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La respiration peut se faire en aérobiose ou en anaérobiose. Au cours des deux processus, une réaction appelée glycolyse se produit. Cette réaction se produit dans le cytoplasme de la cellule. La glycolyse implique la décomposition du glucose, divisé d'une molécule de 6 carbones en deux molécules de 3 carbones. Cette molécule à 3 carbones est appelée pyruvate (C3H4O3).
Fig. 1 - Cellule animale et végétale. Cytoplasme, l'endroit où se déroule la glycolyse, étiqueté.
Dans la respiration anaérobie, que tu as peut-être déjà abordée, cette molécule de pyruvate est convertie en ATP par fermentation. Le pyruvate reste dans le cytoplasme de la cellule.
Cependant, la respiration aérobie produit beaucoup plus d'ATP, de dioxyde de carbone et d'eau. Le pyruvate devra subir une série d'autres réactions pour libérer toute cette énergie. Deux de ces réactions sont la réaction de liaison et le cycle de Krebs.
La réaction de liaison est un processus qui oxyde le pyruvate pour produire un composé appelé acétyl-coenzyme A (acétyl CoA). La réaction de liaison se produit directement après la glycolyse.
Le cycle de Krebs est utilisé pour extraire l'ATP de l'acétyl-coenzyme A par une série de réactions d'oxydation-réduction. Comme le cycle de Calvin dans la photosynthèse, le cycle de Krebs est régénératif. Il produit une série de composés intermédiaires utilisés par les cellules pour créer une série de biomolécules importantes.
Le cycle de Krebs a été nommé d'après le biochimiste britannique Hans Krebs, qui a initialement découvert la séquence. Cependant, il est également appelé cycle TCA ou cycle de l'acide citrique.
Où se déroulent la réaction de liaison et le cycle de Krebs ?
La réaction de liaison et le cycle de Krebs se produisent dans les mitochondries d'une cellule. Comme tu le verras dans la figure 2 ci-dessous, les mitochondries contiennent une structure de plis à l'intérieur de leur membrane interne. Cette structure, appelée matrice mitochondriale, contient une série de composés tels que l'ADN de la mitochondrie, les ribosomes et les enzymes solubles. Après la glycolyse, qui se produit avant la réaction de liaison, les molécules de pyruvate sont transportées dans la matrice mitochondriale par transport actif (chargement actif du pyruvate nécessitant de l'ATP). Ces molécules de pyruvate subissent la réaction de liaison et le cycle de Krebs au sein de cette structure matricielle.
Fig. 2 - Schéma montrant la structure générale des mitochondries d'une cellule. Note la structure de la matrice mitochondriale.
Quelles sont les différentes étapes de la réaction de liaison ?
Après la glycolyse, le pyruvate est transporté du cytoplasme de la cellule vers les mitochondries par transport actif. Les réactions suivantes ont alors lieu :
Oxydation - le pyruvate est décarboxylé (suppression du groupe carboxyle), au cours de laquelle il perd une molécule de dioxyde de carbone. Ce processus forme une molécule à 2 carbones appelée acétate.
Déshydrogénation - le pyruvate décarboxylé perd ensuite une molécule d'hydrogène acceptée par le NAD + pour produire du NADH. Ce NADH est utilisé pour produire de l'ATP au cours de la phosphorylation oxydative.
Formation de l'acétyl CoA - L'acétate se combine avec le coenzyme A pour produire l'acétyl CoA.
Globalement, l'équation de la réaction de liaison est la suivante :
Que produit la réaction de liaison ?
Globalement, pour chaque molécule de glucose décomposée au cours de la respiration aérobie, la réaction de liaison produit :
Deux molécules de dioxyde de carbone seront libérées comme produit de la respiration.
Deux molécules d'acétyl CoA et deux molécules de NADH resteront dans la matrice mitochondriale pour le cycle de Krebs.
Il est essentiel de noter qu'aucun ATP n'est produit pendant la réaction de liaison. Celui-ci est produit au cours du cycle de Krebs, dont il est question ci-dessous.
Fig. 3 - Résumé général de la réaction de liaison
Quelles sont les différentes étapes du cycle de Krebs ?
Le cycle de Krebs se produit dans la matrice mitochondriale. Il implique que l'acétyl CoA, qui vient d'être produit lors de la réaction de liaison, soit converti par une série de réactions en une molécule à 4 carbones. Cette molécule à 4 carbones se combine ensuite avec une autre molécule d'acétyl-CoA ; cette réaction est donc un cycle. Ce cycle produit du dioxyde de carbone, du NADH et de l'ATP comme sous-produits.
Il produit également du FAD réduit à partir du FAD, une molécule que tu n'as peut-être jamais rencontrée auparavant. Le FAD (Flavine Adénine Dinucléotide) est un coenzyme dont certaines enzymes ont besoin pour leur activité catalytique. Le NAD et le NADP sont également des coenzymes.
Les étapes du cycle de Krebs sont les suivantes :
Formation d'une molécule à 6 carbones: L'acétyl CoA, une molécule à 2 carbones, se combine avec l'oxaloacétate, une molécule à 4 carbones. Cela forme le citrate, une molécule à 6 carbones. Le coenzyme A est également perdu et sort de la réaction en tant que sous-produit lorsque le citrate est formé.
Formation d'une molécule à 5 carbones: Le citrate est converti en une molécule à 5 carbones appelée alpha-cétoglutarate. Le NAD + est réduit en NADH. Le dioxyde de carbone se forme comme sous-produit et sort de la réaction.
Formation d'une molécule à 4 carbones: L'alpha-cétoglutarate est reconverti en oxaloacétate, une molécule à 4 carbones, par une série de réactions différentes. Il perd un autre carbone, qui sort de la réaction sous forme de dioxyde de carbone. Au cours de ces différentes réactions, deux autres molécules de NAD + sont réduites en NADH, une molécule de FAD est convertie en FAD réduit et une molécule d'ATP est formée à partir d'ADP et de phosphate inorganique.
Régénération: L'oxaloacétate, qui a été régénéré, se combine à nouveau avec l'acétyl CoA, et le cycle se poursuit.
Fig. 4 - Schéma résumant le cycle de Krebs
Que produit le cycle de Krebs ?
Globalement, pour chaque molécule d'acétyl-CoA, le cycle du cancer produit :
Trois molécules de NADH et une molécule de FAD réduit : Ces coenzymes réduits sont vitaux pour la chaîne de transport d'électrons pendant la phosphorylation oxydative.
Une molécule d'ATP est utilisée comme source d'énergie pour alimenter les processus biochimiques vitaux de la cellule.
Deux molécules de dioxyde de carbone. Elles sont libérées en tant que sous-produits de la respiration.
Cycle de Krebs - Principaux enseignements
La réaction de liaison est un processus qui oxyde le pyruvate pour produire un composé appelé acétyl-coenzyme A (acétyl CoA). La réaction de liaison se produit directement après la glycolyse.
Globalement, l'équation de la réaction de liaison est la suivante :
Le cycle de Krebs est un processus qui existe principalement pour extraire l'ATP de l'acétyl-coenzyme A par une série de réactions d'oxydation-réduction.
Comme le cycle de Calvin dans la photosynthèse, le cycle de Krebs est régénératif. Il fournit une série de composés intermédiaires utilisés par les cellules pour créer une série de biomolécules importantes.
Dans l'ensemble, chaque cycle de Krebs produit une molécule d'ATP, deux molécules de dioxyde de carbone, une molécule de FAD et trois molécules de NADH.
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