Fiche de révision : chaine respiratoire et cycle de Krebs

📋 Plan du Cours

1. Transfert des électrons respiratoires
2. Rendement de la phosphorylation oxydative
3. Organisation générale du cycle de Krebs
4. Premières étapes du cycle de Krebs
5. Dernières étapes du cycle de Krebs
6. Bilan énergétique et régulation du cycle

📖 1. Transfert des électrons respiratoires

📝 Points essentiels

• 🔄 Le trajet des électrons du NADH,H⁺ est le suivant :

  1. Complexe I
  2. Coenzyme Q
  3. Complexe III
  4. Cytochrome C
  5. Complexe IV
  6. O₂

• Le transfert des électrons issus du NADH,H⁺ déplace 10 H⁺ vers l’espace intermembranaire, répartis en 4, 4 et 2 protons aux complexes I, III et IV respectivement.

• 🔄 Le trajet des électrons du FADH₂ est le suivant :

  1. Complexe II
  2. Coenzyme Q
  3. Complexe III
  4. Cytochrome C
  5. Complexe IV
  6. O₂

• Le transfert des électrons issus du FADH₂ déplace 6 H⁺ vers l’espace intermembranaire : 4 au complexe III et 2 au complexe IV, sans transfert au complexe II.

📖 2. Rendement de la phosphorylation oxydative

★ À maîtriser

• Selon l’estimation retenue, la synthèse d’une molécule d’ATP à partir d’ADP et de Pi nécessite le passage de 4 H⁺.

📐 Formule - L’oxydation d’une molécule de NADH,H⁺ fournit $\frac{10}{4}=2{,}5$ molécules d’ATP selon l’estimation retenue.

📐 Formule - L’oxydation d’une molécule de FADH₂ fournit $\frac{6}{4}=1{,}5$ molécules d’ATP selon l’estimation retenue.

Compléments

• Les estimations du rendement peuvent varier selon les sources et l’hypothèse de calcul est précisée dans l’énoncé d’examen.

📖 3. Organisation générale du cycle de Krebs

★ À maîtriser

📌 Le cycle de Krebs, aussi appelé cycle des acides tricarboxyliques, cycle de l’acide citrique ou cycle du citrate, est une source majeure mais non exclusive de coenzymes réduits.

• Un tour du cycle de Krebs libère 3 NADH,H⁺, 1 FADH₂ et 1 GTP, ce dernier pouvant être transformé en ATP sans perte d’énergie.

• Le cycle de Krebs comporte 8 étapes, débute avec l’acétyl-CoA et se déroule uniquement dans les mitochondries.

📌 Le cycle de Krebs est étroitement couplé à la chaîne respiratoire, qui lui fournit les coenzymes oxydés nécessaires en régénérant NAD⁺ et FAD en présence d’O₂.

Compléments

• Sept étapes du cycle de Krebs ont lieu dans la matrice mitochondriale, tandis que l’étape de la succinate déshydrogénase se déroule dans la membrane mitochondriale interne.

📖 4. Premières étapes du cycle de Krebs

★ À maîtriser

• À l’étape 1, la citrate synthase condense l’acétyl-CoA et l’oxaloacétate en citrate sans nécessiter d’ATP.

📌 La condensation catalysée par la citrate synthase est très favorisée, pratiquement irréversible et limitante, et son rythme dépend de la disponibilité en acétyl-CoA.

• À l’étape 3, l’isocitrate déshydrogénase oxyde l’isocitrate en oxalosuccinate, réduit NAD⁺ en NADH,H⁺, puis décarboxyle l’oxalosuccinate en α-cétoglutarate avec libération de CO₂.

• À l’étape 4, le complexe α-cétoglutarate déshydrogénase transforme l’α-cétoglutarate en succinyl-CoA, forme une molécule de NADH,H⁺ et libère du CO₂.

Compléments

• À l’étape 2, l’aconitase isomérise réversiblement le citrate en isocitrate par déshydratation en cis-aconitate puis réhydratation.

📖 5. Dernières étapes du cycle de Krebs

★ À maîtriser

• À l’étape 5, la succinyl-CoA synthétase transforme réversiblement le succinyl-CoA en succinate avec formation de GTP dans le sens du cycle.

• À l’étape 6, la succinate déshydrogénase, située au complexe II de la chaîne respiratoire, oxyde réversiblement le succinate en fumarate et réduit FAD en FADH₂.

• À l’étape 8, la malate déshydrogénase oxyde réversiblement le malate en oxaloacétate et réduit NAD⁺ en NADH,H⁺.

Compléments

• La nucléoside diphosphate kinase transfère réversiblement le phosphate du GTP à l’ADP pour former de l’ATP, avec un ΔG⁰’ nul.

• À l’étape 7, la fumarase hydrate réversiblement et de manière stéréospécifique le fumarate en L-malate.

• L’oxydation du malate est la seule réaction endergonique du cycle, avec un ΔG⁰’ de 29,7 kJ/mol, et elle est entraînée par la condensation très exergonique de l’étape suivante.

📖 6. Bilan énergétique et régulation du cycle

🔑 Notions clés & Définitions

• Réactions anaplérotiques : Fournissent au cycle de Krebs les intermédiaires consommés par d’autres voies métaboliques.

★ À maîtriser

📌 Dans le cycle de Krebs, les étapes dont le ΔG⁰’ est proche de zéro sont réversibles, tandis que celles dont le ΔG⁰’ est très négatif sont irréversibles.

📐 Formule - L’oxydation des 3 NADH,H⁺, du FADH₂ et du GTP issus d’un acétyl-CoA donne $1+3\times2{,}5+1{,}5=10$ ATP selon les équivalences retenues.

📌 Le cycle de Krebs ne fonctionne que si la phosphorylation oxydative régénère simultanément NAD⁺ et FAD, ce qui en fait un cycle totalement aérobie.

• L’acétyl-CoA initie le cycle ; une hausse de son flux accélère le cycle sans augmenter globalement la concentration de ses intermédiaires.

Compléments

• Le ΔG⁰’ total du cycle de Krebs est fortement négatif.

📌 Les réactions irréversibles peuvent être régulées par des enzymes allostériques, généralement inhibées par le produit de la réaction ou par le produit final.

• Le succinyl-CoA et le NADH inhibent l’α-cétoglutarate déshydrogénase, tandis que le NADH et l’ATP inhibent l’isocitrate déshydrogénase.

• Les intermédiaires du cycle alimentent notamment :

  • La néoglucogenèse à partir du malate
  • La biosynthèse d’acides aminés à partir de l’oxaloacétate et de l’α-cétoglutarate
  • La biosynthèse d’acides gras à partir du citrate

• L’α-cétoglutarate est régénéré par désamination oxydative du glutamate, catalysée par la glutamate déshydrogénase.

• L’oxaloacétate est régénéré par carboxylation du pyruvate catalysée par la pyruvate carboxylase ou par transamination de l’aspartate catalysée par l’ASAT.

• Le malate est régénéré à partir du pyruvate par une réaction catalysée par l’enzyme malique.

💡 Astuce mémo

La respiration régénère NAD⁺ et FAD → le cycle de Krebs peut fonctionner.