Adénosine Triphosphate ATP
L’Adénosine Triphosphate ou ATP est un nucléotide présent dans toutes les formes de vie, c-a-d, dans les cellules du vivant. L’ATP est essentielle pour la réserve et le transfert d’énergie chimique nécessaire aux processus cellulaires, tels que les réactions métaboliques, la division cellulaire, le transport actif et la locomotion à travers les membranes biologiques. La structure de l’ATP est constituée d’une base azoté l’adénine, liée à un sucre le ribose, auquel est attaché un groupe de trois phosphates. Durant les réactions de conversion, l’adénosine triphosphate libérant un phosphate pour devenir adénosine diphosphate (ATP vs ADP) Cette conversion libère de l’énergie nécessaire aux diverses activités cellulaires.
Synthèse de l’Adénosine Triphosphate
L’Adénosine Triphosphate (ATP) se trouve principalement dans les mitochondries, souvent appelés les centrales énergétiques. Ces mitochondries sont des organites présentes dans toutes les cellules de type eucaryote, c’est à dire les cellules possédant un vrais noyau délimité par une membrane. La synthèse d’ATP se déroule dans cet organite grâce à des processus métaboliques complexes, dont le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative. La chaîne respiratoire est localisée dans la membrane interne mitochondriale. Elle constitue la chaîne de transport d’électrons à travers quatre complexes protéiques, tel que, NADH-coenzyme Q oxydoréductase. Ces processus sont essentiels pour convertir les substrats énergétiques en ATP, fournissant ainsi de l’énergie pour les nombreuses activités cellulaires. Bien que l’ATP soit omniprésente dans les cellules, sa capacité de stockage est limitée. Par conséquent, les cellules doivent constamment renouveler leur approvisionnement en ATP pour répondre aux demandes énergétiques croissantes, notamment lors des activités permanentes comme les contractions musculaire et la synthèse des protéines.
Le cycle de Krebs et la production d’ATP
Le cycle de Krebs, cycle des acides tricarboxyliques ou cycle de l’acide citrique est une voie métabolique présente chez tous les organismes aérobies et dont la fonction première est d’oxyder les groupes acétyle, issus notamment de la dégradation des glucides, des lipides et des protéines, pour en récupérer l’énergie sous forme de huit électrons à haut potentiel de transfert et d’une molécule de Guanosine Triphosphate GTP ou d’une Adénine Triphosphate ATP, les électrons à haut potentiel de transfert, récupérés sur le NADH et l’ubiquinol, circulent ensuite à travers la chaîne respiratoire pour former à leur tour des molécules d’ATP supplémentaires par la phosphorylation oxydative.
Le cycle de Krebs est un système centralisé orienté vers la production de l’énergie dans les cellules. Le métabolisme des nutriments ingérés et digérés, généralement composés de glucides, de lipides et protides subissant pour chacune d’elles une rupture de liaison transformés en énergie utilisable sous forme d’ATP, Adénosine Triphosphate, acheminées vers la chaîne de transport d’électrons. La libération de ces électrons génère d’électricité utilisable pour créer de l’ATP et est a forme d’énergie que le cellules utilisent pour l’ensemble leurs activités. L’ATP ou Adénosine Triphosphate entre dans la synthèse des acides nucléiques, tel que, l’ADN et l’ARN, en charge de l’information génétique et la synthèse des protéines. L’adénosine triphosphate ATP se loge à l’intérieure des cellules dans les mitochondries, elle sert également à la dégradation du glucose par glycolyse, libérant des liaison et fournir de l’énergie.
L’ATP pour l’énergétique cellulaire
Les êtres vivants tirent leur énergie de l’oxydation des nutriments, et de même pour les plantes chlorophylliennes (qui utilisent l’énergie des photons pour fabriquer de la matière organique qui pourra être oxydée ultérieurement). Cependant, l’énergie libérée lors de cette oxydation n’est pas directement utilisable par les cellules, elle est captée par un intermédiaire qui, dans l’immense majorité des cas, se révèle être l’ATP. En effet, de très nombreux évènements cellulaires ou réactions métaboliques énergétiquement défavorables peuvent se dérouler grâce à la rupture de la liaison phosphodiester riche en énergie d’une molécule d’ATP. Le Transport actif effectué par l’ATPase sodium potassium, qui assure le maintien des et l’équilibres ioniques de part et d’autre des membranes cellulaires, en permettant le passage du sodium et du potassium tous deux contre leurs gradients électrochimiques respectifs ; La synthèse d’acétylcholine (l’un des principaux neuromédiateurs) à partir d’acétate et de choline selon la réaction, (acétate + choline + ATP → Acétylcholine + ADP + Pi).
