Explication simple du cycle de Krebs. Qu'est-ce que le cycle de Krebs ? La vitesse de réaction du cycle de Krebs est déterminée par les besoins énergétiques de la cellule

L'acétyl-SCoA formé dans la réaction PVK déshydrogénase entre ensuite troisième cycle acides carboxyliques (cycle TCA, cycle de l'acide citrique, cycle de Krebs). En plus du pyruvate, les acides cétoniques issus du catabolisme interviennent dans le cycle acides aminés ou toute autre substance.

Cycle de l'acide tricarboxylique

Le cycle se déroule dans matrice mitochondriale et représente oxydation molécules acétyl-SCoA dans huit réactions consécutives.

Dans la première réaction, ils se lient acétyle Et oxaloacétate(acide oxaloacétique) pour former citrate(acide citrique), puis l'isomérisation de l'acide citrique se produit pour isocitrate et deux réactions de déshydrogénation avec libération concomitante de CO 2 et réduction du NAD.

Dans la cinquième réaction, le GTP se forme, c'est la réaction phosphorylation du substrat. Ensuite, la déshydrogénation dépendante du FAD se produit séquentiellement succinate(acide succinique), hydratation Fumarova acide à malate(acide malique), puis déshydrogénation dépendante du NAD aboutissant à la formation oxaloacétate.

En conséquence, après huit réactions du cycle encore de l'oxaloacétate se forme .

Les trois dernières réactions constituent ce qu'on appellemotif biochimique(Déshydrogénation dépendante du FAD, hydratation et déshydrogénation dépendante du NAD), il est utilisé pour introduire un groupe céto dans la structure succinate. Ce motif est également présent dans les réactions de β-oxydation des acides gras. Dans l'ordre inverse (récupération, de hydratation et réduction), ce motif est observé dans les réactions de synthèse des acides gras.

Fonctions du TsTK

1. Énergie

génération atomes d'hydrogène pour le fonctionnement de la chaîne respiratoire, à savoir trois molécules de NADH et une molécule de FADH2,
synthèse d'une seule molécule GTF(équivalent à l'ATP).

2. Anabolisant. Dans le TCC sont formés

précurseur de l'hème succinyl-SCoA,
acides céto qui peuvent être convertis en acides aminés - α-cétoglutarate pour l'acide glutamique, oxaloacétate pour l'acide aspartique,
acide citronné, utilisé pour la synthèse des acides gras,
oxaloacétate, utilisé pour la synthèse du glucose.

Réactions anabolisantes du cycle TCA

Régulation du cycle de l'acide tricarboxylique

Régulation allostérique

Les enzymes catalysant les 1ère, 3ème et 4ème réactions du cycle TCA sont sensibles à régulation allostérique métabolites :

Régulation de la disponibilité de l'oxaloacétate

Principal Et principal Le régulateur du cycle du TCA est l'oxaloacétate, ou plutôt sa disponibilité. La présence d'oxaloacétate recrute l'acétyl-SCoA dans le cycle du TCA et démarre le processus.

Habituellement, la cellule a équilibre entre la formation d'acétyl-SCoA (à partir du glucose, Les acides gras ou acides aminés) et la quantité d'oxaloacétate. La source d'oxaloacétate est pyruvate, (formé à partir de glucose ou d'alanine), obtenu à partir de l'acide aspartiqueà la suite de la transamination ou du cycle AMP-IMP, mais aussi de acides de fruits cycle lui-même (succinique, α-cétoglutarique, malique, citrique), qui peut se former lors du catabolisme des acides aminés ou provenir d'autres processus.

Synthèse de l'oxaloacétate à partir du pyruvate

Régulation de l'activité enzymatique pyruvate carboxylase réalisé avec la participation acétyl-SCoA. C'est allostérique activateur enzyme, et sans elle, la pyruvate carboxylase est pratiquement inactive. Lorsque l'acétyl-SCoA s'accumule, l'enzyme commence à agir et de l'oxaloacétate se forme, mais bien sûr uniquement en présence de pyruvate.

Aussi la majorité acides aminés lors de leur catabolisme, ils sont capables de se transformer en métabolites du cycle du TCA, qui se transforment ensuite en oxaloacétate, qui entretient également l'activité du cycle.

Réapprovisionnement du pool de métabolites du cycle du TCA à partir d'acides aminés

Les réactions de reconstitution du cycle avec de nouveaux métabolites (oxaloacétate, citrate, α-cétoglutarate, etc.) sont appelées anaplérotique.

Le rôle de l'oxaloacétate dans le métabolisme

Un exemple de rôle important oxaloacétate sert à activer la synthèse des corps cétoniques et acidocétose plasma sanguin à insuffisant quantité d'oxaloacétate dans le foie. Cette condition est observée lors de la décompensation du diabète sucré insulino-dépendant (diabète de type 1) et lors du jeûne. Avec ces troubles, le processus de gluconéogenèse est activé dans le foie, c'est-à-dire la formation de glucose à partir d'oxaloacétate et d'autres métabolites, ce qui entraîne une diminution de la quantité d'oxaloacétate. L'activation simultanée de l'oxydation des acides gras et de l'accumulation d'acétyl-SCoA déclenche une voie de secours pour l'utilisation du groupe acétyle - synthèse de corps cétoniques. Dans ce cas, une acidification du sang se développe dans l'organisme ( acidocétose) avec un tableau clinique caractéristique : faiblesse, maux de tête, somnolence, diminution du tonus musculaire, de la température corporelle et de la tension artérielle.

