L'ATP, ou adénosine triphosphate, est un élément essentiel de la vie des organismes vivants. L'adénosine triphosphate est la molécule porteuse d'énergie indispensable à tous les organismes vivants. Elle est utilisée pour transférer l'énergie chimique nécessaire aux processus cellulaires. Afin de remplir correctement les fonctions nécessaires, l'ATP requiert une structure spécifique en trois parties et des réactions chimiques sont responsables de sa formation et sa décomposition.
Après avoir lu et étudié ce qui suit, tu devrais être en mesure de savoir en quoi consiste une molécule d'ATP, l'équation de sa formation et de sa dégradation, et les processus dans lesquels l'adénosine triphosphate est impliquée.
Tu sais déjà que l'énergie est l'un des besoins les plus importants pour le fonctionnement normal de toutes les cellules vivantes. Sans elle, aucune vie n'existe, car les processus chimiques essentiels à l'intérieur et à l'extérieur des cellules ne pourraient pas avoir lieu. C'est pourquoi les humains et les plantes utilisent cette énergie, et la stockent lorsqu'ils en ont trop.
Pour être utilisée, cette énergie doit d'abord être transférée. L'ATP est responsable de ce transfert. C'est pourquoi on l'appelle souvent la « monnaie énergétique » des cellules des organismes vivants.
Que signifie l'expression « monnaie énergétique » ? Cela signifie que l'ATP transporte l'énergie d'une cellule à une autre ou d'une réaction à une autre. On la compare parfois à l'argent. L'argent est appelé monnaie de façon plus précise lorsqu'il est utilisé comme moyen d'échange. On peut dire pareil de l'ATP — elle est également utilisée comme moyen d'échange, mais pour l'échange d'énergie. Elle est utilisée pour diverses réactions et peut être réutilisée.
Adénosine triphosphate : définition
L'ATP est un nucléotide phosphorylé. Les nucléotides sont des molécules organiques constituées d'un nucléoside (une sous-unité composée d'une base azotée et d'un sucre) et d'un phosphate. Lorsque l'on dit qu'un nucléotide est phosphorylé, cela signifie que du phosphate est ajouté à sa structure. L'ATP se compose donc de trois parties :
- Adénine — un composé organique contenant de l'azote = base azotée
- Ribose — un sucre pentose auquel d'autres groupes sont fixés
- Phosphates — une chaîne de trois groupes phosphates.
L'adénosine triphosphate est un composé organique, comme les glucides et les acides nucléiques, par exemple. Note la structure cyclique du ribose, qui contient des atomes de carbone, et les deux autres groupes qui contiennent de l'hydrogène (H), de l'oxygène (O), de l'azote (N) et du phosphore (P).
L'ATP est un nucléotide, et il contient du ribose, un sucre pentose auquel d'autres groupes viennent se fixer. Cela te semble-t-il familier ? C'est possible si tu as déjà étudié les acides nucléiques ADN et ARN. Leurs monomères sont des nucléotides avec un sucre pentose (ribose ou désoxyribose) comme base. L'ATP est donc semblable aux nucléotides de l'ADN et de l'ARN.
Comment l'ATP stocke-t-elle l'énergie ?
L'énergie de l'ATP est stockée dans les liaisons à haute énergie entre les groupes phosphates. Habituellement, la liaison entre le 2e et le 3e groupe phosphate (compté à partir de la base du ribose) est rompue pour libérer l'énergie pendant l'hydrolyse.
Ne confonds pas le stockage de l'énergie dans l'ATP avec le stockage de l'énergie dans les glucides et les lipides. Plutôt que de stocker l'énergie durablement comme l'amidon ou le glycogène, l'adénosine triphosphate capte l'énergie, la stocke dans les liaisons à haute énergie et la libère rapidement en cas de besoin. Les molécules de stockage réelles telles que l'amidon ne peuvent pas simplement libérer de l'énergie, car elles ont besoin de l'ATP pour transporter l'énergie plus en avant.
L'hydrolyse de l'ATP
L'énergie stockée dans les liaisons à haute énergie entre les molécules de phosphate est libérée pendant l'hydrolyse. C'est généralement la troisième ou la dernière molécule de phosphate (en comptant la base du ribose) qui est détachée du reste du composé.
