Qu'est-ce que le cycle de Krebs et quelle est sa fonction ?
Le cycle de Krebs est l’une des voies métaboliques les plus importantes pour obtenir de l’énergie. Il fait partie du métabolisme aérobie et est un mécanisme très efficace qui s’avère être un élément clé de la respiration cellulaire. Il est également connu sous le nom de cycle de l’acide citrique ou de l’acide tricarboxylique.
Nous allons expliquer en quoi consiste exactement le cycle de Krebs, comment il se développe et quelle est son importance dans le corps. Gardez à l’esprit qu’il s’agit d’un processus essentiel à la vie et dont l’activation au-dessus de la normale peut déterminer l’état de la composition corporelle.
Sous quelle forme se développe-t-il?
Le substrat principal du cycle de Krebs est l’acétyl-CoA, une molécule qui résulte du processus de glycolyse aérobie. C’est un mécanisme qui se déroule dans la matrice des mitochondries et qui a un caractère oxydant. En plus de la molécule d’acétyl-CoA, on obtient une unité de NADH et de dioxyde de carbone, éléments clés dans le processus d’obtention d’énergie.
Le cycle de Krebs est constitué d’un ensemble de 8 réactions modulées par différentes enzymes. Au total, quatre oxydations sont réalisées. L’acétyl-CoA subit une série de transformations qui sont catalysées au fil du temps. Certains d’entre eux sont réversibles, mais d’autres ne le sont pas.
Au début, la molécule d’acétyl-CoA se combine avec l’oxaloacétate pour former du citrate. Cela libère quelques molécules de dioxyde de carbone. À partir de là, un composé connu sous le nom de GTP est généré qui vise à réduire certains composés, ce qui se termine par la restauration de l’oxaloacétate initial. Le cycle pourrait être répété à nouveau.
Lorsqu’il y a un tour complet de l’ensemble du système, deux molécules de CO2 sont libérées, trois NADH, un FADH2 et un ATP ou GTP sont produits. Ces deux derniers éléments sont utilisés pour la production d’énergie. Ils peuvent être obtenus à partir du cycle de Krebs lui-même, bien qu’il existe d’autres réactions métaboliques qui les génèrent à travers différents substrats.
Il faut tenir compte du fait que le cycle de Krebs se produit 2 fois pour chaque molécule de glucose qui contribue au processus de respiration cellulaire. De là, on obtient deux pyruvates, qui deviennent plus tard deux acétyl-CoA.
La phosphorylation oxydative
Lorsque le cycle de Krebs est terminé, des voies métaboliques sont mises en mouvement qui finissent par générer un grand nombre de molécules d’ATP. Parmi elles, se distingue la chaîne de transport d’électrons, dans laquelle sont introduits le NADH et le FADH2 générés à la fin du cycle précédent. Au cours de ce processus, les électrons sont transportés des mitochondries vers l’espace intermembranaire, par l’action de protéines.
Chaque fois qu’un transfert d’électrons est expérimenté, de l’énergie est libérée et peut être utilisée. Cependant, la majeure partie est produite dans la dernière étape de cette chaîne, dans laquelle une bonne partie des électrons retournent à la matrice mitochondriale via une enzyme appelée ATP synthase.
Il faut tenir compte du fait que 80% de l’ATP généré par la dégradation de la molécule de glucose est produit à ce stade, grâce à la chaîne de transport d’électrons. C’est un mécanisme dépendant de l’oxygène, car à la fin de la chaîne elle-même, il y a une formation d’eau. En l’absence de la molécule, le processus est paralysé.
Quelle est l’utilité du cycle de Krebs ?
La fonction principale du cycle de Krebs est la genèse de l’énergie au niveau mitochondrial. Grâce à cette voie métabolique, des molécules d’ATP peuvent être obtenues. Elles ne sont pas seulement obtenues par le métabolisme du glucose, mais leur genèse à partir d’acides aminés ou d’acides gras est également possible.