Modifications du taux de réactions du cycle TCA et raisons de l'accumulation de corps cétoniques dans certaines conditions

La méthode de régulation décrite avec la participation de l'oxaloacétate est une illustration de la belle formulation" Les graisses brûlent dans les flammes des glucides"Cela implique que la "flamme de combustion" du glucose conduit à l'apparition de pyruvate, et le pyruvate est converti non seulement en acétyl-SCoA, mais aussi en oxaloacétate. La présence d'oxaloacétate assure l'inclusion du groupe acétyle formé à partir de Les acides grassous forme d'acétyl-SCoA, dans la première réaction au TCA.

Dans le cas d’une « combustion » à grande échelle des acides gras, observée dans les muscles lors travail physique et dans le foie jeûne, le taux d'entrée de l'acétyl-SCoA dans la réaction du cycle TCA dépendra directement de la quantité d'oxaloacétate (ou de glucose oxydé).

Si la quantité d'oxaloacétate dans hépatocyte ne suffit pas (il n'y a pas de glucose ou il n'est pas oxydé en pyruvate), alors le groupe acétyle ira à la synthèse des corps cétoniques. Cela arrive quand long jeûne Et diabète sucré de type 1.

Cette voie métabolique porte le nom de l'auteur qui l'a découverte, G. Krebs, qui a reçu (avec F. Lipman) pour cette découverte en 1953. prix Nobel. Le cycle de l’acide citrique capte la majeure partie de l’énergie gratuite générée par la dégradation des protéines, des graisses et des glucides contenus dans les aliments. Cycle de Krebs - chemin central métabolisme.

L'acétyl-CoA, formé à la suite de la décarboxylation oxydative du pyruvate dans la matrice mitochondriale, est inclus dans une chaîne de réactions d'oxydation successives. Il existe huit de ces réactions.

1ère réaction - formation d'acide citrique. Le citrate est formé par condensation du résidu acétyle de l'acétyl-CoA avec l'oxalacétate (OA) à l'aide de l'enzyme citrate synthase (avec la participation de l'eau) :

Cette réaction est pratiquement irréversible, car elle désintègre la liaison thioéther acétyl~S-CoA, riche en énergie.

2ème réaction - formation d'acide isocitrique. Cette réaction est catalysée par une enzyme contenant du fer (Fe - non héminique) - l'aconitase. La réaction passe par l'étape de formation cis-acide aconitique (l'acide citrique subit une déshydratation pour former cis-l'acide aconitique, qui, en ajoutant une molécule d'eau, se transforme en acide isocitrique).

3ème réaction - déshydrogénation et décarboxylation directe de l'acide isocitrique. La réaction est catalysée par l’isocitrate déshydrogénase, enzyme dépendante du NAD+. L'enzyme nécessite la présence d'ions manganèse (ou magnésium). Étant par nature une protéine allostérique, l’isocitrate déshydrogénase nécessite un activateur spécifique – l’ADP.

4ème réaction - décarboxylation oxydative de l'acide α-cétoglutarique. Le processus est catalysé par l'α-cétoglutarate déshydrogénase - un complexe enzymatique similaire dans sa structure et son mécanisme d'action au complexe pyruvate déshydrogénase. Il contient les mêmes coenzymes : TPP, LA et FAD - les coenzymes propres au complexe ; CoA-SH et NAD+ sont des coenzymes externes.

5ème réaction - phosphorylation du substrat. L'essence de la réaction est le transfert de la liaison succinyl-CoA riche en énergie (un composé à haute énergie) au HDF avec la participation de l'acide phosphorique - cela forme le GTP, dont la molécule entre dans la réaction rephosphorylation avec l'ADP - l'ATP se forme.

6ème réaction - déshydrogénation de l'acide succinique avec la succinate déshydrogénase. L'enzyme transfère directement l'hydrogène du substrat (succinate) à l'ubiquinone dans la membrane mitochondriale interne. Succinate déshydrogénase - complexe II de la chaîne respiratoire mitochondriale. Le coenzyme dans cette réaction est le FAD.

7ème réaction - la formation d'acide malique par l'enzyme fumarase. La fumarase (fumarate hydratase) hydrate l'acide fumarique - cela produit de l'acide malique, et son L-forme, puisque l'enzyme est stéréospécifique.

8ème réaction - formation d'oxalacétate. La réaction est catalysée malate déshydrogénase , dont le coenzyme est NAD+. L'oxalacétate formé sous l'action de l'enzyme est à nouveau inclus dans le cycle de Krebs et l'ensemble du processus cyclique est répété.

Les trois dernières réactions sont réversibles, mais comme le NADH?H + est capté par la chaîne respiratoire, l'équilibre de la réaction se déplace vers la droite, c'est-à-dire vers la formation d’oxalacétate. Comme vous pouvez le constater, au cours d’un tour du cycle, une oxydation complète, une « combustion », de la molécule d’acétyl-CoA se produit. Au cours du cycle, des formes réduites de coenzymes nicotinamide et flavine se forment, qui sont oxydées dans la chaîne respiratoire mitochondriale. Ainsi, le cycle de Krebs est étroitement lié au processus de respiration cellulaire.

Fonctions de boucle acides tricarboxyliques divers:

· Intégratif - le cycle de Krebs est une voie métabolique centrale qui combine les processus de dégradation et de synthèse des composants les plus importants de la cellule.