La réaction est la suivante :
- les liaisons entre les molécules de phosphate se rompent avec l'ajout d'eau. Ces liaisons sont instables, et donc faciles à rompre ;
- la réaction est catalysée par l'enzyme ATP hydrolase (ATPase) ;
- la réaction produit de l'adénosine diphosphate (ADP), un groupe phosphate inorganique (Pi), et une libération d'énergie.
Fig 1. - L'équation de l'hydrolyse de l'ATP.
Les deux autres groupes phosphates peuvent également être détachés. Si un autre (deuxième) groupe phosphate est détaché, le résultat est la formation d'AMP, ou adénosine monophosphate. Ainsi, davantage d'énergie est libérée. Si le troisième (dernier) groupe phosphate est détaché, le résultat est la molécule d'adénosine. Cette dernière réaction libère aussi de l'énergie.
La synthèse de l'ATP
L'hydrolyse de l'ATP est réversible, ce qui signifie que le groupe phosphate peut être rattaché pour former la molécule d'ATP complète. C'est ce que l'on appelle la synthèse de l'ATP.
La synthèse de l'ATP est l'addition d'une molécule de phosphate à l'ADP pour former l'ATP.
L'ATP est produit pendant la respiration cellulaire et la photosynthèse lorsque les protons (ions H+) se déplacent vers le bas (voir la Figure 2 ci-dessous) à travers une membrane (selon un gradient électrochimique) par l'intermédiaire d'une protéine de canal appelée ATP synthase. Celle-ci est également l'enzyme qui catalyse la synthèse de l'ATP. Il est intégré à la membrane thylakoïde des chloroplastes et à la membrane interne des mitochondries, où l'ATP est synthétisé.
L'eau est utilisée lors de cette réaction, car les liaisons entre les molécules de phosphate sont créées. C'est pourquoi tu es susceptible de rencontrer le terme de réaction de condensation. Ce terme est utilisé parce qu'il est interchangeable avec le terme de synthèse.
Fig. 2 - Représentation simplifiée de l'ATP synthase, qui sert en tant que protéine de canal pour les ions H+ et d'enzyme catalysant la synthèse de l'ATP.
Gardons à l'esprit que la « synthèse de l'ATP » et « l'ATP synthase » sont deux choses différentes et ne doivent donc pas être utilisées de manière interchangeable. La première est une réaction, et la seconde est un enzyme.
La synthèse de l'adénosine triphosphate se produit lors de trois processus : la phosphorylation oxydative, la phosphorylation au niveau du substrat et la photosynthèse.
L'ATP dans la phosphorylation oxydative
La plus grande quantité d'ATP est produite pendant la phosphorylation oxydative. Il s'agit d'un processus au cours duquel l'adénosine triphosphate est formée grâce à l'énergie libérée après que les cellules aient oxydé les nutriments à l'aide d'enzymes. La phosphorylation oxydative a lieu dans la membrane des mitochondries. C'est l'une des quatre étapes de la respiration cellulaire aérobie.
L'ATP dans la phosphorylation au niveau du substrat
La phosphorylation au niveau du substrat est la façon dont les molécules de phosphate sont transférées pour former l'adénosine triphosphate. Elle a lieu dans le cytoplasme des cellules lors de la glycolyse, le processus qui extrait l'énergie du glucose, et dans les mitochondries au cours du cycle de Krebs, le cycle dans lequel est utilisée l'énergie libérée après l'oxydation de l'acide acétique.
L'ATP dans la photosynthèse
La photosynthèse, qui se produit dans les cellules végétales contenant de la chlorophylle, produit également de l'ATP. Cette synthèse a lieu dans un organite appelé chloroplaste, où l'ATP est produit pendant le transport des électrons de la chlorophylle vers les membranes thylakoïdes. Ce processus, appelé photophosphorylation, a lieu durant la réaction de photosynthèse dépendante de la lumière.
Si tu le souhaites, tu peux en apprendre davantage à ce sujet dans l'explication sur la photosynthèse et la réaction dépendante de la lumière.
Adénosine triphosphate : rôle
Comme nous l'avons mentionné précédemment, l'ATP transfère l'énergie d'une cellule à l'autre. Il s'agit d'une source d'énergie immédiate à laquelle les cellules peuvent rapidement accéder.
