Contenu
- Glycolyse: préparer le terrain
- Le cycle de Krebs: Résumé de la capsule
- Plonger plus profondément dans les réactions du cycle de Krebs
- Un mnémonique pour les étudiants
Le cycle de Krebs, du nom du physiologiste Hans Krebs, lauréat du prix Nobel de 1953, est une série de réactions métaboliques qui se produisent dans les mitochondries des cellules eucaryotes. Plus simplement, cela signifie que les bactéries n’ont pas la machinerie cellulaire nécessaire au cycle de Krebs, elle est donc limitée aux plantes, aux animaux et aux champignons.
Le glucose est la molécule qui est finalement métabolisée par les êtres vivants pour en tirer de l’énergie, sous forme d’adénosine triphosphate, ou ATP. Le glucose peut être stocké dans le corps sous de nombreuses formes; Le glycogène est un peu plus qu'une longue chaîne de molécules de glucose qui est stockée dans les cellules musculaires et hépatiques, tandis que les glucides alimentaires, les protéines et les lipides ont des composants qui peuvent également être métabolisés en glucose. Lorsqu'une molécule de glucose pénètre dans une cellule, elle se décompose dans le cytoplasme en pyruvate.
Ce qui se passera ensuite dépend du point de savoir si le pyruvate entre dans la voie de la respiration aérobie (résultat habituel) ou dans la voie de fermentation du lactate (utilisé lors d'exercices de haute intensité ou de privation d'oxygène) avant de permettre finalement la production d'ATP et la libération de dioxyde de carbone CO2) et de l'eau (H2O) comme sous-produits.
Le cycle de Krebs, également appelé cycle de l'acide citrique ou cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), constitue la première étape de la voie aérobie. voyez, ce ne sont pas vraiment les cycles "mission". Le cycle de Krebs offre également d’autres avantages. Etant donné qu’il comprend environ huit réactions (et, par conséquent, neuf enzymes) impliquant neuf molécules distinctes, il est utile de développer des outils permettant de garder à l’esprit les points importants du cycle.
Glycolyse: préparer le terrain
Le glucose est un sucre à six carbones (hexose) qui, dans la nature, se présente généralement sous la forme d’un anneau. Comme tous les monosaccharides (sucres monomères), il se compose de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans un rapport de 1-2-1, avec une formule de C6H12O6. Il est l’un des produits finaux du métabolisme des protéines, des glucides et des acides gras et sert de carburant à tous les types d’organismes, depuis les bactéries unicellulaires jusqu’à l’être humain et aux animaux plus grands.
La glycolyse est anaérobie au sens strict de "sans oxygène". C'est-à-dire que les réactions se poursuivent si O2 est présent dans les cellules ou non. Faites attention à le distinguer de "l'oxygène ne doit pas être présente ", bien que ce soit le cas de certaines bactéries réellement tuées par l’oxygène et appelées anaérobies obligatoires.
Dans les réactions de glycolyse, le glucose à six carbones est initialement phosphorylé, c'est-à-dire qu’il est accompagné d’un groupe phosphate. La molécule résultante est une forme phosphorylée de fructose (sucre de fruit). Cette molécule est ensuite phosphorylée une seconde fois. Chacune de ces phosphorylations nécessite une molécule d'ATP, toutes deux converties en adénosine diphosphate, ou ADP. La molécule à six carbones est ensuite convertie en deux molécules à trois carbones, qui sont rapidement converties en pyruvate. En cours de route, dans le traitement des deux molécules, 4 ATP sont produits à l'aide de deux molécules de NAD + (nicotinamide adénine dinucléotide) qui sont converties en deux molécules de NADH. Ainsi, pour chaque molécule de glucose qui entre dans la glycolyse, un réseau de deux ATP, deux pyruvate et deux NADH est produit, tandis que deux NAD + sont consommés.