· Anabolisant - les substrats du cycle sont utilisés pour la synthèse de nombreux autres composés : l'acétate d'oxal est utilisé pour la synthèse du glucose (gluconéogenèse) et la synthèse de l'acide aspartique, l'acétyl-CoA - pour la synthèse de l'hème, l'α-cétoglutarate - pour la synthèse de acide glutamique, acétyl-CoA - pour la synthèse des acides gras, du cholestérol, des hormones stéroïdes, des corps acétoniques, etc.

· Catabolique - dans ce cycle, les produits de dégradation du glucose, des acides gras et des acides aminés cétogènes terminent leur voyage - tous sont convertis en acétyl-CoA ; acide glutamique - en acide α-cétoglutarique ; aspartique - en oxaloacétate, etc.

· En fait, l'énergie - l'une des réactions du cycle (décomposition du succinyl-CoA) est une réaction de phosphorylation du substrat. Au cours de cette réaction, une molécule de GTP se forme (la réaction de rephosphorylation conduit à la formation d'ATP).

· Donateur d'hydrogène - avec la participation de trois déshydrogénases NAD + -dépendantes (isocitrate, α-cétoglutarate et malate déshydrogénases) et de la succinate déshydrogénase FAD-dépendante, 3 NADH?H + et 1 FADH 2 sont formés. Ces coenzymes réduites sont des donneurs d'hydrogène pour la chaîne respiratoire mitochondriale ; l'énergie du transfert d'hydrogène est utilisée pour la synthèse de l'ATP.

· Anaplérotique - reconstitution. Des quantités importantes de substrats du cycle de Krebs sont utilisées pour la synthèse de divers composés et quittent le cycle. L'une des réactions qui compensent ces pertes est la réaction catalysée par la pyruvate carboxylase.

La vitesse de réaction du cycle de Krebs est déterminée par les besoins énergétiques de la cellule

La vitesse des réactions du cycle de Krebs est en corrélation avec l'intensité du processus de respiration tissulaire et la phosphorylation oxydative associée - contrôle respiratoire. Tous les métabolites qui reflètent un apport énergétique suffisant à la cellule sont des inhibiteurs du cycle de Krebs. Une augmentation du rapport ATP/ADP est un indicateur d’un apport énergétique suffisant à la cellule et réduit l’activité du cycle. Une augmentation du rapport NAD + / NADH, FAD / FADH 2 indique un déficit énergétique et est un signal d'accélération des processus d'oxydation dans le cycle de Krebs.

L'action principale des régulateurs vise l'activité de trois enzymes clés: citrate synthase, isocitrate déshydrogénase et a-cétoglutarate déshydrogénase. Les inhibiteurs allostériques de la citrate synthase sont l'ATP et les acides gras. Dans certaines cellules, le citrate et le NADH jouent le rôle de ses inhibiteurs. L'isocitrate déshydrogénase est activée de manière allostérique par l'ADP et inhibée par l'augmentation des niveaux de NADH+H +.

Riz. 5.15. Cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de Krebs)

Ce dernier est également un inhibiteur de l'a-cétoglutarate déshydrogénase dont l'activité diminue également avec l'augmentation du taux de succinyl-CoA.

L'activité du cycle de Krebs dépend en grande partie de l'apport de substrats. La « fuite » constante de substrats du cycle (par exemple, lors d'un empoisonnement à l'ammoniac) peut provoquer des perturbations importantes dans l'approvisionnement énergétique des cellules.

La voie du pentose phosphate d’oxydation du glucose sert à la synthèse réductrice dans la cellule.

Comme son nom l’indique, cette voie produit des pentoses phosphates, indispensables à la cellule. La formation des pentoses s'accompagnant de l'oxydation et de l'élimination du premier atome de carbone du glucose, cette voie est également appelée apotomique (sommet- haut).

La voie du pentose phosphate peut être divisée en deux parties : oxydative et non oxydante. Dans la partie oxydative, qui comprend trois réactions, se forment du NADPH?H + et du ribulose-5-phosphate. Dans la partie non oxydante, le ribulose 5-phosphate est converti en divers monosaccharides à 3, 4, 5, 6, 7 et 8 atomes de carbone ; les produits finaux sont le fructose 6-phosphate et le 3-PHA.

· Partie oxydative . Première réaction-déshydrogénation du glucose-6-phosphate par la glucose-6-phosphate déshydrogénase avec formation d'acide δ-lactone 6-phosphogluconique et de NADPH?H+ (NADP+ - coenzyme glucose-6-phosphate déshydrogénase).

Deuxième réaction- hydrolyse de la 6-phosphogluconolactone par la gluconolactone hydrolase. Le produit de la réaction est le 6-phosphogluconate.

Troisième réaction- déshydrogénation et décarboxylation de la 6-phosphogluconolactone par l'enzyme 6-phosphogluconate déshydrogénase dont le coenzyme est le NADP+. Au cours de la réaction, la coenzyme est restaurée et le glucose C-1 est clivé pour former du ribulose-5-phosphate.

· Partie non oxydante . Contrairement à la première, oxydative, toutes les réactions de cette partie de la voie des pentoses phosphates sont réversibles (Fig. 5.16)

Figure 5.16. Partie oxydative de la voie des pentoses phosphates (variante F)

Le ribulose 5-phosphate peut s'isomériser (enzyme - cétoisomérase ) en ribose-5-phosphate et épimérise (enzyme - épimérase ) en xylulose-5-phosphate. Viennent ensuite deux types de réactions : la transcétolase et la transaldolase.

