Adénosine triphosphate
Pour les articles homonymes, voir ATP.| Adénosine triphosphate | |
|---|---|
   Structure moléculaire de l'adénosine triphosphate. | |
| Identification | |
| No CAS | |
| No EINECS | |
| PubChem | |
| ChEBI | |
| SMILES | |
| InChI | |
| Propriétés chimiques | |
| Formule brute | C10H16N5O13P3 [Isomères] |
| Masse molaire[1] | 507,181 ± 0,014 g/mol C 23,68 %, H 3,18 %, N 13,81 %, O 41,01 %, P 18,32 %, |
| pKa | 6,5 |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 187 °C (décomposition du sel de disodium) |
| Masse volumique | 1,04 g·cm-3 (sel de disodium) |
L’adénosine-5′-triphosphate (ATP) est la molécule qui, dans la biochimie de tous les organismes vivants connus, fournit par hydrolyse l'énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme. C'est le précurseur d'un certain nombre de cofacteurs enzymatiques essentiels, comme le NAD+ ou la coenzyme A, et c'est une coenzyme de transfert de groupements phosphate associée de manière non covalente aux enzymes de la classe des kinases (on parle de cosubstrat). L'ATP a été découverte en 1929 par Karl Lohmann, mais sa véritable structure n'a été découverte que quelques années plus tard. Cette molécule a été synthétisée en laboratoire pour la première fois en 1948 par Alexander Robert Todd.
Structure
L'adénosine triphosphate est un nucléotide triphosphate constitué :
- d'adénosine, c'est-à-dire d'adénine et de ribose (β-D-ribofurannose) ;
- de trois groupements phosphate. Les groupements phosphate, en commençant par le groupe le plus proche du ribose, sont dénommés alpha (α), bêta (β) et gamma (γ) phosphate. Par conséquent, comme un nucléotide, c'est essentiellement un monomère d'ARN.
Propriétés chimiques et physiques
L'ATP est très soluble dans l'eau et est assez stable dans des solutions avec un pH compris entre 6,8 et 7,4.
Rôle
Le rôle principal de l'adénosine triphosphate est de fournir l’énergie nécessaire aux réactions chimiques des cellules. C’est un nucléotide servant à stocker et transporter l’énergie.
Source d'énergie
Du fait de la présence de liaisons riches en énergie (celles liant les groupements phosphate sont des liaisons anhydride phosphorique), cette molécule est utilisée chez les êtres vivants pour fournir de l'énergie aux réactions chimiques qui en consomment. L'ATP est la réserve d'énergie de la cellule.
La réaction d'hydrolyse de l'adénosine triphosphate en adénosine diphosphate et phosphate inorganique[2] HPO42- est une réaction exergonique dont la variation d'enthalpie libre standard vaut −30,5 kJ⋅mol-1 :
Au contraire, la réaction de synthèse de l'adénosine triphosphate à partir d'adénosine diphosphate et de phosphate inorganique est une réaction endergonique dont la variation d'enthalpie libre standard vaut 30,5 kJ⋅mol-1 :
La réaction d'hydrolyse de l'ATP en adénosine monophosphate et pyrophosphate inorganique HP2O73- est une réaction encore davantage exergonique dont la variation d'enthalpie libre standard vaut −45,6 kJ⋅mol-1 :
L'énergie est donc stockée dans les liaisons entre les groupements phosphate. La stabilité de ces liaisons en solution est assurée par leur énergie d'activation, que les enzymes ont la capacité d'abaisser pour en faciliter l'hydrolyse.
Si l'énergie est ainsi stockée dans les liaisons anhydrides, on peut se demander quel est l'intérêt pour les êtres vivants de synthétiser la molécule entière, et non uniquement des pyrophosphates libres. La réponse est probablement dans la capacité des enzymes à reconnaitre l'ATP, plus aisée à hydrolyser spécifiquement que des pyrophosphates libres, très semblables à tous les groupements phosphate présents dans les biomolécules.
