Des enzymes appelées kinases catalysent le transfert des groupes phosphoryles aux molécules organiques. La source du groupe phosphoryle dans la plupart des réactions de phosphorylation est une molécule appelée adénosine triphosphate, en abrégé ATP.
Notez que la molécule comporte essentiellement trois parties : une base nucléosidique adénine, un sucre à cinq carbones (ribose) et un groupe triphosphate. Les trois phosphates sont désignés par les lettres grecques a, b et g. L’adénosine diphosphate (ADP) et l’adénosine monophosphate (AMP) sont également des acteurs importants dans les réactions de ce chapitre.
Vous verrez l’ATP, l’ADP et l’AMP abrégés de nombreuses manières différentes dans ce texte et dans toute la littérature biochimique. Par exemple, les trois structures ci-dessous sont toutes des représentations abrégées de l’ATP:
L’exercice suivant vous permettra de vous entraîner à reconnaître les différentes abréviations des molécules biologiques qui contiennent des groupes phosphates.
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Exercice 10.2 : Vous trouverez ci-dessous un certain nombre de représentations, étiquetées A-S, de molécules qui contiennent des groupes phosphoryles. Différentes abréviations sont utilisées. Classez A-S en groupes de dessins qui représentent la même molécule, en utilisant des abréviations différentes (ou pas d’abréviation du tout).
Lorsque nous parlons de l’énergie d’une molécule d’ATP qui est « dépensée », ce que nous voulons dire, c’est qu’un groupe phosphoryle est transféré de l’ATP à une autre molécule acceptrice, rendant cette dernière plus réactive. Par exemple, dans de nombreuses réactions de transfert de phosphoryle (comme la phosphorylation du glucose, que nous avons utilisée comme exemple dans la section 10.1D), le phosphate gamma (γ) de l’ATP est transféré à un accepteur organique, libérant de l’ADP.
Dans d’autres réactions, la base, le ribose, et le phosphate alpha sont transférés à la molécule organique pour former un adduit organique-AMP, tandis que le pyrophosphate inorganique (PPi) est libéré.
Occasionnellement, les groupes phosphate bêta et gamma sont transférés ensemble, avec libération d’AMP.
Dans toutes ces réactions, une molécule organique relativement stable est transformée en un produit phosphorylé de plus haute énergie. Ce produit activé peut ensuite réagir d’une manière que son homologue non phosphorylé, plus stable, ne pourrait pas faire – les groupes phosphoryles, comme nous le savons, sont de bien meilleurs groupes partants dans les réactions de substitution nucléophile que le groupe hydroxyle des alcools. Même si la conversion d’un composé de départ à faible énergie en un produit à plus haute énergie est, en soi, un processus thermodynamiquement ascendant, la réaction globale de transfert de phosphoryle est thermodynamiquement descendante, car la conversion de l’ATP en ADP ou AMP – la rupture d’une liaison anhydride phosphate – libère une grande quantité d’énergie. En d’autres termes, l’énergie stockée dans la liaison phosphate-anhydride de l’ATP a été « dépensée » pour créer une molécule activée (plus énergétique). Lorsque l’AMP ou l’ADP est reconverti en ATP, l’énergie des molécules de carburant (ou de la lumière du soleil) est nécessaire pour reformer la liaison anhydride à haute énergie (ce processus fait l’objet d’une discussion plus loin dans cette section)
L’explication de la raison pour laquelle les liaisons anhydrides de phosphate dans l’ATP sont si énergétiques réside principalement dans le concept de séparation des charges. Rappelez-vous de la section 10.1. L’ATP, au pH physiologique de ~7, est presque complètement ionisé avec une charge totale proche de -4. Lorsque l’une des deux liaisons anhydride est rompue, les charges négatives des groupes phosphate peuvent se séparer, éliminant ainsi une partie de la répulsion de même charge qui existait dans l’ATP. Une façon d’imaginer cela est comme une bobine qui s’ouvre par ressort.
Une autre raison est liée à l’énergie de solvatation par l’eau. Lorsque le phosphate gamma de l’ATP est transféré à un alcool, par exemple, les molécules d’eau environnantes sont capables de former plus d’interactions de liaison hydrogène avec les produits (ADP et le phosphate organique) que ce qui était possible avec l’ATP et l’alcool. Ces interactions de solvatation supplémentaires stabilisent les produits de la réaction de phosphorylation par rapport aux composés de départ.
Vous en saurez plus sur le rôle thermodynamique de l’ATP dans les voies métaboliques si vous suivez un cours de biochimie – ce qu’il est le plus important de comprendre à ce stade, c’est que, grâce à l’énergie stockée dans ses liaisons anhydride phosphate, l’ATP est un puissant donneur de groupe phosphoryle, et est utilisé comme tel dans de nombreuses réactions biochimiques importantes. Quelques exemples sont abordés dans la suite de cette section.
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