Principes de biochimie / Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique
Citrate synthaseEdit
L’enzyme citrate synthase (E.C. 2.3.3.1) existe dans presque toutes les cellules vivantes et constitue une enzyme qui accélère la cadence dans la première étape du Cycle de l’acide citrique (ou Cycle de Krebs). La citrate synthase est localisée dans les cellules eucaryotes de la matrice mitochondriale, mais est codée par l’ADN nucléaire plutôt que par la mitochondrie. Il est synthétisé à l’aide de ribosomes cytoplasmiques, puis transporté dans la matrice mitochondriale. La citrate synthase est couramment utilisée comme marqueur enzymatique quantitatif pour la présence de mitochondries intactes.La citrate synthase catalyse la réaction de condensation du résidu d’acétate à deux carbones de l’acétyl-coenzyme A et d’une molécule d’oxaloacétate à quatre carbones pour former le citrate à six carbones.L’oxaloacétate sera régénéré après la fin d’un cycle du cycle de Krebs.
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Acide oxaloacétique
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Acide citrique
acétyl-CoA + oxaloacétate + H2O → citrate + CoA-SH
L’oxaloacétate est le premier substrat à se lier à l’enzyme. Cela induit l’enzyme à changer de conformation et crée un site de liaison pour l’acétyl-CoA. Ce n’est que lorsque ce citroyl-CoA s’est formé qu’un autre changement conformationnel provoquera une hydrolyse du thioester et libérera de la coenzyme A. Cela garantit que l’énergie libérée par le clivage de la liaison thioester entraînera la condensation.
AconitaseEdit
Aconitase (aconitate hydratase; EC 4.2.1.3) est une enzyme qui catalyse l’isomérisation stéréo-spécifique du citrate en isocitrate par l’intermédiaire du cis-aconitate dans le cycle de l’acide tricarboxylique, un processus non oxydo-actif.
Isocitrate déshydrogénaseedit
L’isocitrate déshydrogénase (EC 1.1.1.42) et (EC 1.1.1.41), également appelée IDH, est une enzyme qui participe au cycle de l’acide citrique. Il catalyse la troisième étape du cycle: la décarboxylation oxydative de l’isocitrate, produisant de l’alpha-cétoglutarate (α-cétoglutarate) et du CO2 tout en convertissant le NAD + en NADH. Il s’agit d’un processus en deux étapes, qui implique l’oxydation de l’isocitrate (un alcool secondaire) en oxalosuccinate (une cétone), suivie de la décarboxylation du groupe carboxyle bêta en cétone, formant un alpha-cétoglutarate. Une autre isoforme de l’enzyme catalyse la même réaction, mais cette réaction n’est pas liée au cycle de l’acide citrique, est réalisée dans le cytosol ainsi que dans la mitochondrie et le peroxysome et utilise le NADP + comme cofacteur au lieu du NAD +.
Dans le cycle de l’acide citrique, l’isocitrate, produit à partir de l’isomérisation du citrate, subit à la fois une oxydation et une décarboxylation. En utilisant l’enzyme Isocitrate déshydrogénase (IDH), l’isocitrate est maintenu dans son site actif par les acides aminés d’arginine, de tyrosine, d’asparagine, de sérine, de thréonine et d’acide aspartique environnants. La première boîte montre la réaction globale de l’isocitrate déshydrogénase. Les réactifs nécessaires au fonctionnement de ce mécanisme enzymatique sont l’isocitrate, le NAD+/NADP+ et le Mn2+ ou le Mg2+. Les produits de la réaction sont l’alpha-cétoglutarate, le dioxyde de carbone et le NADH + H+ / NADPH +H+. Les molécules d’eau sont utilisées pour aider à déprotoner les oxygènes (O3) de l’isocitrate.La deuxième boîte est l’étape 1, qui est l’oxydation de l’alpha-C (C #2).L’oxydation est la première étape par laquelle l’isocitrate passe. Dans ce processus, le groupe alcool du carbone alpha (C # 2) est déprotoné et les électrons s’écoulent vers l’alpha-C formant un groupe cétone et éliminant un hydrure de C # 2 en utilisant NAD + / NADP + comme cofacteur acceptant les électrons. L’oxydation de l’alpha-C permet une position où les électrons (à l’étape suivante) descendront du groupe carboxyle et pousseront les électrons (faisant remonter l’oxygène à double liaison) sur l’oxygène ou attraperont un proton voisin d’un acide aminé Lysine voisin.La troisième boîte est l’étape 2, qui est la décarboxylation de l’oxalosuccinate. Dans cette étape, le groupe carboxyle oxygène est déprotoné par un acide aminé Tyrosine voisin et ces électrons descendent vers le carbone 2. Le dioxyde de carbone quitte le carbone bêta de l’isocitrate en tant que groupe partant, les électrons s’écoulant vers l’oxygène cétonique de l’alpha-C en plaçant une charge négative sur l’oxygène de l’alpha-C et en formant une double liaison insaturée alpha-bêta entre les carbones 2 et 3. La seule paire sur l’oxygène alpha-C capte un proton d’un acide aminé lysine voisin.La quatrième boîte est l’étape 3, qui est la saturation de la double liaison insaturée alpha-bêta entre les carbones 2 et 3. Dans cette étape de la réaction, la Lysine déprotonate l’oxygène du carbone alpha et la seule paire d’électrons sur l’oxygène du carbone alpha descend en reformant la double liaison cétonique et en repoussant la paire unique (formant la double liaison entre le carbone alpha et le carbone bêta), captant un proton de l’acide aminé Tyrosine voisin. Cette réaction entraîne la formation d’alpha-cétoglutarate, de NADH + H + / NADPH + H+ et de CO2.