Transcétolase(coenzyme - pyrophosphate de thiamine) sépare un fragment de deux carbones et le transfère à d'autres sucres (voir schéma). Transaldolase transporte des fragments à trois carbones.

Le ribose 5-phosphate et le xylulose 5-phosphate réagissent en premier. Il s'agit d'une réaction transcétolase : le fragment 2C est transféré du xylulose-5-phosphate au ribose-5-phosphate.

Les deux composés résultants réagissent ensuite l'un avec l'autre dans une réaction transaldolase ; dans ce cas, à la suite du transfert du fragment 3C du sédoheptulose-7-phosphate au 3-PHA, il se forme de l'érythrose-4-phosphate et du fructose-6-phosphate. Il s'agit de la variante F de la voie du pentose phosphate. . C'est caractéristique du tissu adipeux.

Cependant, les réactions peuvent également emprunter un chemin différent (Fig. 5.17), que l'on appelle la variante L. Cela se produit dans le foie et d’autres organes. Dans ce cas, de l'octulose-1,8-diphosphate est formé lors de la réaction transaldolase.

Figure 5.17. Voie du pentose phosphate (apotomique) du métabolisme du glucose (octulose ou variante L)

L'érythrose 4-phosphate et le fructose 6-phosphate peuvent entrer dans une réaction transcétolase, entraînant la formation de fructose 6-phosphate et de 3-PHA.

L’équation générale des parties oxydantes et non oxydantes de la voie des pentoses phosphates peut être représentée comme suit :

Glucose-6-P + 7H 2 O + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH?H + + Fn.

CYCLE DES ACIDES TRICARBOXYLIQUES (CYCLE DE KREBS)

La glycolyse convertit le glucose en pyruvate et produit deux molécules d'ATP à partir d'une molécule de glucose, soit une petite fraction de l'énergie potentielle de cette molécule.

Dans des conditions aérobies, le pyruvate est converti de la glycolyse en acétyl-CoA et oxydé en CO2 dans le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de l'acide citrique). Dans ce cas, les électrons libérés dans les réactions de ce cycle passent NADH et FADH 2 à 0 2 - l'accepteur final. Le transport d'électrons est associé à la création d'un gradient de protons dans la membrane mitochondriale, dont l'énergie est ensuite utilisée pour la synthèse d'ATP grâce à la phosphorylation oxydative. Considérons ces réactions.

Dans des conditions aérobies, l'acide pyruvique (1ère étape) subit une décarboxylation oxydative, plus efficace que la transformation en acide lactique, avec formation d'acétyl-CoA (2ème étape), qui peut être oxydée en produits finaux de dégradation du glucose - CO 2 et H. 2 0 (3ème étape). G. Krebs (1900-1981), biochimiste allemand, ayant étudié l'oxydation d'acides organiques individuels, a combiné leurs réactions en un seul cycle. Par conséquent, le cycle de l’acide tricarboxylique est souvent appelé cycle de Krebs en son honneur.

Oxydation acide pyruvique l'acétyl-CoA se produit dans les mitochondries avec la participation de trois enzymes (pyruvate déshydrogénase, lipoamide déshydrogénase, lipoyl acétyltransférase) et de cinq coenzymes (NAD, FAD, thiamine pyrophosphate, amide d'acide lipoïque, coenzyme A). Ces quatre coenzymes contiennent des vitamines B (B x, B 2, B 3, B 5), ce qui indique la nécessité de ces vitamines pour l'oxydation normale des glucides. Sous l'influence de ce système enzymatique complexe, le pyruvate est converti en décarboxylation oxydative. forme active acide acétique - acétylcoenzyme A :

Dans des conditions physiologiques, la pyruvate déshydrogénase est une enzyme exclusivement irréversible, ce qui explique l'impossibilité de transformer les acides gras en glucides.

La présence d'une liaison à haute énergie dans la molécule d'acétyl-CoA indique la grande réactivité de ce composé. En particulier, l'acétyl-CoA peut agir dans les mitochondries pour générer de l'énergie ; dans le foie, l'excès d'acétyl-CoA est utilisé pour la synthèse des corps cétoniques ; dans le cytosol, il participe à la synthèse de molécules complexes telles que les stéroïdes et les acides gras.

L'acétyl-CoA obtenu lors de la réaction de décarboxylation oxydative de l'acide pyruvique entre dans le cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de Krebs). Le cycle de Krebs, la voie catabolique finale pour l’oxydation des glucides, des graisses et des acides aminés, est essentiellement un « chaudron métabolique ». Les réactions du cycle de Krebs, qui se produisent exclusivement dans les mitochondries, sont également appelées cycle de l'acide citrique ou cycle de l'acide tricarboxylique (cycle TCA).

L'une des fonctions les plus importantes du cycle de l'acide tricarboxylique est la génération de coenzymes réduites (3 molécules de NADH + H + et 1 molécule de FADH 2), suivie du transfert d'atomes d'hydrogène ou de leurs électrons vers l'accepteur final - l'oxygène moléculaire. Ce transport s'accompagne d'une forte diminution de l'énergie libre, dont une partie est utilisée dans le processus de phosphorylation oxydative pour être stockée sous forme d'ATP. Il est clair que le cycle de l’acide tricarboxylique est aérobie et dépendant de l’oxygène.

1. La réaction initiale du cycle de l'acide tricarboxylique est la condensation de l'acétyl-CoA et de l'acide oxaloacétique avec la participation de l'enzyme matricielle mitochondriale citrate synthase pour former de l'acide citrique.