Le cycle de Krebs: Résumé de la capsule
Comme indiqué précédemment, le devenir du pyruvate dépend des demandes métaboliques et de l'environnement de l'organisme en question. Chez les procaryotes, la glycolyse et la fermentation couvrent la quasi-totalité des besoins énergétiques des cellules individuelles, bien que certains de ces organismes aient évolué. chaînes de transport d'électrons qui leur permettent d'utiliser l'oxygène pour libérer l'ATP des métabolites (produits) de la glycolyse. Chez les procaryotes ainsi que chez tous les eucaryotes sauf la levure, s'il n'y a pas d'oxygène disponible ou si les besoins énergétiques des cellules ne peuvent pas être entièrement satisfaits par la respiration aérobie, le pyruvate est transformé en acide lactique par fermentation sous l'influence de l'enzyme lactate déshydrogénase ou LDH .
Le pyruvate destiné au cycle de Krebs se déplace du cytoplasme à travers la membrane des organites cellulaires (composants fonctionnels du cytoplasme) appelé mitochondries. Une fois dans la matrice mitochondriale, qui est une sorte de cytoplasme pour les mitochondries elles-mêmes, il est converti sous l'influence de l'enzyme pyruvate déshydrogénase en un composé à trois carbones différent appelé acétyl coenzyme A ou acétyl-CoA. De nombreuses enzymes peuvent être sélectionnées dans une gamme de produits chimiques en raison du suffixe "-ase" qu'elles partagent.
À ce stade, vous devriez vous servir d’un diagramme détaillant le cycle de Krebs, car c’est le seul moyen de suivre de manière significative; voir les ressources pour un exemple.
La raison pour laquelle le cycle de Krebs est nommé en tant que tel est que l'un de ses principaux produits, l'oxaloacétate, est également un réactif. En d’autres termes, lorsque l’acétyl-CoA à deux carbones créé à partir du pyruvate entre dans le cycle «en amont», il réagit avec l’oxaloacétate, une molécule à quatre carbones, et forme le citrate, une molécule à six carbones. Le citrate, une molécule symétrique, comprend trois groupes carboxyle, qui ont la forme (-COOH) sous leur forme protonée et (-COO-) sous leur forme non protonée. C'est ce trio de groupes carboxyle qui donne le nom "acide tricarboxylique" à ce cycle. La synthèse est entraînée par l'addition d'une molécule d'eau, ce qui en fait une réaction de condensation, ainsi que par la perte de la partie coenzyme A de l'acétyl-CoA.
Le citrate est ensuite réorganisé en une molécule avec les mêmes atomes dans un arrangement différent, appelé à juste titre isocitrate. Cette molécule dégage alors un CO2 devenir l'α-cétoglutarate à cinq carbones et la même chose se produit à l'étape suivante, l'α-cétoglutarate perd de son CO2 en retrouvant une coenzyme A pour devenir succinyl CoA. Cette molécule à quatre carbones devient succinate avec la perte de CoA et est ensuite réorganisée en une procession d’acides déprotonés à quatre carbones: fumarate, malate et enfin oxaloacétate.
Les molécules centrales du cycle de Krebs sont donc, dans l'ordre,
Cela omet les noms des enzymes et un certain nombre de co-réactifs critiques, parmi lesquels NAD + / NADH, la paire de molécules similaire FAD / FADH.2 (flavine adénine dinucléotide) et CO2.
Notez que la quantité de carbone au même point dans n'importe quel cycle reste la même. L’oxaloacétate capte deux atomes de carbone lorsqu’il se combine avec l’acétyl-CoA, mais ces deux atomes sont perdus dans la première moitié du cycle de Krebs sous forme de CO.2 dans des réactions successives dans lesquelles NAD + est également réduit en NADH. (En chimie, pour simplifier un peu, les réactions de réduction ajoutent des protons tandis que les réactions d’oxydation les éliminent.) En regardant le processus dans son ensemble, et en examinant seulement ces réactifs et produits à deux, quatre, cinq et six carbones, il n’est comprendre immédiatement pourquoi les cellules s’engagent dans une sorte de grande roue biochimique, différents coureurs de la même population étant chargés au volant mais ne changeant rien à la fin de la journée, à l’exception de nombreux tours de roue.
Le but du cycle de Krebs est plus évident quand on regarde ce qui arrive aux ions hydrogène dans ces réactions. À trois points différents, un NAD + collecte un proton et à un point différent, FAD collecte deux protons. Pensez aux protons - en raison de leur effet sur les charges positives et négatives - comme des paires d'électrons. Sur cette vue, le point du cycle est l’accumulation de paires d’électrons de haute énergie à partir de petites molécules de carbone.