α-cétoglutarate déshydrogénaseedit
Le complexe oxoglutarate déshydrogénase (OGDC) ou complexe α-cétoglutarate déshydrogénase est un complexe enzymatique, le plus communément connu pour son rôle dans le cycle de l’acide citrique.La réaction catalysée par cette enzyme dans le cycle de l’acide citrique est:
α-cétoglutarate + NAD + + CoA → Succinyl CoA + CO2 + NADH
Cette réaction se déroule en trois étapes: décarboxylation de l’α-cétoglutarate, réduction de NAD + en NADH, puis transfert en CoA, qui forme le produit final, le succinyl CoA.ΔG°’ pour cette réaction est de -7,2 kcal mol-1. L’énergie nécessaire à cette oxydation est conservée dans la formation d’une liaison thioester du succinyl CoA.
Succinyl coenzyme A synthétaseEdit
La succinyl coenzyme A synthétase (succinate thiokinase) catalyse la formation de succinate et de coenzyme-A, un métabolite à 4 carbones, à partir de la succinyl-CoA.La succinyl-COA synthétase catalyse une étape réversible du cycle de l’acide citrique, qui implique la phosphorylation du PIB au niveau du substrat.
La succinate déshydrogénaseedit
La succinate déshydrogénase ou succinate-coenzyme Q réductase (SQR) ou Complexe II est un complexe enzymatique lié à la membrane mitochondriale interne des mitochondries de mammifères et de nombreuses cellules bactériennes. C’est la seule enzyme qui participe à la fois au cycle de l’acide citrique et à la chaîne de transport des électrons.
À l’étape 8 du cycle de l’acide citrique, SQR catalyse l’oxydation du succinate en fumarate avec la réduction de l’ubiquinone en ubiquinol. Cela se produit dans la membrane mitochondriale interne en couplant les deux réactions ensemble.
FumaraseEdit
La fumarase (ou fumarate hydratase) est une enzyme qui catalyse l’hydratation / déshydratation réversible du fumarate en S-malate. La fumarase se présente sous deux formes: mitochondriale et cytosolique. L’isoenzyme mitochondriale est impliquée dans le cycle de Krebs (également connu sous le nom de Cycle de l’acide citrique) et l’isoenzyme cytosolique est impliquée dans le métabolisme des acides aminés et du fumarate. La localisation subcellulaire est établie par la présence d’une séquence signal sur la terminaison amino sous la forme mitochondriale, tandis que la localisation subcellulaire sous la forme cytosolique est établie par l’absence de la séquence signal trouvée dans la variété mitochondriale.Cette enzyme participe à deux autres voies métaboliques : le cycle de carboxylation réductrice (fixation du CO2) et également dans le carcinome rénal.
Malate déshydrogénaseedit
Malate déshydrogénase (EC 1.1.1.37) (MDH) est une enzyme du cycle de l’acide citrique qui catalyse la conversion du malate en oxaloacétate (en utilisant NAD +) et vice versa (il s’agit d’une réaction réversible). La malate déshydrogénase ne doit pas être confondue avec l’enzyme malique, qui catalyse la conversion du malate en pyruvate, produisant du NADPH.La malate déshydrogénase est également impliquée dans la gluconéogenèse, la synthèse du glucose à partir de molécules plus petites. Le pyruvate dans les mitochondries est actionné par la pyruvate carboxylase pour former l’oxaloacétate, un intermédiaire du cycle de l’acide citrique. Afin de sortir l’oxaloacétate des mitochondries, la malate déshydrogénase le réduit en malate, puis traverse la membrane mitochondriale interne. Une fois dans le cytosol, le malate est oxydé en oxaloacétate par la malate déshydrogénase cytosolique. Enfin, la phosphoénol-pyruvate carboxy kinase (PEPCK) convertit l’oxaloacétate en phosphoénol pyruvate.
