Métabolisme cellulaire : Cycle de Krebs et Respiration

Le cycle de Krebs

Le cycle de Krebs est la voie commune dans toutes les cellules aérobies pour l'oxydation complète des glucides, des lipides et des protéines. Il peut aussi être le point de départ des réactions de biosynthèse, car il contient des métabolites intermédiaires qui peuvent quitter le cytosol et agir comme précurseurs anabolisants. En ce sens, on dit que le cycle de Krebs a une nature amphibolique.

Le procédé consiste en l'oxydation totale de l'acétyl-CoA, éliminé sous forme de dioxyde de carbone. Les électrons et protons (e-/H+) obtenus lors des oxydations successives sont utilisés pour former des molécules à pouvoir réducteur et de l'énergie chimique sous forme de GTP (phosphorylation au niveau du substrat).

Déroulement du cycle

• L'acétyl-CoA se combine à l'acide oxaloacétique pour former de l'acide citrique, libérant du CoA.
• Une série de réactions produit à nouveau de l'acide oxaloacétique.
• Cette séquence inclut des décarboxylations et quatre déshydrogénations (3 avec NAD, 1 avec FAD).

La chaîne de transport électronique

La chaîne respiratoire correspond à la phase finale de la respiration. Les électrons arrachés aux molécules inhalées et stockés sur le NADH et le FADH2 passent par une série de transporteurs situés dans les crêtes mitochondriales, formant trois complexes enzymatiques.

L'arrangement de ces transporteurs permet aux électrons de sauter de l'un à l'autre, libérant l'énergie nécessaire pour former de l'ATP à partir d'ADP et de phosphate. L'accepteur final d'électrons est l'oxygène moléculaire, formant ainsi de l'eau. Note : chaque NADH génère 3 ATP et chaque FADH2 produit 2 ATP.

La fermentation

Les réactions de fermentation sont des processus anaérobies essentiels pour régénérer le NAD consommé lors de la glycolyse. Elles produisent beaucoup moins d'ATP que la respiration aérobie, car l'accepteur final d'électrons est une molécule organique simple.

• Fermentation lactique : Se produit dans de nombreux microorganismes (ex: Lactobacillus) pour obtenir de l'énergie à partir du lactose. Le pyruvate est converti en lactate.
• Fermentation alcoolique : Se produit dans les levures. Le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde, puis réduit en éthanol.

La respiration aérobie

La respiration aérobie est le processus par lequel les cellules aérobies obtiennent de l'énergie par le transfert d'e-/H+ de molécules organiques vers l'oxygène. Elle se déroule en trois étapes :

1. Oxydation du pyruvate et formation d'acétyl-CoA.
2. Cycle de Krebs (dégradation des restes acétyl, formation de CO2 et de pouvoir réducteur).
3. Transport électronique : couplage du flux d'électrons à la phosphorylation de l'ADP en ATP.

Oxydation de l'acide pyruvique

Le pyruvate est décarboxylé par la pyruvate déshydrogénase en présence de NAD et de CoA pour produire de l'acétyl-CoA. Cette réaction est inhibée par un taux élevé d'ATP. L'acétyl-CoA joue un rôle central dans le métabolisme, servant à la fois de combustible pour le cycle de Krebs et de précurseur pour diverses voies de biosynthèse.

Hypothèse chimiosmotique

L'énergie libérée par le transport des électrons est utilisée pour pomper des protons de la matrice vers l'espace intermembranaire. Ce gradient électrochimique génère une force proton-motrice. Lorsque les protons traversent la membrane interne via l'ATP synthase, cette énergie est transformée en ATP.

Catabolisme des protéines

Les protéines remplissent diverses missions énergétiques. On distingue deux voies principales d'oxydation des acides aminés :

• Transamination : Transfert du groupement aminé d'un acide aminé vers un alpha-cétoacide.
• Désamination oxydative : Rejet direct des groupes aminés sous forme de NH4+, à partir des acides alpha-céto.