L'ATP (Adénosine TriPhosphate)
L'ATP, ou l'adénosine triphosphate, est la source d'énergie utilisée et stockée au niveau cellulaire. La structure de l'ATP est celle d'un nucléoside triphosphate, composé d'une base azotée (adénine), d'un ribose et de trois groupes phosphates liés en série.
Une molécule d'ATP :
En biologie, l'ATP (adénosine triphosphate) est un intermédiaire central dans le métabolisme énergétique avec un sucre, une base avec azote, et des phosphates.
Généralités
L''ATP capture l'énergie chimique obtenue à partir de la décomposition des molécules alimentaires et la libère pour alimenter d'autres processus cellulaires.
ATP est l'abréviation de Adénosine TriPhosphate, elle représente une molécule riche en énergie chimique, utilisée universellement par les cellules pour stocker l'énergie. Elle est produite pendant la photorespiration et la respiration cellulaire, et est consommée par de nombreuses enzymes dans la catalyse de nombreux processus chimiques.
La formule moléculaire de l'ATP est C10H16N5O13P3.
L'une des fonctions les plus importantes de l'ATP est de stocker, sous la forme d'énergie potentielle chimique, une grande quantité d'énergie pour les fonctions biologiques du métabolisme, et de se libérer quand un ou deux des phosphates sont séparés des molécules d'ATP.
L'adénine triphosphate (ATP) est utilisée pour alimenter la majorité des réactions cellulaires nécessitant de l'énergie, car elle possède un squelette adénosine auquel sont attachés trois groupes phosphate. L'ATP est composée de la molécule adénosine liée à trois groupes phosphate. L'adénosine est un nucléoside constitué de la base azotée adénine et du sucre ribose à cinq carbones. Les trois groupes phosphate, du plus proche au plus éloigné du sucre ribose, sont étiquetés alpha, bêta et gamma. Ensemble, ces groupes chimiques constituent une centrale énergétique. Les deux liaisons entre les phosphates sont des liaisons égales à haute énergie (liaisons phospho-anhydride) qui, lorsqu'elles sont rompues, libèrent suffisamment d'énergie pour alimenter diverses réactions et processus cellulaires.
Rôle de l'ATP en biologie
L'ATP est un ribonucléotide formé d'un sucre, le ribose (oligonucléotide), auquel sont reliés une base azotée en 1′, l'adénine, et trois phosphates en 5′. Chacun de ces trois phosphates porte une charge négative, ce qui crée des forces électrostatiques répulsives fragilisant les liaisons entre phosphates.
La rupture de chacune de ces liaisons libère de l'énergie utilisée par la cellule pour assurer ses différentes fonctions; cette réaction, exergonique, est couplée à de très nombreuses réactions, qui, elles sont par contre endergoniques.
L'ATP est une ATPase. Dans le cas d'une synthase ou synthétase, voir aussi l'ATP synthase.
Chez les eucaryotes, l'ATP est formée majoritairement par phosphorylation de l'ADP au niveau de la membrane mitochondriale interne ou de la membrane des thylacoïdes des chloroplastes grâce à l'énergie du gradient de protons, et au niveau des étapes finales de la glycolyse (formation du 3-phosphoglycérate et du pyruvate).
L'ATP est une molécule très instable. À moins d'être utilisée rapidement pour effectuer un travail, l'ATP se dissocie spontanément en ADP + Pi, et l'énergie libre libérée au cours de ce processus est perdue sous forme de chaleur. Pour exploiter l'énergie contenue dans les liaisons de l'ATP, les cellules utilisent une stratégie appelée couplage énergétique.
Dans la photosynthèse
Parmi les réactions chimiques de la photosynthèse végétale, la chlorophylle utilise la lumière du soleil pour propulser une chaîne de réactions qui emmagasine l'énergie, sous forme d'énergie chimique, dans la molécule chargée en énergie de l'ATP.
L'énergie chimique stockée dans l'ATP est utilisée par la plante dans de nombreuses réactions chimiques lorsque la plante a besoin d'énergie pour conduire une réaction de ce type, et souvent la prise d'ATP, qui est donnée "usée" (transformée en molécule) d'énergie inférieure appelée ADP).
La plante peut utiliser de nombreuses molécules comme source d'énergie chimique (par exemple, elle peut utiliser des molécules de stockage telles que l'amidon de plantes terrestres ou des molécules de transport, le saccharose).
Mais souvent, dans un premier temps, la molécule sélectionnée doit transférer son énergie à l'ATP : par des réactions chimiques, la molécule perd son énergie chimique et à son tour l'ADP est chargé d'énergie chimique sous la forme d'ATP.
Parmi les produits de la photosynthèse, l'oxygène n'est pas utilisé et est libéré dans l'environnement. À partir des produits de la photosynthèse, les réactions chimiques de biosynthèse peuvent se poursuivre pour construire toutes les autres molécules dont la plante a besoin (anabolisme).