2. Sous l'influence de l'enzyme aconitase, qui catalyse l'élimination d'une molécule d'eau du citrate, ce dernier se transforme

à l'acide cis-aconitique. L'eau se combine avec l'acide cis-aconitique pour se transformer en acide isocitrique.

3. L'enzyme isocitrate déshydrogénase catalyse alors la première réaction déshydrogénase du cycle de l'acide citrique, lorsque l'acide isocitrique est converti par décarboxylation oxydative en acide α-cétoglutarique :

Dans cette réaction, la première molécule de CO 2 et la première molécule du cycle NADH 4-H + se forment.

4. La conversion ultérieure de l'acide α-cétoglutarique en succinyl-CoA est catalysée par le complexe multienzymatique de l'α-cétoglutarique déshydrogénase. Cette réaction est chimiquement analogue à la réaction de la pyruvate déshydrogénase. Il s'agit de l'acide lipoïque, du pyrophosphate de thiamine, du HS-KoA, du NAD+, du FAD.

À la suite de cette réaction, une molécule NADH + H + et CO 2 se forme à nouveau.

5. La molécule succinyl-CoA possède une liaison à haute énergie dont l'énergie est stockée lors de la réaction suivante sous forme de GTP. Sous l'influence de l'enzyme succinyl-CoA synthétase, la succinyl-CoA est transformée en acide succinique libre. A noter que l'acide succinique peut également être obtenu à partir du méthylmalonyl-CoA par oxydation d'acides gras comportant un nombre impair d'atomes de carbone.

Cette réaction est un exemple de phosphorylation du substrat, puisque la molécule GTP à haute énergie est formée dans ce cas sans la participation de la chaîne de transport d'électrons et d'oxygène.

6. L'acide succinique est oxydé en acide fumarique dans la réaction de succinate déshydrogénase. La succinate déshydrogénase, une enzyme typique contenant du fer et du soufre, dont le coenzyme est FAD. La succinate déshydrogénase est la seule enzyme ancrée à la membrane mitochondriale interne, tandis que toutes les autres enzymes du cycle sont situées dans la matrice mitochondriale.

7. S'ensuit l'hydratation de l'acide fumarique en acide malique sous l'influence de l'enzyme fumarase dans une réaction réversible dans des conditions physiologiques :

8. La réaction finale du cycle de l'acide tricarboxylique est la réaction de la malate déshydrogénase avec la participation de l'enzyme active mitochondriale NAD~-dépendante de la malate déshydrogénase, dans laquelle se forme la troisième molécule de NADH + H + réduit :

La formation d'acide oxaloacétique (oxaloacétate) complète un tour du cycle de l'acide tricarboxylique. L'acide oxalacétique peut être utilisé dans l'oxydation d'une deuxième molécule d'acétyl-CoA, et ce cycle de réactions peut être répété plusieurs fois, conduisant constamment à la production d'acide oxaloacétique.

Ainsi, l'oxydation d'une molécule d'acétyl-CoA dans le cycle TCA comme substrat du cycle conduit à la production d'une molécule de GTP, de trois molécules de NADP + H + et d'une molécule de FADH 2. Oxydation de ces agents réducteurs dans la chaîne d'oxydation biologique

la lénition conduit à la synthèse de 12 molécules d’ATP. Ce calcul ressort clairement du sujet « Oxydation biologique" : l'inclusion d'une molécule NAD+ dans le système de transport d'électrons s'accompagne in fine de la formation de 3 molécules d'ATP, l'inclusion d'une molécule FADH 2 assure la formation de 2 molécules d'ATP et une molécule de GTP équivaut à 1 molécule d'ATP.

Notez que deux atomes de carbone de l'adétyl-CoA entrent dans le cycle de l'acide tricarboxylique et que deux atomes de carbone quittent le cycle sous forme de CO 2 dans les réactions de décarboxylation catalysées par l'isocitrate déshydrogénase et l'alpha-cétoglutarate déshydrogénase.

Avec l'oxydation complète d'une molécule de glucose dans des conditions aérobies en C0 2 et H 2 0, la formation d'énergie sous forme d'ATP est :

4 molécules d'ATP lors de la conversion d'une molécule de glucose en 2 molécules d'acide pyruvique (glycolyse) ;
6 molécules d'ATP formées lors de la réaction de la 3-phosphoglycéraldéhyde déshydrogénase (glycolyse) ;
30 molécules d'ATP formées lors de l'oxydation de deux molécules d'acide pyruvique dans la réaction de pyruvate déshydrogénase et lors des transformations ultérieures de deux molécules d'acétyl-CoA en CO 2 et H 2 0 dans le cycle de l'acide tricarboxylique. Par conséquent, l’énergie totale produite par l’oxydation complète d’une molécule de glucose peut être de 40 molécules d’ATP. Cependant, il faut tenir compte du fait que lors de l'oxydation du glucose, deux molécules d'ATP sont consommées au stade de la transformation du glucose en glucose-6-phosphate et au stade de la transformation du fructose-6-phosphate en fructose-1,6-. diphosphate. Par conséquent, la production d’énergie « nette » provenant de l’oxydation d’une molécule de glucose est de 38 molécules d’ATP.

Vous pouvez comparer l’énergie de la glycolyse anaérobie et du catabolisme aérobie du glucose. Sur les 688 kcal d'énergie contenues théoriquement dans 1 gramme de molécule de glucose (180 g), 20 kcal se retrouvent dans deux Molécules d'ATP, formé lors des réactions de glycolyse anaérobie, et 628 kcal restent théoriquement sous forme d'acide lactique.

