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Dans cette vidéo, nous allons découvrir la décarboxylation oxydative et le cycle de Krebs en tant qu’étapes de la respiration cellulaire. Nous rappellerons les réactifs, les produits et les composés intermédiaires de ces réactions. Enfin, nous serons en mesure d’expliquer pourquoi les produits de ces étapes sont si importants pour le processus entier de la respiration cellulaire.
La respiration cellulaire est le processus biologique qui, en bref, dégrade le glucose dans nos cellules pour produire de l’énergie. La glycolyse, première étape de la respiration cellulaire, convertit une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, aussi appelé acide pyruvique. Chez la plupart des êtres vivants, la glycolyse a lieu dans le cytoplasme de la cellule. Nous allons maintenant examiner les étapes suivantes de la respiration cellulaire. Et pour cela, nous allons sortir du cytoplasme et entrer dans les mitochondries des cellules.
La décarboxylation oxydative, aussi dite décarboxylation du pyruvate, a lieu sur la membrane interne des mitochondries. Le cycle de Krebs, ou cycle de l’acide citrique, a lieu dans la matrice mitochondriale. La décarboxylation oxydative et le cycle de Krebs sont tous deux considérés comme des processus aérobies. Cela signifie que de l’oxygène doit être présent pour que les réactions aient lieu. Commençons par un examen plus en détail de la décarboxylation oxydative.
La décarboxylation oxydative fait le lien entre les étapes de la glycolyse et le cycle de Krebs. Dire que c’est une réaction est un peu trompeur. C’est en fait un processus composé de plusieurs réactions. Le principal réactif de la décarboxylation oxydative est le pyruvate, ou acide pyruvique. Vous vous rappelez peut-être que c’était le produit final de la glycolyse. Dans la décarboxylation oxydative, une molécule de pyruvate est modifiée par quelques réactions biochimiques. Tout d’abord, le pyruvate perd un atome de carbone. Il perd également deux atomes d’oxygène. Ces atomes sont libérés sous la forme de dioxyde de carbone. Ce processus convertit le pyruvate à trois atomes de carbone en une molécule à deux atomes de carbone. Ensuite, ce composé à deux atomes de carbone est oxydé.
Mais qu’est-ce que cela signifie? En chimie, l’oxydation fait référence à la perte d’électrons d’une molécule. Ici, le pyruvate est oxydé parce qu’il perd des électrons. Ces électrons, ainsi qu’un ion hydrogène, sont donnés au coenzyme NAD plus. Puisque le NAD plus a gagné des électrons et un ion hydrogène, il est dit réduit. La réduction est le contraire de l’oxydation. Donc, généralement dans une réaction chimique, lorsqu’une molécule est oxydée, une autre est réduite. Le NAD réduit est également appelé NADH, terme que nous utiliserons ici. Nous avons donc un composé à deux atomes de carbone qui a perdu des électrons et est devenu oxydé. La dernière étape de la décarboxylation oxydative est lorsque le coenzyme A se lie à ce composé à deux atomes de carbone. Cela forme le principal produit de la décarboxylation oxydative, l’acétyl-coenzyme A, communément abrégé «acétyl-CoA».
Repensons rapidement à l’équation globale de la respiration cellulaire. Le glucose et l’oxygène donnent du dioxyde de carbone, de l’eau et de l’énergie. Nous savons que le glucose a déjà été dégradé lors de la glycolyse pour nous donner le pyruvate nécessaire à la décarboxylation oxydative. Nous comprenons maintenant que la décarboxylation oxydative est responsable de la production d'une partie du dioxyde de carbone rejeté par la respiration cellulaire. Il est important de noter que décarboxylation oxydative ne produit aucune molécule d'ATP. Cependant, de l'énergie est stockée dans le produit de la décarboxylation oxydative, l’acétyl-CoA. Nous avons donc maintenant le produit de la décarboxylation oxydative, de l’acétyl-coenzyme A ou acétyl-CoA.
