Étapes du cycle de l’acide citrique
Étape 1. La première étape est une étape de condensation, combinant le groupe acétyle à deux carbones (de l’acétyl CoA) avec une molécule d’oxaloacétate à quatre carbones pour former une molécule de citrate à six carbones. Le CoA est lié à un groupe sulfhydryle (-SH) et se diffuse pour finalement se combiner avec un autre groupe acétyle. Cette étape est irréversible car elle est hautement exergonique. La vitesse de cette réaction est contrôlée par une rétroaction négative et la quantité d’ATP disponible. Si le taux d’ATP augmente, la vitesse de cette réaction diminue. Si l’ATP est en quantité insuffisante, le taux augmente.
Etape 2. Le citrate perd une molécule d’eau et en gagne une autre lorsque le citrate est converti en son isomère, l’isocitrate.
Étapes 3 et 4. Dans la troisième étape, l’isocitrate est oxydé, produisant une molécule à cinq carbones, l’α-cétoglutarate, ainsi qu’une molécule de CO2 et deux électrons, qui réduisent le NAD+ en NADH. Cette étape est également régulée par un retour négatif de l’ATP et du NADH et par un effet positif de l’ADP. Les étapes trois et quatre sont à la fois des étapes d’oxydation et de décarboxylation, qui libèrent des électrons qui réduisent le NAD+ en NADH et libèrent des groupes carboxyle qui forment des molécules de CO2. L’α-Kétoglutarate est le produit de l’étape trois, et un groupe succinyle est le produit de l’étape quatre. Le CoA se lie au groupe succinyle pour former le succinyl CoA. L’enzyme qui catalyse l’étape quatre est régulée par une rétro-inhibition de l’ATP, du succinyl CoA et du NADH.
Étape 5. Un groupe phosphate est substitué au coenzyme A, et une liaison à haute énergie est formée. Cette énergie est utilisée dans la phosphorylation au niveau du substrat (pendant la conversion du groupe succinyle en succinate) pour former soit du guanine triphosphate (GTP) soit de l’ATP. Il existe deux formes de l’enzyme, appelées isoenzymes, pour cette étape, selon le type de tissu animal dans lequel elles se trouvent. Une forme se trouve dans les tissus qui utilisent de grandes quantités d’ATP, comme le cœur et les muscles squelettiques. Cette forme produit de l’ATP. La deuxième forme de l’enzyme se trouve dans les tissus qui ont un nombre élevé de voies anaboliques, comme le foie. Cette forme produit du GTP. Le GTP est énergétiquement équivalent à l’ATP, mais son utilisation est plus restreinte. En particulier, la synthèse des protéines utilise principalement le GTP.
Etape 6. L’étape 6 est un processus de déshydratation qui convertit le succinate en fumarate. Deux atomes d’hydrogène sont transférés au FAD, produisant du FADH2. L’énergie contenue dans les électrons de ces atomes est insuffisante pour réduire le NAD+ mais adéquate pour réduire le FAD. Contrairement au NADH, ce transporteur reste attaché à l’enzyme et transfère directement les électrons à la chaîne de transport d’électrons. Ce processus est rendu possible par la localisation de l’enzyme catalysant cette étape à l’intérieur de la membrane interne de la mitochondrie.
Étape 7. De l’eau est ajoutée au fumarate au cours de l’étape 7, et du malate est produit. La dernière étape du cycle de l’acide citrique régénère l’oxaloacétate en oxydant le malate. Une autre molécule de NADH est produite.