Dans des conditions aérobies, à partir de 688 kcal d'une molécule-gramme de glucose dans 38 molécules d'ATP, on obtient 380 kcal. Ainsi, l’efficacité de l’utilisation du glucose dans des conditions aérobies est environ 19 fois supérieure à celle de la glycolyse anaérobie.

Il est à noter que toutes les réactions d'oxydation (oxydation du triose phosphate, de l'acide pyruvique, quatre réactions d'oxydation du cycle de l'acide tricarboxylique) entrent en compétition dans Synthèse d'ATP de ADP et F neor (effet Pasteur). Cela signifie que la molécule résultante NADH + H + dans les réactions d'oxydation a le choix entre les réactions du système respiratoire, transférant l'hydrogène en oxygène, et l'enzyme LDH, transférant l'hydrogène en acide pyruvique.

Sur étapes préliminaires cycle de l'acide tricarboxylique, ses acides peuvent quitter le cycle pour participer à la synthèse d'autres composés cellulaires sans perturber le fonctionnement du cycle lui-même. Divers facteurs sont impliqués dans la régulation de l’activité du cycle de l’acide tricarboxylique. Parmi eux, il convient de mentionner principalement l'apport de molécules d'acétyl-CoA, l'activité du complexe pyruvate déshydrogénase, l'activité des composants de la chaîne respiratoire et la phosphorylation oxydative associée, ainsi que le taux d'acide oxaloacétique.

L'oxygène moléculaire n'est pas directement impliqué dans le cycle de l'acide tricarboxylique, mais ses réactions s'effectuent uniquement dans des conditions aérobies, puisque le NAD ~ et le FAD ne peuvent être régénérés dans les mitochondries qu'en transférant des électrons vers l'oxygène moléculaire. Il convient de souligner que la glycolyse, contrairement au cycle de l'acide tricarboxylique, est également possible dans des conditions anaérobies, puisque le NAD~ est régénéré lors de la transition de l'acide pyruvique en acide lactique.

En plus Formation d'ATP, le cycle de l'acide tricarboxylique a une autre signification importante : le cycle fournit des structures intermédiaires pour diverses biosynthèses de l'organisme. Par exemple, la plupart des atomes de porphyrines proviennent du succinyl-CoA, de nombreux acides aminés sont des dérivés des acides α-cétoglutarique et oxaloacétique, et l'acide fumarique est présent dans le processus de synthèse de l'urée. Cela démontre l’intégrité du cycle de l’acide tricarboxylique dans le métabolisme des glucides, des graisses et des protéines.

Comme le montrent les réactions de glycolyse, la capacité de la plupart des cellules à générer de l’énergie réside dans leurs mitochondries. Le nombre de mitochondries dans divers tissus est associé aux fonctions physiologiques des tissus et reflète leur capacité à participer à des conditions aérobies. Par exemple, les globules rouges ne possèdent pas de mitochondries et n’ont donc pas la capacité de générer de l’énergie en utilisant l’oxygène comme accepteur final d’électrons. Cependant, dans le muscle cardiaque fonctionnant dans des conditions aérobies, la moitié du volume du cytoplasme cellulaire est représenté par les mitochondries. Le foie dépend également des conditions aérobies pour ses diverses fonctions, et les hépatocytes des mammifères contiennent jusqu'à 2 000 mitochondries par cellule.

Les mitochondries comprennent deux membranes : externe et interne. La membrane externe est plus simple, composée de 50 % de graisses et de 50 % de protéines, et a relativement peu de fonctions. La membrane interne est structurellement et fonctionnellement plus complexe. Environ 80 % de son volume est constitué de protéines. Il contient la plupart des enzymes impliquées dans le transport des électrons et la phosphorylation oxydative, des intermédiaires métaboliques et des nucléotides adénine entre le cytosol et la matrice mitochondriale.

Divers nucléotides impliqués dans les réactions redox, tels que NAD+, NADH, NADP+, FAD et FADH 2, ne pénètrent pas dans la membrane mitochondriale interne. L'acétyl-CoA ne peut pas passer du compartiment mitochondrial au cytosol, où il est nécessaire à la synthèse des acides gras ou des stérols. Par conséquent, l’acétyl-CoA intramitochondrial est converti en réaction de citrate synthase du cycle de l’acide tricarboxylique et pénètre dans le cytosol sous cette forme.

L'acétyl-SCoA formé dans la réaction PVK déshydrogénase entre ensuite cycle de l'acide tricarboxylique(cycle TCA, cycle de l'acide citrique, cycle de Krebs). En plus du pyruvate, les acides cétoniques issus du catabolisme interviennent dans le cycle acides aminés ou toute autre substance.

Cycle de l'acide tricarboxylique

Le cycle se déroule dans matrice mitochondriale et représente oxydation molécules acétyl-SCoA dans huit réactions consécutives.

En conséquence, après huit réactions du cycle encore de l'oxaloacétate se forme .

Fonctions du TsTK

1. Énergie

génération atomes d'hydrogène pour le fonctionnement de la chaîne respiratoire, à savoir trois molécules de NADH et une molécule de FADH2,
synthèse d'une seule molécule GTF(équivalent à l'ATP).

2. Anabolisant. Dans le TCC sont formés

précurseur de l'hème succinyl-SCoA,
acides céto qui peuvent être convertis en acides aminés - α-cétoglutarate pour l'acide glutamique, oxaloacétate pour l'acide aspartique,
acide citronné, utilisé pour la synthèse des acides gras,
oxaloacétate, utilisé pour la synthèse du glucose.

