Place dans la respiration cellulaire
La respiration cellulaire se déroule en 3 étapes successives :
- Glycolyse (cytoplasme) : glucose → 2 pyruvates + 2 ATP + 2 NADH
- Cycle de Krebs (matrice mitochondriale) : pyruvate → CO₂ + NADH + FADH₂ + ATP
- Chaîne respiratoire + phosphorylation oxydative (membrane interne) : NADH/FADH₂ + O₂ → H₂O + ~34 ATP
Localisation précise
Dans la matrice mitochondriale (espace interne de la mitochondrie délimité par la membrane interne).
Les enzymes du cycle sont toutes solubles dans la matrice, sauf la succinate déshydrogénase qui est ancrée dans la membrane interne (c'est aussi le complexe II de la chaîne respiratoire).
Étape préliminaire : formation de l'acétyl-CoA
Le pyruvate issu de la glycolyse entre dans la mitochondrie et subit une décarboxylation oxydative :
Pyruvate + CoA + NAD⁺ → Acétyl-CoA + CO₂ + NADH,H⁺
Cette réaction est catalysée par la pyruvate déshydrogénase. Chaque glucose donne 2 pyruvates → 2 acétyl-CoA + 2 CO₂ + 2 NADH.
Les 8 étapes du cycle de Krebs
- Acétyl-CoA (2C) + Oxaloacétate (4C) → Citrate (6C) — citrate synthase
- Citrate → Isocitrate — aconitase (réarrangement)
- Isocitrate → α-cétoglutarate + CO₂ + NADH — isocitrate déshydrogénase
- α-cétoglutarate → Succinyl-CoA + CO₂ + NADH — α-cétoglutarate déshydrogénase
- Succinyl-CoA → Succinate + GTP (≈ ATP) — succinyl-CoA synthétase
- Succinate → Fumarate + FADH₂ — succinate déshydrogénase
- Fumarate → Malate — fumarase (hydratation)
- Malate → Oxaloacétate + NADH — malate déshydrogénase
L'oxaloacétate régénéré permet de boucler le cycle en fixant un nouvel acétyl-CoA.
Bilan énergétique détaillé
Par tour de cycle (par acétyl-CoA)
- 3 NADH + 3 H⁺
- 1 FADH₂
- 1 ATP (ou GTP)
- 2 CO₂ libérés
Par molécule de glucose (2 tours, car 2 acétyl-CoA)
- 6 NADH + 6 H⁺
- 2 FADH₂
- 2 ATP
- 4 CO₂
Bilan total de la respiration
| Étape | ATP direct | NADH | FADH₂ | CO₂ |
|---|---|---|---|---|
| Glycolyse | +2 | 2 | 0 | 0 |
| Pyruvate → Acétyl-CoA | 0 | 2 | 0 | 2 |
| Cycle de Krebs (×2) | +2 | 6 | 2 | 4 |
| Total | +4 | 10 | 2 | 6 |
Puis chaîne respiratoire : 10 NADH × 2,5 ATP + 2 FADH₂ × 1,5 ATP = 25 + 3 = 28 ATP.
Bilan global : 4 + 28 ≈ 32-38 ATP par glucose (selon les navettes de transport du NADH cytosolique).
Équation bilan à connaître par cœur
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ~38 ATP
Le glucose est totalement oxydé en CO₂. Les électrons arrachés sont transportés par NADH et FADH₂ jusqu'à l'oxygène (accepteur final) pour former de l'eau.
Questions types BAC
Q — « Expliquez le rôle du cycle de Krebs dans la libération de l'énergie »
Réponse-type : « Le cycle de Krebs oxyde l'acétyl-CoA en libérant du CO₂ et en réduisant NAD⁺ en NADH et FAD en FADH₂. Ces transporteurs d'électrons portent les électrons à haut potentiel énergétique jusqu'à la chaîne respiratoire, où ils serviront à générer le gradient de protons à l'origine de la synthèse massive d'ATP. »
Q — « Quel est le devenir du CO₂ libéré ? »
« Le CO₂ diffuse depuis la mitochondrie vers le cytoplasme, puis vers le sang, et est finalement éliminé par les poumons lors de l'expiration. »
Q — « Pourquoi dit-on que le cycle est "amphibolique" ? »
« Le cycle de Krebs a un rôle catabolique (dégradation de l'acétyl-CoA) et anabolique (ses intermédiaires — α-cétoglutarate, succinyl-CoA, oxaloacétate — servent à la synthèse d'acides aminés, de l'hème, de la porphyrine). »
Schéma à maîtriser pour le BAC
Le schéma demandé doit contenir :
- Les 4 molécules clés : acétyl-CoA, citrate, α-cétoglutarate, oxaloacétate
- Les sites de décarboxylation (libération de 2 CO₂)
- Les sites de réduction NAD⁺/FAD (3 NADH + 1 FADH₂)
- Le site de phosphorylation au niveau du substrat (1 ATP)
- Le cadre de localisation : matrice mitochondriale
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