Plonger plus profondément dans les réactions du cycle de Krebs
Vous remarquerez peut-être que le cycle de Krebs ne contient pas deux molécules critiques supposées être présentes dans la respiration aérobie: Oxygen (O2) et l’ATP, forme d’énergie directement utilisée par les cellules et les tissus pour effectuer des travaux tels que la croissance, la réparation, etc. Encore une fois, cela est dû au fait que le cycle de Krebs est un outil de définition des réactions en chaîne du transport d'électrons qui se produisent à proximité, dans la membrane mitochondriale plutôt que dans la matrice mitochondriale. Les électrons récoltés par les nucléotides (NAD + et FAD) dans le cycle sont utilisés "en aval" lorsqu'ils sont acceptés par des atomes d'oxygène dans la chaîne de transport. Le cycle de Krebs enlève en effet des matériaux de valeur dans une bande transporteuse circulaire apparemment banale et les exporte vers un centre de traitement à proximité où la véritable équipe de production est à l'œuvre.
Notez également que les réactions apparemment inutiles dans le cycle de Krebs (après tout, pourquoi suivre huit étapes pour accomplir ce qui pourrait être fait en trois ou quatre peut-être?) Génèrent des molécules qui, bien que intermédiaires dans le cycle de Krebs, puissent servir de réactifs dans des réactions sans rapport .
Pour référence, NAD accepte un proton aux étapes 3, 4 et 8, et aux deux premiers de ces CO2 est versé; une molécule de guanosine triphosphate (GTP) est produite à partir de GDP à l’étape 5; et FAD accepte deux protons à l'étape 6. À l'étape 1, CoA "quitte", mais "revient" à l'étape 4. En fait, seule l'étape 2, le réarrangement du citrate en isocitrate, est "silencieuse" à l'extérieur des molécules de carbone dans la réaction.
Un mnémonique pour les étudiants
En raison de l’importance du cycle de Krebs dans la biochimie et la physiologie humaine, étudiants, professeurs et autres ont proposé un certain nombre de mnémoniques, ou méthodes pour mémoriser des noms, afin de vous aider à vous souvenir des étapes et des réactifs du cycle de Krebs. Si l'on souhaite seulement se souvenir des réactifs, intermédiaires et produits carbonés, il est possible de travailler à partir des premières lettres des composés successifs tels qu'ils apparaissent (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; ici, remarquez que "coenzyme A" est représenté par un petit "c"). Vous pouvez créer une phrase personnalisée à partir de ces lettres, les premières lettres des molécules servant de premières lettres aux mots de la phrase.
Une méthode plus sophistiquée consiste à utiliser une mnémonique qui vous permet de garder une trace du nombre d'atomes de carbone à chaque étape, ce qui peut vous permettre de mieux internaliser ce qui se passe d'un point de vue biochimique à tout moment. Par exemple, si vous laissez un mot de six lettres représenter l'oxaloacétate à six carbones et, partant, pour des mots et des molécules plus petits, vous pouvez générer un schéma à la fois utile en tant que dispositif de mémoire et riche en informations. Un contributeur du "Journal of Chemical Education" a proposé l'idée suivante:
Ici, vous voyez un mot de six lettres formé d'un mot de deux lettres (ou groupe) et d'un mot de quatre lettres. Chacune des trois étapes suivantes inclut une substitution de lettre unique sans perte de lettres (ou "carbone"). Les deux étapes suivantes impliquent chacune la perte d'une lettre (ou encore "carbone"). Le reste du schéma préserve l'exigence de mot de quatre lettres de la même manière que les dernières étapes du cycle de Krebs incluent différentes molécules étroitement liées, à quatre carbones.
En dehors de ces dispositifs spécifiques, il peut être bénéfique de dessiner soi-même une cellule complète ou une partie d'une cellule entourant une mitochondrie et d'esquisser les réactions de la glycolyse avec autant de détails que vous le souhaitez dans la partie cytoplasme et le cycle de Krebs dans la mitochondrie. partie de la matrice. Dans ce croquis, vous montriez que du pyruvate avait été transporté à l’intérieur des mitochondries, mais vous pouviez aussi dessiner une flèche menant à la fermentation, qui se produit également dans le cytoplasme.