Lorsque les niveaux de glucose dans le corps sont bas ou que les réserves de glycogène sont épuisées, une voie appelée bêta-oxydation des acides gras est activée. De là, il y a une mobilisation des lipides accumulés dans le corps, ainsi que des graisses circulantes, pour la production d’énergie.
Cependant, ces éléments n’entrent pas dans le cycle de Krebs ou la respiration cellulaire en tant que tels, mais subissent plutôt une série de processus de conversion en complexe acyl-CoA. Ce substrat pénètre à l’intérieur des mitochondries où il subit une série de processus de conversion jusqu’à ce qu’une unité d’acétyl-CoA soit obtenue. Celui-ci peut entrer dans le cycle de Krebs de façon normale pour la production d’ATP.
Dans tous les cas, il faut tenir compte du fait que les acides gras sont capables de générer un rendement énergétique bien supérieur à celui des sucres ou des protéines. Alors que ces deux derniers nutriments fournissent environ 4 calories par gramme, les lipides sont capables d’offrir jusqu’à 9 calories par gramme.
A quel moment le cycle de Krebs est-il activé ?
Le cycle de Krebs est constamment activé, sinon la vie ne pourrait pas exister. C’est l’un des principaux mécanismes d’obtention d’énergie. Avec les processus de respiration aérobie, il fait partie d’un ensemble de réactions assez efficaces en termes de performances énergétiques, bien plus que toutes celles de type anaérobie qui sont favorisées face à des efforts intenses.
Dans tous les cas, le cycle de Krebs prend encore plus d’importance lors de l’exécution d’un exercice de résistance de longue durée d’intensité moyenne ou modérée. Dans ce cas, le métabolisme aérobie est le principal processus d’obtention d’énergie. L’objectif dans ce cas est d’économiser le glycogène musculaire, sinon la fatigue apparaîtrait prématurément.
Il faut garder à l’esprit que l’efficacité du cycle lui-même est une capacité entraînable, notamment en ce qui concerne le processus de bêta-oxydation des acides gras. Lorsque des exercices de résistance sont effectués, le corps essaie d’éviter une consommation excessive de glucose, augmentant ainsi le taux de conversion des acides gras et des acides aminés en acétyl-CoA.
Pour maximiser l’efficacité de ce processus et améliorer les économies de glycogène, certaines aides ergogéniques externes peuvent être utilisées, comme la caféine. Cela s’est avéré capable d’augmenter les performances sportives et de retarder l’apparition de la fatigue, selon une étude publiée dans la revue Sports Medicine. Cependant, des dosages optimaux doivent être utilisés.
Bien que la production d’énergie par le cycle de Krebs prédomine lors des efforts d’endurance, les autres voies métaboliques ne sont pas « désactivées ». Ceux de nature anaérobie continuent à fonctionner, bien qu’ils perdent une partie de leur poids et de leur proéminence. De même, en situation d’effort maximal, le cycle de Krebs continue de fonctionner, bien que sa contribution énergétique au total soit moindre.
Comment perdre du poids en stimulant la fonction du cycle de Krebs ?
La plupart des régimes amaigrissants cherchent à augmenter la fonction du cycle de Krebs, en stimulant la bêta-oxydation précédente des acides gras pour générer une mobilisation du tissu adipeux. Pour cela, plusieurs stratégies différentes peuvent être adoptées. L’une des plus classiques concerne la restriction calorique. En cas de manque de glucose circulant, les réserves stockées seront utilisées.
Il existe également certains mécanismes qui stimulent un processus appelé autophagie. Cela pourrait avoir la particularité de réduire le risque de développer un cancer, selon une recherche publiée dans la revue Clinics. De l’autophagie, les protéines et les cellules inefficaces sont éliminées, remplacées par d’autres qui remplissent bien leurs fonctions.
C’est un mécanisme qui va de pair avec l’augmentation de l’efficacité de l’oxydation des lipides. Par conséquent, une augmentation de la sensibilité à l’insuline et une plus grande capacité du corps à mobiliser les graisses pour produire de l’énergie sont obtenues, économisant le glycogène et stimulant la perte de poids du tissu adipeux.