Examinons l'étape suivante, le cycle de Krebs, pour comprendre pourquoi cette petit molécule est si important. Voici un schéma du processus global du cycle de Krebs. Il est nommé cycle de Krebs d’après le scientifique qui l’a découvert, Hans Krebs. Mais vous pourrez aussi entendre le terme cycle de l'acide citrique. C’est encore un peu compliqué pour l'instant, alors passons d'abord à l'étape suivante. L’acétyl-coenzyme A fournit deux atomes de carbone à un composé à quatre atomes de carbone appelé acide oxaloacétique ou oxaloacétate. En ajoutant deux atomes de carbone à un composé à quatre atomes de carbone, nous obtenons un composé à six atomes de carbone. Ce composé à six atomes de carbone nouvellement formé s’appelle l’acide citrique ou citrate. C’est de là que vient le nom de cycle de l’acide citrique.
Ensuite, cette molécule à six atomes de carbone est transformée en un nouveau composé à cinq atomes de carbone par deux réactions clés. L'acide citrique perd un atome de carbone, qui est libéré sous forme de dioxyde de carbone. Il perd également des électrons et un ion hydrogène. Ceux-ci sont gagnés par le NAD plus, le coenzyme que nous avons vu dans la décarboxylation oxydative. Cela convertit le NAD plus en NAD réduit, ou NADH. Rappelez-vous, en ce qui concerne les électrons, l’oxydation est une perte et la réduction est un gain. Nous disons donc que l’acide citrique est oxydé et que le NAD plus est réduit. Maintenant, notre composé à cinq atomes de carbone va subir une série de réactions pour former un composé à quatre atomes de carbone. Encore une fois, le composé perd des électrons et un ion hydrogène. Et exactement comme avant, ceux-ci sont gagnés par le NAD plus. Nous formons donc une autre molécule de NAD réduit, ou NADH. Et encore une fois, le composé perd un atome de carbone sous la forme de dioxyde de carbone.
Ensuite, une réaction assez importante se produit. Lors de la conversion du composé à cinq atomes de carbone en un composé à quatre atomes de carbone, l’ADP est phosphorylée pour former de l’ATP. Cela signifie que l’adénosine diphosphate obtient un groupe phosphate pour former de l’adénosine triphosphate. Vous vous souvenez peut-être que l’ATP est la molécule de transport d’énergie des cellules et fournit un apport immédiat d’énergie. C’est donc un produit très important de la respiration cellulaire.
Enfin, nous avons juste besoin de convertir notre composé intermédiaire à quatre atomes de carbone en acide oxaloacétique. Pour ce faire, deux coenzymes gagnent des électrons et des ions hydrogène, le FAD et le NAD plus. Ils forment une molécule de FAD réduit, ou FADH2, et une molécule de NAD réduit, ou NADH. Et nous y voilà. Nous avons maintenant une molécule d’acide oxaloacétique prête à être associée à nos prochaines molécules d’acétyl-coenzyme A. Quand ce sera le cas, tout le cycle de Krebs recommencera.
Mais maintenant que nous avons bouclé la boucle, vous vous demandez peut-être quel est le bénéfice du cycle de Krebs? Tout d’abord, comme nous l’avons vu, le cycle de Krebs produit une molécule d’ATP. Nous savons que l’ATP est essentielle, elle sert de molécule de transport d’énergie pour nos cellules. Mais une molécule, c’est peu. Deuxièmement, le cycle de Krebs produit plusieurs molécules de coenzymes réduits. Au total, nous gagnons une molécule de FADH2 et trois molécules de NADH à chaque tour du cycle de Krebs. Ces molécules sont extrêmement importantes pour la prochaine étape de la respiration cellulaire, la phosphorylation oxydative. C’est à ce stade que beaucoup plus de molécules d’ATP sont produites.
Maintenant, récapitulons rapidement la décarboxylation oxydative, le cycle de Krebs et les produits clés que nous obtenons grâce à eux. Premièrement, la décarboxylation oxydative produit une molécule de dioxyde de carbone et une molécule de NAD réduit. Son produit final, l’acétyl-coenzyme A, devient un réactif principal du cycle de Krebs. Le cycle de Krebs produit une molécule de FADH2 et trois molécules de NADH. Il produit également deux molécules de dioxyde de carbone. Et n’oublions pas qu’une molécule d’ATP est également produite.
