation allostérique

Résumé de la régulation du cycle de Krebs

• Le cycle est accéléré lorsque les besoins énergétiques cellulaires sont insatisfaits avec augmentation des rapports:– NAD/ NADH,H+– ADP/ATP– Coenzyme A/ Acétyl-CoA

• Le cycle est freiné lorsque les besoins énergétiques sont satisfaits avec diminution des 3 rapports

Fonctions métaboliques du cycle de Krebs

• Le cycle de krebs est amphibole: assure fonctions cataboliques et anaboliques

• Fournit des précurseurs importants pour des voies anaboliques:– Oxaloacétate et malate: néoglucogènèse– Succinyl CoA: Porphyrines– Oxaloacétate et cétoglutarate: acides aminés– citrate: acides gras, cholestérol

• Existe réactions métaboliques anaplérotiques: regarnissent le cycle de Krebs:– Éviter épuisement intermédiaires du cycle– Dégradation des acides aminés fournit pyruvate ou

intermédiaires• His, Glu, Arg: 2-cétoglutarate• Ile, Val, Met: succinyl CoA• Asp, Phe, Tyr: fumarate• Ala, Ser, Gly: puruvate

Anomalies du cycle de Krebs

Le déficit en PDH • Représentent la première cause d’acidose lactique congénitale primitive.

• Blocage de la transformation du pyruvate en acétyl-CoA: les sources d’ATP sont limitées surtout au niveau du système nerveux central où l’activité de PDH est la plus forte.

• Est une des causes majeures de perturbation du métabolisme énergétique chez l’enfant. Il provoque :– une augmentation anormale du lactate dans le sang et le liquide céphalo-rachidien

(hyperlactacidémie).– Un développement anormal du système nerveux central.

• Les déficiences en PDH résultent essentiellement de mutations sur les gènes de la composante E1, (PDH dont le cofacteur est TPP) du complexe multi-enzymatique.

Ce qu’il faut retenir du cycle du citrate

Étapes irréversibles: -Etapes 1, 3 et 4 -Sièges de la régulation+++