L’ATP est le donneur immédiat d’énergie libre le plus important dans les systèmes biologiques. Ce rôle d’intermédiaire, couplé au fait que les stocks d’ATP ne sont pas très importants, cette molécule est soumise à un renouvellement intense, ce qui nécessite une production permanente, rapide et importante. chez l’homme, la consommation énergétique moyenne d’un individu est estimé à 8 360 k joules, l’équivalent de 2 000 kcal par 24 heures. Cette énergie contenue dans les molécules organiques vient généralement des glucides et des lipides, doit servir à fabriquer de l’ATP avant d’être utilisée par les cellules. Le rendement de cette synthèse est nécessairement inférieur à 1, de l’ordre de 0,5 et le reste étant perdu sous forme de chaleur. En fin 4180 k joules (1 000 kcal) qui seront stockés transitoirement dans les molécules d’ATP puis utilisés par les cellules.
L’ATP dans les voies de régulation
L’ATP participe à la régulation à travers plusieurs mécanismes. Le premier correspond à la phosphorylation. Par définition une réaction de phosphorylation correspond à l’ajout d’un groupement phosphate sur une molécule, ce groupement phosphate provenant d’un ATP donneur. Les enzymes catalysant ce type de réaction sont appelées des kinases. Précisons qu’il faut distinguer cette réaction de phosphatation, qui correspond également à un ajout d’un groupement phosphate sur une molécule mais à partir d’un phosphate inorganique. Les enzymes catalysant ce deuxième type de réaction sont appelées phosphorylases, mais inversement, les enzymes qui enlèvent un groupe phosphate d’une molécule appelés phosphatases.
Les phosphorylations ont souvent un impact sur l’activité des molécules ainsi phosphorylées. Le cas le plus classique est l’activation ou l’inhibition de l’activité d’une enzyme, comme le cas de la glycogène synthase, cette enzyme est impliquée dans la synthèse du glycogène, elle est inactive à l’état phosphorylé et active à l’état déphosphorylé. Les phosphorylations peuvent également réguler des molécules autres que des enzymes. La phosphorylation de la chaîne légère de la myosine par la MLCK (Myosine Light Chain Kinase), kinase permet l’interaction des protéines musculaires, actine-myosine et la contraction musculaire dans le muscle lisse.
L’ATP peut également intervenir directement dans la régulation de l’activité de certaines enzymes en tant qu’effecteur allostérique. D’une manière générale, un effecteur allostérique est une molécule qui se lie à une enzyme sur un site spécifique, qui ne participe pas à la réaction chimique catalysée, mais qui va modifier l’affinité de l’enzyme pour les substrats et du coup modifier son activité. Par définition, un effecteur allostérique ne peut exister que pour des enzymes allostériques possédant plus d’une seule sous-unité. L’ATP est un effecteur allostérique classique de nombreuses enzymes intervenant dans le métabolisme, ce qui peut être interprété comme le moyen d’adapter finement et extrêmement rapidement l’activité métabolique à l’état énergétique des cellules. C’est une enzyme tétramèrique constituée de 4 sous-unités. L’ATP est un effecteur allostérique de cette enzyme, mais aussi un substrat. L’ATP-substrat et l’ATP-effecteur allostérique se fixent sur des sites différents. L’ATP agit comme un inhibiteur de cette réaction, l’interprétation étant la suivante : lorsque la charge énergétique de la cellule est forte, le rapport ATP/ADP est élevé, dans ce cas, il n’est pas nécessaire de produire beaucoup d’ATP. L’inhibition de la première étape qui mène vers la production d’ATP par l’ATP lui-même via la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transporteurs d’électrons va entraîner une diminution de la production.