Réactions anabolisantes du cycle TCA

Régulation du cycle de l'acide tricarboxylique

Régulation allostérique

Les enzymes catalysant les 1ère, 3ème et 4ème réactions du cycle TCA sont sensibles à régulation allostérique métabolites :

Régulation de la disponibilité de l'oxaloacétate

Habituellement, la cellule a équilibre entre la formation d'acétyl-SCoA (à partir de glucose, d'acides gras ou d'acides aminés) et la quantité d'oxaloacétate. La source d'oxaloacétate est pyruvate, (formé à partir de glucose ou d'alanine), obtenu à partir de l'acide aspartiqueà la suite de la transamination ou du cycle AMP-IMP, mais aussi de acides de fruits cycle lui-même (succinique, α-cétoglutarique, malique, citrique), qui peut se former lors du catabolisme des acides aminés ou provenir d'autres processus.

Synthèse de l'oxaloacétate à partir du pyruvate

Réapprovisionnement du pool de métabolites du cycle du TCA à partir d'acides aminés

Les réactions de reconstitution du cycle avec de nouveaux métabolites (oxaloacétate, citrate, α-cétoglutarate, etc.) sont appelées anaplérotique.

Le rôle de l'oxaloacétate dans le métabolisme

Modifications du taux de réactions du cycle TCA et raisons de l'accumulation de corps cétoniques dans certaines conditions

Cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs)

Les substances bioorganiques, telles que le glucose, disposent d’une grande réserve d’énergie. Quand le glucose est oxydé par l'oxygène

L'énergie de Gibbs est libérée A.G.= -2880kJ/mol. Cette énergie peut être stockée dans la cellule sous forme d’énergie chimique provenant des liaisons phosphate de l’adénosyl triphosphate ATP. Les molécules d'ATP qui en résultent se diffusent dans diverses zones de la cellule où l'énergie est utilisée. L'ATP est un transporteur d'énergie. La cellule utilise cette énergie pour effectuer son travail. Cependant, lors de la glycolyse, seule une petite partie de l’énergie stockée dans le glucose est consommée (quelques pour cent). Sa majeure partie est transmise dans le cycle de Krebs (Fig. 9.4), associé à la respiration cellulaire.

Riz. 9.4.

JE - l'oxaloacétate, 1a acétyle*Sol, 2 - acide citrique (citrate). 3 - l'iocitrate. 4 - l'oxalosuccinate. 5 - cétoglugarate. 6 - acide succinique (succinate). 7 - fumarate. 8 - acide malique (malate)

Le cycle de Krebs, ou cycle de l'acide citrique, ou cycle de l'acide 3-carboxylique, est une série de réactions séquentielles se produisant dans les mitochondries. Au cours de ces réactions, se produit le catabolisme des groupes acétyle CH3CO- transférés du pyruvate, produit final glycolyse. Le pyruvate entre dans les réactions du cycle de Krebs, étant d'abord converti en acétyl-CoA.

Le cycle de Krebs, comme la glycolyse, est une voie métabolique composée d'étapes successives - des réactions. Contrairement à la glycolyse, cette voie est fermée et cyclique.

1. L'acétyl-CoA - un produit du catabolisme des glucides, des protéines et des lipides - entre dans le cycle en réagissant (se condensant) avec le sel de l'acide oxaloacétique (acide oxaloacétique). Cela produit un sel d'acide citrique (citrate) :

2. Le citrate s'isomérise en isocitrate. La réaction est catalysée par l'enzyme aconitase et se déroule par la formation d'aconitate suivie de sa conversion en isocitrate :

3. L'isocitrate est oxydé en a-cétoglutarate. La réaction est catalysée par l’enzyme isocitrate déshydrogénase :

4. L'a-cétoglutarate subit une décarboxylation oxydative pour former du succinyl-CoA. Catalysé par l'α-cétoglutarate déshydrogénase :

5. Le succinyl-CoA est converti en succinate. La réaction est catalysée par l'enzyme succinate-CoA ligase :

6. Le succinate est converti en fumarate. La réaction est catalysée par l'enzyme déshydrogénase :

7. Le fumarate s'hydrate au niveau de la double liaison pour former du malate (sel d'acide malique). Catalysé par la fumarate hydratase :

8. Le manat est oxydé en oxapoacétate. Catalysé par la mapate déshydrogénase :

Riz. 9.5.

A la huitième étape, le cycle se ferme et son nouveau passage commence.

Toutes les étapes du cycle de l'acide citrique se déroulent dans l'environnement interne des mitochondries - la matrice (Fig. 9.5). Toutes les enzymes de cette voie métabolique se trouvent ici.

Mitochondries (du grec « mitos » - un fil et "chondrie" - grain) a une forme allongée; longueur 1,5-2 microns, diamètre 0,5-1 microns. Les organites des cellules animales sont situées dans l'environnement liquide de la cellule - le cytoplasme (voir Fig. 6.2).

L'intérieur des mitochondries est entouré de deux membranes continues. Dans ce cas, la membrane externe est lisse et la membrane interne forme de nombreux plis, ou crêtes. L'espace intramitochondrial est limité par la membrane interne, remplie d'un milieu liquide - une matrice composée d'environ 50 % de protéines et présentant une structure très fine. La forme allongée des mitochondries n’est pas universelle. Dans certains tissus, comme les tissus striés les muscles squelettiques, les mitochondries prennent parfois les formes les plus bizarres.