La meilleure façon d’activer tout ce processus est de commencer le protocole de jeûne intermittent, au moyen duquel l’apport calorique est limité pendant une période d’au moins 16 heures. Pendant la durée de la restriction, le cycle de Krebs et le reste des voies métaboliques aérobies seront les protagonistes en termes d’obtention d’énergie.
Quoi qu’il en soit, toute habitude qui parvient à augmenter la flexibilité métabolique sera positive pour activer le cycle de Krebs et l’oxydation des graisses, améliorant ainsi l’état de la composition corporelle. Pour cela, la pratique d’exercices physiques peut être déterminante, notamment le travail de force. Il génère un processus d’hypertrophie musculaire qui a été prouvé pour promouvoir l’efficacité métabolique et la perte de poids.
Le régime cétogène et l’activation du cycle de Krebs
L’un des régimes qui s’engage à activer le cycle de Krebs et à augmenter l’efficacité de l’oxydation des acides gras est le régime cétogène. Celui-ci repose sur la restriction de l’apport en glucides, qui parvient à générer une augmentation de la sensation de satiété et une perte de poids progressive. C’est ce qu’indiquent les recherches publiées dans la revue Nutrition & Diabetes.
Dans ce contexte, l’importance du métabolisme anaérobie est réduite. La majeure partie de l’énergie produite est générée lors de la respiration cellulaire. De plus, les processus d’oxydation des lipides sont stimulés. Il est nécessaire de reconstituer les réserves de glycogène grâce à sa transformation. Assurez-vous également qu’il y a des substrats pour initier le cycle de Krebs.
Quoi qu’il en soit, le régime cétogène crée un état métabolique très caractéristique appelé cétose. Dans ce contexte, les corps cétoniques sont les substrats préférés du cerveau. Une flexibilité métabolique accrue est ressentie par une sensibilité accrue à l’insuline.
Cependant, le régime cétogène provoque certains effets secondaires transitoires à court terme, insurmontables pour certains. Ces inconvénients peuvent conditionner l’adhésion au traitement, conduisant nombre de ses praticiens à abandonner le régime dès les premiers jours de celui-ci.
Régime cétogène, cycle de Krebs et sport
Ce mode d’alimentation est proposé dans certains contextes sportifs recherchant une augmentation de l’efficacité de l’utilisation des lipides pour la genèse de l’énergie. C’est une stratégie courante dans le cadre des sports d’endurance. A moyen terme, cela peut se traduire par une augmentation des performances et un retard dans l’apparition de la fatigue en compétition.
Lorsque le régime cétogène est appliqué pendant un exercice physique de haute intensité, un processus appelé cétoadaptation se produit. De là, les corps cétoniques générés lors du métabolisme sont capables de répondre à 75 % des besoins énergétiques du cerveau.
Il y a une augmentation des enzymes responsables de l’oxydation des acides gras. De plus, ces principes immédiats commencent à être utilisés par d’autres cellules du corps, telles que les cellules nerveuses. Ainsi, les besoins énergétiques de l’organisme sont satisfaits. Même le muscle cardiaque pourrait utiliser ces éléments pour ses fonctions.
Quoi qu’il en soit, une supervision professionnelle est recommandée. Si elle n’est pas bien régulée, des problèmes intestinaux et des carences en nutriments essentiels qui affectent le bien-être peuvent être ressentis. Une supplémentation en fibres est généralement nécessaire dans ces cas pour éviter des altérations du microbiote. Les pré et probiotiques sont également bénéfiques dans ces contextes.
Maladies liées au cycle de Krebs
Il existe certaines pathologies développées ou acquises qui peuvent conditionner le bon fonctionnement du cycle de Krebs. De nombreux points clés autour de cette problématique sont encore méconnus, mais certaines inefficacités ont été identifiées en termes de développement de cycle pouvant conduire à de graves problèmes de santé.
Certains des problèmes pourraient provenir d’une privation excessive de nutriments. Par exemple, dans une situation de carence en thiamine, des problèmes sont rencontrés dans l’oxydation du pyruvate, ce qui pourrait limiter la production d’acétyl-CoA pour démarrer le cycle de Krebs. La carence de cette vitamine est particulièrement dangereuse pour le cerveau.
