Cycle de Krebs

1ière année Pharmacie, 2014- 2015Biochimie métabolique

Pr Bouhsain Sanae

Plan

• Introduction• Les réactions du cycle de Krebs• Le bilan énergétique• La régulation • Les Fonctions métaboliques du cycle de Krebs• Les principales anomalies• Conclusion

1- introduction

Définition • Le cycle de Krebs: cycle de l’acide citrique, cycle

tricarboxylique

• 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

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

Intérêts

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

chaine respiratoire mitochondriale produit de l’ATP

• Les intermédiaires du cycle sont:– Le point de départ de certains anabolismes menant à des molécules

d’intérêt biologique (acides aminés, porphyrines, nucléotides puriques et pyrimidiques,…)

– Le point de départ de certains catabolismes (acides aminés glucoformateurs, acides gras à nombre impair d’atomes de carbone);

2- Les réactions du cycle de Krebs

Vue d’ensemble des réactions• 8 réactions, la dernière régénère le substrat de la première,

l’oxaloacétate (C4)

• Première réaction: condensation oxaloacétate et Acétyl-CoA

• Origine acétyl-CoA: triple– lipidique: catabolisme des acides gras et des corps cétoniques– glucidique: glycolyse produit le pyruvate, transformé dans la

mitochondrie en acétyl-CoA par la pyruvate déshydrogénase (PDH)– protéique: catabolisme des acides aminés en pyruvate ou en acétyl-

CoA

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

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

Es (3) E2 dihydrolipoyl transacétylase

E3 dihydrolipoyl déshydrogenase

Thiamine PyroPhosphate, TPP (VitB1)

HSCoA (Vit B5)

cofacteurs (5) Acide lipoique

NAD+ (Vit B3)

FAD (VitB2) HSCoA

NAD+

Intervention coordonnée des 3 enzymes

• E1- La Pyruvate déshydrogénase:– Décarboxylation du pyruvate, transfert du résidu CO2 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+

Réaction 1: citrate synthase • Formation acide citrique : premier acide tricarboxylique du

cycle• Réaction utilise l’énergie libérée par l’hydrolyse très

exergonique de la liaison thioester de l’acétyl-CoA• Consomme une molécule d’eau• Réaction: irréversible, limitante

Réaction 2: aconitase• Isomérisation du citrate en isocitrate: deuxième acide

tricarboxylique du cycle • A lieu en 2 temps:

– Déshydratation du citrate en acide tricaboxylique intermédiaire insaturé: cis-aconitate;

– Réhydraatation du cis-aconitate en isocitrate

• Réaction réversible

Réaction 3: isocitrate déshydrogénase

• Décarboxylation oxydative de l’isocitrate en α-cétoglutarate• Réaction en 2 temps:

– Déshydrogénation de l’isocitrate en oxalosuccinate (instable)– Décarboxylation de oxalosuccinate en α-cétoglutarate

• Réaction produit: une molécule de CO2 et de NADH,H+

• Réaction: irréversible, limitante

Réaction 4: α-cétoglutarate déshydrogénase• Décarboxylation oxydative de l’α-cétoglutarate en

succinyl-CoA• Complexe multienzymatique :

– 3 enzymes– 5 coenzymes: TPP, acide lipoique, CoA, FAD et NAD)

• Consomme une molécule de CoA• Réaction produit: une molécule de CO2 et de NADH,H+

• Réaction: irréversible, limitante

Réaction 5: succinyl-CoA synthétase

• Phosphorylation liée au substrat du GDP par le succinyl CoA qui est transformé en succinate

• Production d’une molécule de GTP ultérieurement converti en ATP

Réaction 6: succinate déshydrogénase

• Déshydrogénation du succinate en fumarate• Enzyme: protéine intrinsèque de la membrane interne

mitochondriale et appartenant au complexe II de la CRM• Produit une molécule de FADH2• Réaction réversible

Réaction 7: Fumarase

• Hydratation du Fumarate en Malate• Consomme une molécule de H2O• Réaction réversible

Réaction 8: malate déshydrogénase

• Déshydrogénation du malate en oxaloacétate• Oxaloacétate régénéré repart pour un autre cycle en présence

d’acétyl-CoA• Produit une molécule de NADH,H+• Réaction réversible

Bilan 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+ soit 3 x3 ATP (CRM)FADH2 soit 1 X 2 ATP (CRM)

L’oxydation complète d’une molécule d’acétyl CoA conduit à l’équivalent de 12 ATP.

Récapitulatif du cycle de Krebs

• Ensemble coordonné de 8 réactions catalysées par 8 enzymes:– 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

• Les 2 atomes de C éliminés sous forme de CO2 ne sont pas ceux du groupement acétyl-CoA qui entre dans le cycle mais ceux de l’OAA. Les 2 atomes de l’ acétyl-CoA seront éliminés lors du cycle suivant.

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

Régulation de la pyruvate déshydrogénasecovalente et allostérique

• Enzyme sous 2 formes interconvertibles:– Forme phosphorylée inactive– Forme non phosphorylée active soumise à régulation allostérique:

• Activateurs: NAD, AMP ( ADP)• Activateurs: ATP, NADH,H+, acétyl-CoA

• La phosphorylation (inactivation) est catalysée par la pyruvate déshydrogénase kinase, soumise à un contrôle allostérique:– Activateurs: ATP, NADH,H+ et acétyl-CoA: témoins de l’activité de la

dégradation des acides gras– Inhibiteurs: ADP, NAD

• La déphosphorylation (activation) est catalysée par la pyruvate déshydrogénase phosphatase, soumise à un contrôle allostérique– Activateurs: insuline et calcium (muscle)

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)

4- 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– Acétyl CoA: acides gras

• 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

Source de précursseurs

5- 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.

Déficit en vitamine B1: Béribéri

Ce qu’il faut retenir

Ce qu’il faut retenir du cycle du citrate

• Plaque tournante du métabolisme

• Ensemble coordonné de 8 réactions catalysées par 8 enzymes:– 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

• Les 2 atomes de C éliminés sous forme de CO2 ne sont pas ceux du groupement acétyl-CoA qui entre dans le cycle mais ceux de l’OAA. Les 2 atomes de l’ acétyl-CoA seront éliminés lors du cycle suivant.

• Régulation++++