Le cycle de Krebs, aussi appelé cycle de l'acide citrique ou TCA (Tricarboxylic Acid cycle), est un élément central du métabolisme énergétique cellulaire. Il se déroule dans la mitochondrie, un organite d'origine bactérienne occupant environ 25 % du volume cytosolique des hépatocytes et des cellules musculaires. Ce cycle ne se limite pas à la production d'énergie, mais constitue un carrefour métabolique essentiel pour le métabolisme des glucides, lipides et protéines, ainsi que pour la synthèse de molécules fondamentales comme les bases de l'ADN, les porphyrines et l'hème.

Introduction au cycle de Krebs

Le but principal du cycle de Krebs est la production d'énergie, couplée à la phosphorylation oxydative. La mitochondrie, grâce à ses crêtes internes, est le lieu où s'effectue cette production d'ATP. Le cycle permet de réguler le passage du métabolisme des glucides à celui des lipides. Par exemple, en situation de pléthore nutritionnelle (phase post-prandiale), un excès d’acétyl-CoA issu de la dégradation des sucres peut être converti en citrate, qui sort de la mitochondrie pour initier la lipogenèse. Ce phénomène illustre l’adage métabolique selon lequel « les graisses brûlent à la mèche des sucres ». Par ailleurs, les acides aminés glucoformateurs peuvent également entrer dans le cycle, soulignant son rôle dans le métabolisme protéique @docFC16-27.10-Cycle de Krebs et phosphorylation oxydative-Final (1).pdf.

Fonctionnement du cycle de Krebs

Le cycle de Krebs est composé de huit réactions anaplérotiques compensatrices qui permettent de remplir et de vider le cycle de ses intermédiaires. Ces réactions sont largement réversibles, ce qui confère au cycle une grande flexibilité métabolique. Pour un fonctionnement optimal, notamment dans les muscles où la demande énergétique est élevée, une quantité suffisante d’oxaloacétate est nécessaire pour assurer la production de NADH, coenzyme réduit indispensable à la synthèse d’ATP. En revanche, un déficit en oxaloacétate ou en autres intermédiaires (citrate, isocitrate, α-cétoglutarate, succinyl-CoA, succinate, fumarate, malate) limite fortement le débit du cycle. Dans certains tissus comme les cellules digestives, le cycle est davantage orienté vers la synthèse de composants cellulaires (membranes, ADN, protéines, ribosomes, cytochromes) que vers la production d’énergie @docFC16-27.10-Cycle de Krebs et phosphorylation oxydative-Final (1).pdf.

Principes clés du cycle

Le cycle utilise le NAD+ qui est réduit en NADH, ce dernier étant régénéré en NAD+ dans le complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette régénération est directement couplée à la production d’ATP, phénomène appelé couplage respiratoire. Le carburant du cycle est l’acétyl-CoA, un composé à deux atomes de carbone, qui se condense avec l’oxaloacétate (quatre atomes de carbone) pour former le citrate (six atomes de carbone). Au cours du cycle, deux molécules de CO2 sont libérées, couplées à la production de NADH. Le cycle produit également du FADH2, coenzyme réduit régénéré par la succinate déshydrogénase. Il est important de noter que la production directe d’ATP ou de GTP dans le cycle est minoritaire par rapport à la production des coenzymes réduits NADH et FADH2, qui alimentent la chaîne respiratoire pour la synthèse d’ATP @docFC16-27.10-Cycle de Krebs et phosphorylation oxydative-Final (1).pdf.

Deux enzymes remarquables

Deux enzymes du cycle de Krebs méritent une attention particulière :

• Succinate déshydrogénase : Cette enzyme est un élément du complexe II de la chaîne respiratoire mitochondriale. Elle catalyse la conversion du succinate en fumarate. Elle utilise le FAD comme coenzyme lié, qui est réduit en FADH2. Ce dernier transfère ses électrons au coenzyme Q (CoQ), formant CoQH2. La régénération des coenzymes dépend de la présence d’ADP dans la cellule, ce qui relie l’activité du cycle à la demande énergétique cellulaire.

• Alpha-cétoglutarate déshydrogénase : Cette enzyme est analogue à la pyruvate déshydrogénase (PDH). Elle catalyse une décarboxylation suivie d’une déshydrogénation, formant un thioester (succinyl-CoA). Elle produit également du NADH et du CO2, et transfère le substrat sur la coenzyme A. Elle nécessite les mêmes vitamines cofacteurs que la PDH (B1, B2, B3/PP, B5) @docFC16-27.10-Cycle de Krebs et phosphorylation oxydative-Final (1).pdf.

Schéma simplifié du cycle de Krebs

[Diagramme]

En conclusion, le cycle de Krebs est un pivot métabolique fondamental qui assure la production d'énergie via la génération de coenzymes réduits, tout en participant à la biosynthèse cellulaire. Son fonctionnement est finement régulé en fonction des besoins énergétiques et métaboliques de la cellule, illustrant ainsi la complexité et l'efficacité du métabolisme mitochondrial @docFC16-27.10-Cycle de Krebs et phosphorylation oxydative-Final (1).pdf.