Si nous comparons l'ATP à d'autres sources d'énergie (par exemple, le glucose), nous constatons que l'ATP stocke une plus petite quantité d'énergie. Le glucose est un géant énergétique par rapport à l'adénosine triphosphate, car il libère potentiellement une grande quantité d'énergie. Cependant, cette libération d'énergie n'est pas aussi facile à gérer que celle de l'ATP. Les cellules ont besoin de leur énergie rapidement afin de maintenir une activité constante, et l'ATP fournit de l'énergie aux cellules dans le besoin plus rapidement et plus facilement que le glucose. Par conséquent, l'ATP fonctionne beaucoup plus efficacement comme source d'énergie immédiate que les autres molécules de stockage. Adénosine triphosphate et sport vont très bien ensemble !
L'ATP est également utilisée dans divers processus énergétiques dans les cellules :
- Les processus métaboliques, tels que la synthèse des macromolécules (par exemple, les protéines et les amidons), reposent sur l'ATP. La synthèse des macromolécules requiert de l'énergie pour assembler les bases des macromolécules, à savoir les acides aminés pour les protéines et le glucose pour les amidons.
- L'ATP sert également de source d'énergie pour le transport actif. Elle est cruciale pour le transport des macromolécules à travers un gradient de concentration. Elle est aussi utilisée en grande quantité par les cellules épithéliales des intestins. Sans ATP, elles ne peuvent pas absorber les substances présentes dans les intestins par transport actif.
- L'ATP fournit l'énergie nécessaire à la synthèse des acides nucléiques (plus exactement, l'ADN et l'ARN) pendant la traduction. L'ATP fournit de l'énergie pour que les acides aminés sur l'ARNt s'assemblent par des liaisons peptidiques et fixent les acides aminés à l'ARNt.
- L'ATP est nécessaire pour former les lysosomes qui jouent un rôle dans la sécrétion des produits cellulaires.
- L'ATP est utilisée dans la signalisation synaptique. Elle recombine la choline et l'acide éthanoïque en acétylcholine, un neurotransmetteur. Explore les explications sur le système nerveux pour plus d'informations sur ce sujet complexe, mais intéressant.
- L'ATP aide les réactions catalysées par les enzymes à se dérouler plus rapidement. Comme nous l'avons vu précédemment, du phosphate inorganique (Pi) est libéré lors de l'hydrolyse de l'ATP. Le Pi peut se fixer à d'autres composés pour les rendre plus réactifs, et ainsi réduire l'énergie d'activation des réactions catalysées par les enzymes.
Adénosine triphosphate - Points clés
- L'ATP, ou adénosine triphosphate (rôle), est la molécule porteuse d'énergie essentielle à tous les organismes vivants. Elle transfère l'énergie chimique nécessaire aux processus cellulaires. L'ATP est un nucléotide phosphorylé. Elle est constituée d'adénine — un composé organique contenant de l'azote -, de ribose — un sucre pentose auquel d'autres groupes sont fixés -, et de phosphates — une chaîne de trois groupes phosphates.
- L'énergie de l'adénosine triphosphate est stockée dans les liaisons à haute énergie entre les groupes phosphates, lesquelles sont rompues pour libérer de l'énergie pendant l'hydrolyse.
- La synthèse de l'adénosine triphosphate est l'addition d'une molécule de phosphate à l'ADP pour former l'ATP. Le processus est catalysé par l'ATP synthase.
- La synthèse de l'adénosine triphosphate se produit lors de trois processus : la phosphorylation oxydative, la phosphorylation au niveau du substrat et la photosynthèse.
- L'adénosine triphosphate contribue à la contraction musculaire, au transport actif, à la synthèse des acides nucléiques ADN et ARN, à la formation des lysosomes et à la signalisation synaptique. Elle permet aux réactions catalysées par les enzymes de se dérouler plus rapidement.
References
- Fig 1. - L'équation de l'hydrolyse de l'ATP. Auteur : SrKellyOP. Source : Wikipedia Commons. Licence : https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
- Fig. 2 - Représentation simplifiée de l'ATP synthase, qui sert en tant que protéine de canal pour les ions H+ et d'enzyme catalysant la synthèse de l'ATP. Auteur : Klaus Hoffmeier. Source : Wikipedia Commons.
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