Voici donc les produits de la décarboxylation oxydative et du cycle de Krebs combinés. Mais pour chaque molécule de glucose qui entre en glycolyse, la décarboxylation oxydative et le cycle de Krebs ont lieu deux fois. En effet, la glycolyse produit deux molécules de pyruvate pour chaque molécule de glucose. Donc, pour obtenir le nombre total de produits de la décarboxylation oxydative et du cycle de Krebs à partir d’une molécule de glucose, il faut tout multiplier par deux. Maintenant que nous avons étudié la décarboxylation oxydative et le cycle de Krebs, examinons une question d’entraînement.
Le schéma fourni représente les grandes lignes du cycle de Krebs. Quels sont les produits du cycle de Krebs? (A) l’ATP, le FAD réduit, le NAD réduit et le dioxyde de carbone (B) l’ADP, le FAD plus et le NAD plus (C) l’acide oxaloacétique et l’acétyl-coenzyme A D) le dioxyde de carbone et l’acétyl-coenzyme A
Le cycle de Krebs est la troisième grande étape de la respiration cellulaire. Récapitulons brièvement les autres étapes pour voir où ce cycle se situe. Premièrement, la glycolyse prend une molécule de glucose et, à travers une série de réactions biochimiques, la convertit en deux molécules de pyruvate. Ensuite, la décarboxylation oxydative convertit une molécule de pyruvate en un composé appelé acétyl-coenzyme A. L’acétyl-coenzyme A devient alors le réactif principal du cycle de Krebs, également appelé cycle de l’acide citrique. Après le cycle de Krebs, la dernière étape de la respiration cellulaire est la phosphorylation oxydative. Mais nous ne nous en soucierons pas trop pour l'instant.
Regardons le schéma pour déterminer quels sont les produits du cycle de Krebs. Tout d'abord, l'acétyl-coenzyme A à deux carbones s'unit à une molécule à quatre carbones appelée acide oxaloacétique. Vous pourrez aussi retrouver le terme oxaloacétate. Cela forme un composé à six atomes de carbone appelé acide citrique ou citrate. Jusqu’à présent, le cycle de Krebs n’a pas donné de produit. Ensuite, l’acide citrique est converti en une molécule à cinq atomes de carbone. Nous pouvons voir que deux molécules sont produites lors de ce processus, une molécule de dioxyde de carbone et une molécule de NAD réduit. Utilisons ce tableau pour noter au fur et à mesure les produits du cycle de Krebs.
Maintenant, ce composé à cinq atomes de carbone est transformé en un composé à quatre atomes de carbone. Comme nous pouvons le voir sur la figure, cette conversion se traduit par une autre molécule de NAD réduit, une autre molécule de dioxyde de carbone et une molécule d’ATP. Notre nouveau composé à quatre atomes de carbone est maintenant converti en acide oxaloacétique. Lorsque cela se produit, nous voyons qu’une autre molécule de NAD réduit est produite, ainsi qu’une molécule de FAD réduit. Enfin, nous avons fait le tour du cycle de Krebs. Voyons donc, grâce à notre liste de produits, quelle est la bonne réponse. La seule option qui liste bien tous les produits du cycle de Krebs est l’option (A): l’ATP, le FAD réduit, le NAD réduit et le dioxyde de carbone.
Résumons ce que nous avons appris en quelques points clés. La respiration cellulaire est le processus par lequel les organismes vivants dégradent le glucose et d’autres substrats pour produire de l’énergie. La décarboxylation oxydative a lieu après la glycolyse et est responsable de la conversion du pyruvate en acétyl-coenzyme A. Dans le cycle de Krebs, l’acétyl-coenzyme A donne deux atomes de carbone à l’acide oxaloacétique, qui forme de l’acide citrique. Les produits de la décarboxylation oxydative et du cycle de Krebs sont le dioxyde de carbone, le NAD réduit, le FAD réduit et l’ATP.