En effet, il existe certaines pathologies qui peuvent se développer à partir d’une situation de ce style, le béribéri étant la plus connue. C’est une maladie courante chez les personnes ayant des restrictions alimentaires excessives ou chez les consommateurs d’alcool dépendants. Dans les deux cas, des concentrations excessives de pyruvate dans le sang seront détectées.
D’autres conditions peuvent générer des situations similaires. Par exemple, lorsqu’un empoisonnement au mercure ou à l’arsenic se produit, des symptômes très similaires sont ressentis. Il est normal que dans ces cas il y ait des problèmes au niveau du système nerveux central générés par un défaut du métabolisme du pyruvate.
Dans les deux cas, le cerveau est privé d’une source d’énergie soutenue, puisque le cycle de Krebs est l’une des principales voies qui permettent le maintien de ses fonctions. Au moment où l’organe principal du système nerveux central n’est pas alimenté de manière optimale, des inefficacités importantes commencent à se produire dans ses fonctions.
Autres maladies mitochondriales
En plus des pathologies susmentionnées, il peut exister d’autres maladies mitochondriales qui entravent les processus métaboliques mis en œuvre dans ces organites cellulaires. Les plus fréquentes concernent des altérations du matériel génétique de ces éléments. Cela peut conditionner la synthèse de protéines déterminantes endogènes pour que les mitochondries remplissent leurs fonctions.
Dans la plupart des cas, il est nécessaire de recourir à des mesures pharmacologiques pour résoudre ces problèmes. L’application d’un puissant antioxydant qui intervient dans la chaîne de transport d’électrons au sein des mitochondries, comme la coenzyme Q10, fonctionne généralement bien. Des doses élevées sont utilisées pour essayer de corriger les défauts de l’organite et restaurer l’état de l’homéostasie.
Selon une étude publiée dans l’ International Journal of Molecular Science, la coenzyme Q10 est déterminante pour atteindre un bon fonctionnement au niveau mitochondrial. Si une carence est ressentie, des altérations seront générées qui peuvent conditionner l’efficacité du métabolisme, provoquant des pathologies chroniques et complexes à moyen terme.
Il existe également des vitamines déterminantes pour assurer la santé mitochondriale. La riboflavine serait l’une d’entre elles. La vitamine K et la vitamine C jouent également un rôle important, car elles ont un caractère antioxydant marqué. Même des substances telles que la L-carnitine sont décisives pour permettre l’entrée de substrats dans la cellule.
En effet, on a longtemps cru que la supplémentation en L-carnitine pouvait stimuler la perte de poids par oxydation des graisses. Cependant, les preuves actuelles suggèrent que les résultats positifs ne sont pas connus, sauf dans le cas des personnes obèses. Pour cette raison, cela n’a aucun sens d’introduire l’élément dans la directive nutritionnelle d’une personne qui souhaite améliorer sa composition corporelle.
Le cycle de Krebs, un élément essentiel du métabolisme aérobie
Le cycle de Krebs est la pierre angulaire du métabolisme aérobie. D’une part, il utilise les résultats de la décomposition du pyruvate pour la genèse de l’énergie. D’autre part, il crée les substrats nécessaires pour activer la chaîne de transport d’électrons, l’un des processus les plus efficaces en termes de synthèse d’ATP.
L’une des principales caractéristiques de ce mécanisme métabolique, outre son caractère cyclique, tient à la possibilité d’utiliser différents substrats énergétiques. Le processus est capable de démarrer avec une molécule de glucose. Les acides gras et les acides aminés peuvent également démarrer le cycle s’ils subissent une série de transformations préalables.
Enfin, le cycle de Krebs est un processus déterminant dans la synthèse de l’énergie. S’il ne fonctionne pas, la vie serait impossible. En effet, toutes les pathologies qui altèrent l’homéostasie mitochondriale sont considérées comme complexes et graves. Elles ont des conséquences désastreuses pour la santé à moyen terme et leur traitement par la pharmacologie est nécessaire.
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