L'ADP peut être phosphorylée par la chaîne respiratoire des mitochondries et des procaryotes ou par les chloroplastes végétaux pour redonner de l'ATP. Le coenzyme ATP/ADP est un donneur d'énergie universel, et c'est la principale source d'énergie directement utilisable par la cellule. Chez l'humain, l'ATP constitue la seule énergie utilisable par le muscle.
Messager cellulaire
L'adénosine monophosphate cyclique (ou AMPc) est produite à partir d'ATP par l'adénylcyclase, une enzyme membranaire activée par une hormone dont elle constitue un second messager intracellulaire.
Contraction musculaire
L’adénosine triphosphate est un élément clé de la contraction musculaire, sans lequel nous serions incapables d’effectuer le moindre mouvement.
En effet, c’est sa présence et sa déphosphorylation (perte d’un groupement phosphate) qui permet la contraction musculaire par transformation de l’énergie chimique de la réaction en énergie mécanique. Il y a un déplacement physique des filaments, composants des fibres musculaires, les uns par rapport aux autres.
Les muscles sont composés de filaments de myosine épais et d’actine fins. Ils sont disposés de manière alternée, et forment des sarcomères, unité structurale du muscle. La taille du sarcomère, qui diminue pendant la contraction, permet de visualiser l’impact physique de la contraction du muscle.
Il y a des têtes de myosine fixées sur les filaments d’actine en temps normal. Lorsque l’ATP se fixe à ces têtes semblables à de petits crochets, elles se détachent de l’actine. L’ATP se transforme en ADP en perdant un groupement phosphate (phosphate inorganique). Cette réaction qui fournit de l’énergie chimique permet aux têtes de myosine de se fixer sur l’actine à nouveau, mais cette fois plus loin du centre du sarcomère qu’auparavant. En relâchant l’ADP, les têtes de myosine pivotent vers le centre du sarcomère, retournant ainsi à leur position initiale, en tirant les filaments d’actine.
De ce fait, la taille des sarcomères est réduite (contraction du muscle) grâce à la réaction exo-énergétique de la déphosphorylation de l’ATP.
Stockage de l'ATP
Les stocks d'ATP de l'organisme ne dépassent pas quelques secondes de consommation. En principe, l'ATP est produite en permanence, et tout processus qui bloque sa production (ce qui est le cas de certains gaz de combat conçus à cet effet, ou de poisons, comme le cyanure, qui bloque la chaîne respiratoire, ou l'arsenic qui remplace le phosphore et rend inutilisables les molécules phosphorées) provoque en conséquence une mort rapide de l'organisme contaminé.
C'est alors qu'interviennent les molécules de créatine : elles lient un phosphate par une liaison riche en énergie tout comme l'ATP. L'ADP peut donc ainsi redevenir de l'ATP par couplage avec l'hydrolyse de la créatine-phosphate. La créatine recycle donc en quelque sorte le phosphate libéré par hydrolyse de la molécule d'ATP originale. Elle permet de conserver une énergie aussi facilement mobilisable que l'ATP, sans pour autant épuiser les réserves d'ATP.
L'ATP ne pouvant être stockée à l'état brut excepté au sein des vésicules synaptiques, seuls des intermédiaires de la chaîne de production de l'ATP peuvent être stockés. Exemple du glycogène qui pourra se transformer en glucose et alimenter la glycolyse si l'organisme a besoin de plus d'ATP. L'équivalent végétal du glycogène est l'amidon. L'énergie peut aussi être stockée sous forme de graisses, par néo-synthèse d'acides gras.
Notes et références
- ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- ↑ Biologie moléculaire de la cellule Par Harvey Lodish, Arnold Berk, Paul Matsudaira, James Darnell, Chris A. Kaiser, Pierre L. Masson - page 301
Voir aussi
- ATPase
- ATP synthase
- Cycle de Krebs
- Métabolisme
- Respiration cellulaire
- Mitochondrie
- Liste d'abréviations de biologie cellulaire et moléculaire
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