MÉTABOLISME

Le métabolisme intermédiaire

Le métabolisme intermédiaire a été souvent défini comme l'ensemble des phénomènes de dégradation (catabolisme) et de synthèse (anabolisme) qui permettent un cycle continu d'échanges entre la cellule et les substances, autrement dit substrats, apportées par l'alimentation : glucides, lipides et protides. Actuellement, ce terme désigne deux types de processus biochimiques : l'un, variable, avec les divers substrats ; l'autre, appelé « système métabolique central », identique pour toutes les cellules animales et végétales : alimenté en petites molécules par le premier, il fournit à l'organisme l'énergie qui lui est nécessaire, mais aussi des matériaux pour des biosynthèses. Le système métabolique central, situé dans les mitochondries des cellules animales et végétales, comprend deux ensembles multienzymatiques associés aux structures mitochondriales : le cycle citrique et les chaînes d'oxydoréduction (cf. mitochondries).

Le cycle citrique (ou cycle tricarboxylique, ou cycle de Krebs) a pour rôle essentiel, mais non exclusif, l'oxydation en gaz carbonique et en eau d'une unité à deux atomes de carbone, l'acétyl-coenzyme A, dénominateur commun du catabolisme glucidique et lipidique. Au cours du cycle, les oxydations des substrats libèrent de l'hydrogène ; celui-ci, transporté sur les chaînes d'oxydoréduction, permet la production d'énergie, rôle majeur de ce cycle biochimique. De plus, le cycle de Krebs fournit des matériaux pour des biosynthèses. Ce système, qui oriente les molécules vers le catabolisme ou l'anabolisme, est régulé par des mécanismes de contrôle dont on commence à entrevoir la complexité.

Les chaînes d'oxydoréduction reçoivent les protons (H⁺) arrachés aux substrats pendant le déroulement du cycle citrique et libèrent de l'énergie sous forme d'acide adénosine triphosphorique (ATP), accumulateur et générateur d'énergie à la demande.

Le cycle citrique et les chaînes d'oxydo-réduction phosphorylante, ainsi couplés, représentent pour toutes les cellules le mécanisme biochimique capable de fournir de l'énergie utilisable.

Le système métabolique central

Le cycle citrique

Le cycle citrique est la pierre angulaire du système métabolique central. Les réactions biochimiques de ce cycle sont représentées dans la figure 2.

Cycle de Krebs et chaîne respiratoire

Système métabolique central : cycle de Krebs et chaîne respiratoire. On remarquera que l'oxaloacétate est le point de départ et l'aboutissant du cycle de Krebs, au cours duquel on observe 2 décarboxylations et 4 libérations d'hydrogène par oxydation. Ces hydrogènes, pris en charge par... 

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La condensation de l'acétyl-coenzyme A avec l'oxaloacétate conduit à la formation du citrate, acide tricarboxylique à six atomes de carbone, qui a donné son nom au cycle. L'enzyme, découverte par S. Ochoa et ses collaborateurs, appelée enzyme condensante ou citrate-synthétase, catalyse une réaction complexe dont l'équilibre est fortement déplacé en faveur du citrate. La citrate-synthétase a, en effet (fig. 3), trois fonctions : énolasique, lyasique et hydrolasique (cf. enzymes). L'enzyme de condensation est inhibée par les acyl-CoA à longue chaîne, et notamment par le palmityl-CoA, selon un mode allostérique.

Citrate synthétase

Les trois fonctions de la citrate synthétase 

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La conversion du citrate en isocitrate est catalysée par l'aconitase (aconitate-hydratase), qui exige la présence de Fe²⁺. Cette étape, dont on suppose qu'elle procède par l'intermédiaire d'un cation carbonium, est caractérisée par la formation d'un équilibre (fig. 4) entre le citrate, le cis-aconitate et l'isocitrate (respectivement 89, 3 et 8 p. 100). Le citrate, composé de structure moléculaire symétrique, a un comportement asymétrique en présence de l'aconitase. A. G. Ogston pense que cette dernière propriété est liée au fait que le citrate s'attache en trois points situés à la surface de l'enzyme ; l'adhérence qui en résulte favorise l'approche d'un ion OH^— d'un seul côté et la genèse d'un composé asymétrique, possédant deux carbones asymétriques : l'isocitrate. De plus, grâce à des substrats marqués, on a montré que seule la partie du citrate provenant de l'oxalo-acétate est déshydratée, et non celle issue de l'acétyl-CoA, ce qui est une preuve supplémentaire du comportement asymétrique du citrate en présence de l'aconitase : en effet, après action de la citrate-synthétase, de l'aconitase et de l'isocitrico-déshydrogénase, on n'obtient qu'un seul type d'α-cétoglutarate radioactif marqué en α du carboxyle (fig. 5, réaction a). L'α-cétoglutarate marqué en γ n'est pas formé (fig. 5, réaction b).

Conversion du citrate

Conversion du citrate en cis-aconitate et isocitrate 

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Comportement asymétrique du citrate

Comportement asymétrique du citrate en présence de l'aconitase 

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Comportement asymétrique du citrate

Comportement asymétrique du citrate en présence de l'aconitase 

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Le passage de l'isocitrate à l'α-cétoglutarate est réalisé par l'isocitrico-déshydrogénase, qui catalyse simultanément l'oxydation de l'acide isocitrique en acide oxalosuccinique et la décarboxylation de ce dernier en acide α-cétogluta [...]

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