Les mitochondries contiennent un grand nombre d'enzymes.

Une cellule peut contenir de plusieurs centaines à plusieurs dizaines de milliers de mitochondries. Pour un même type cellulaire, le nombre de mitochondries est plus ou moins constant. Cependant, il convient de rappeler que le nombre de mitochondries peut varier en fonction du stade de développement cellulaire et de son activité fonctionnelle, et en général de l'intensité du stress exercé sur l'organisme.

Les mitochondries sont des stations énergétiques qui produisent de l’énergie nécessaire au fonctionnement du corps. Il existe en particulier de nombreuses mitochondries dans les cellules musculaires, où de grandes quantités d'énergie sont nécessaires.

Les substances à haute énergie NADH et FADFb formées dans le cycle de Krebs (voir Fig. 9.4) transfèrent leur énergie à la réaction de resynthèse de l'ATP à partir de l'ADP :

En conséquence, pour chaque molécule de NADH, 3 molécules d’ATP sont formées. Cette réaction est redox, c'est-à-dire qu'elle s'accompagne d'un transfert d'électrons de l'agent réducteur NADH vers les agents oxydants (voir section 4.3). L'oxygène O2 agit comme un agent oxydant. Cette réaction est appelée la phosphorylation oxydative ADP en APAC.

La phosphorylation oxydative se produit dans la membrane mitochondriale interne. L'énergie est stockée dans trois sections de la chaîne respiratoire grâce à la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du P.

La réaction se produit en plusieurs étapes sur les membranes internes des mitochondries (voir Fig. 9.5), dans un système d'enzymes appelé chaîne respiratoire. Les molécules d'ADP proviennent ici du plasma cellulaire. Le processus redox correspondant est appelé respiration cellulaire. C’est là que l’oxygène que nous respirons est consommé.

Les molécules d'ATP formées dans la matrice sortent des mitochondries dans le plasma cellulaire, où elles participent à diverses réactions biochimiques qui se produisent avec la consommation d'énergie.

Ainsi, l’énergie libérée lors du transfert d’électrons par les agents réducteurs est utilisée pour la phosphorylation oxydative de l’ADP en ATP.

On suppose que l’énergie libérée par la chaîne inspiratoire est directement dépensée pour transférer la membrane interne dans un nouvel état conformationnel riche en énergie, qui à son tour devient force motrice phosphorylation oxydative conduisant à la formation d’ATP. Actuellement, l'hypothèse a reçu la justification la plus sérieuse couplage chimio-osmotique Mitchell.

Ainsi, la biosynthèse de l'ATP dans un organisme animal s'effectue à partir de l'ADP et du phosphate inorganique P, avec l'activation de ce dernier due à l'énergie d'oxydation des composés organiques au cours des processus métaboliques.

L'oxydation des composés organiques dans les systèmes vivants n'est pas toujours associée à la phosphorylation, et la phosphorylation ne doit pas nécessairement être oxydative.

Plusieurs centaines de réactions d'oxydation sont connues. Au moins une douzaine d’entre eux impliquent l’activation simultanée de phosphate inorganique. De telles réactions sont appelées réactions phosphorylation du substrat. Ici, les réactions de clivage du substrat s'accompagnent d'un transfert d'énergie directement au phosphate inorganique. En conséquence, un autre substrat phosphorylé avec une liaison à haute énergie est formé. Dans ce cas, le processus n'implique pas chaîne respiratoire les enzymes et l'énergie libérée lors du transfert d'électrons vers l'oxygène ne se transforment pas en énergie de la liaison phosphate de l'ATP.

Un exemple de phosphorylation du substrat est la réaction de conversion du succicyl-CoA en acide succinique avec formation de GTP à partir du GDP et du phosphate P dans le cycle de l'acide citrique.

Chez les plantes, la source d'énergie pour activer le phosphate inorganique et assurer la synthèse de l'ATP est l'énergie de la lumière solaire captée par l'appareil photosynthétique de la cellule. Cette phosphorylation est appelée photosynthétique.

Pour répondre à vos besoins corps humain en énergie, les molécules d'ATP sont décomposées des milliers et des milliers de fois au cours d'une journée en molécules d'ADP et de P, suivies d'une resynthèse d'ATP. De plus, le taux de resynthèse de l'ATP devrait varier considérablement - du minimum pendant le sommeil au maximum pendant les périodes de travail musculaire intense.

De ce qui précède, nous pouvons conclure que la phosphorylation oxydative n’est pas seulement un processus vital continu. Il doit être ajusté dans de larges limites, ce qui est réalisé grâce à la formation.

L'équation globale des réactions de glycolyse et du cycle de l'acide citrique s'écrit comme suit :

L'énergie standard d'oxydation de Gibbs de 1 mole de glucose CbH^Ob est égale à D G*= = -2880 kJ (voir section 5.1). L'énergie standard de Gibbs d'hydrolyse de 38 moles d'ATP (énergie stockée) est D G°"= -38*30 = -1180 kJ, soit seulement 40 % de l'énergie du glucose est stockée (efficacité respiratoire). Le reste de l’énergie est libéré du corps sous forme de chaleur Q. Ceci explique l'échauffement et l'augmentation de la température corporelle lors d'un travail intense (voir Fig. 5.2).

Le glucose sert de carburant cellulaire dans notre corps. Il est obtenu principalement soit lors de la digestion à partir des glucides, soit par synthèse à partir des graisses de réserve.