Le glucose et ses dérivés sont utilisés par la plante de deux manières : d'une part, elle les utilise comme composants structuraux, avec lesquels le corps physique de chaque cellule de la plante (sous forme de cellulose) est formé. D'autre part, elle les utilise comme source d'énergie chimique, par exemple pour former plus d'ATP quand il est rare.
Bien que, pendant le processus de photosynthèse, la plante consomme une partie de l'énergie solaire pour former de l'ATP, elle ne suffit pas à couvrir ses besoins (surtout lorsque la plante n'est pas exposée à la lumière, et dans les organes qui ne sont pas photosynthétiques).
La plante doit donc recourir au glucose et à d'autres dérivés stockés ou transportés pour les utiliser comme source d'énergie chimique, principalement dans le processus de respiration cellulaire, où les plantes respirent également de l'oxygène.
Molécule haute énergie
Le statut de molécule à haute énergie de l'ATP provient de l'énergie chimique stockée entre ses groupes phosphates, en particulier la liaison entre les deuxième et troisième groupes phosphates. Ces liaisons sont appelées liaisons phosphoanhydrides (figure 1). Dans la queue phosphate, les trois groupes phosphates portent une charge négative. Par conséquent, ces charges entraînent une répulsion mutuelle lorsque les groupes phosphates sont regroupés. Cela rend la molécule d'ATP intrinsèquement instable.
L'ATP peut être hydrolysé par addition d'eau, ce qui rompt les liaisons entre les groupes phosphate. La liaison phosphoanhydride terminale entre les deuxième et troisième groupes phosphate se rompt et libère une quantité importante d'énergie. L'ADP et un phosphate inorganique sont les produits de cette réaction de rupture de liaison.
Ces produits, l'ADP et le phosphate inorganique, ont une capacité de transport d'énergie inférieure (c'est-à-dire plus stables) que les réactifs, l'ATP et l'eau, en raison du nombre réduit de phosphates et du nombre réduit de liaisons entre les groupes phosphate. Cela signifie que de l'énergie a été libérée au cours de la réaction, ce qui la rend énergétiquement favorable. Une réaction libératrice d'énergie comme celle-ci est appelée réaction exergonique.
Hydrolyse
Dans l'hydrolyse de l'ATP, l'une de ces liaisons anhydride d'acide est en cours d'hydrolyse. La formation de nouvelles liaisons en hydrolyse permet la libération de haute énergie, exactement 7,7 kcal / mol. C'est-à-dire : ΔG = -7,7 kcal/mol ou -31 KJ/mol environ, ce qui est identique.
C'est une réaction très exergonique : le keq est de 11.
L'hydrolyse de l'ATP :
Les liaisons à haute énergie de l'ATP peuvent être rompues par l'ajout d'eau, ce qui libère de grandes quantités d'énergie en plus de l'ADP et d'un phosphate inorganique.
On comprend ainsi que l'ATP a tendance à s'hydrolyser naturellement et à libérer de l'énergie. Les raisons chimiques de cette tendance sont triples :
- L'énergie de stabilisation par résonance : elle est donnée par la délocalisation électronique, c'est-à-dire qu'en raison de l'électronégativité différente entre le P et le O, il y a déplacement des électrons des doubles liaisons vers O. Dans la double liaison ils ont un certain caractère du simple et vice versa.
- L'énergie de stabilisation par résonance est plus élevée dans les produits d'hydrolyse que dans l'ATP. Ceci est principalement dû au fait que les électrons π (les points rouges dans l'O) des oxygènes de pont entre les P sont fortement attirés par les groupes phosphoriques.
- La compétition pour les électrons π crée une tension dans la molécule évidemment plus petite (ou absente) dans les produits d'hydrolyse. Par conséquent, l'énergie de stabilisation par résonance est plus élevée dans les produits d'hydrolyse.
- La tension électrique entre les charges négatives voisines dans l'ATP (les flèches entre les O du Pi). Cette tension est évidemment inférieure dans les produits d'hydrolyse.
- La solvation : la tendance naturelle est à une plus grande solvatation. L'énergie de solvatation est plus élevée dans les produits d'hydrolyse que dans l'ATP.
Il existe de nombreuses liaisons à haute énergie dans la cellule, dont la plupart sont des liaisons phosphate. L'ATP occupe une position intermédiaire entre les phosphates à haute énergie.
En rapport avec "ATP"
L'adénosine est un nucléoside formé par la liaison de l'adénine à un anneau de ribose (ribofuranose) par une liaison bêta-N9 glycosidique.
L'adénosine triphosphate (ATP) est une molécule qui transporte l'énergie à l'intérieur des cellules.
L'ATP synthase est une enzyme omniprésente, observée dans diverses membranes transductrices d'énergie, telles que les membranes thylakoïdes des chloroplastes...
Les ATPases sont un groupe d'enzymes qui synthétisent ou hydrolysent l'ATP. Un gradient de protons à travers les membranes mitochondriales est le moteur...