Contenu
- La structure de l'ATP
- Comment la respiration cellulaire produit-elle de l'ATP
- Glycolyse
- Le cycle de Krebs
- La chaîne de transport d'électrons
- Quelle quantité d'ATP est produite à chaque phase de la respiration cellulaire?
- Pourquoi les cellules ont-elles besoin d'ATP?
- Quels processus utilisent l'ATP?
ATP (adénosine triphosphate) est une molécule organique présente dans les cellules vivantes. Les organismes doivent pouvoir se déplacer, se reproduire et se nourrir.
Ces activités prennent de l’énergie et sont basées sur réactions chimiques à l'intérieur des cellules qui composent l'organisme. L'énergie nécessaire à ces réactions cellulaires provient de la molécule d'ATP.
C'est la source de combustible privilégiée pour la plupart des êtres vivants et est souvent appelée "unité moléculaire de la monnaie".
La structure de l'ATP
La molécule d'ATP a trois parties:
L'énergie est stockée dans les liens entre les groupes phosphate. Les enzymes peuvent détacher un ou deux des groupes phosphate, libérant ainsi l’énergie emmagasinée et alimentant des activités telles que la contraction musculaire. Lorsque l’ATP perd un groupe phosphate, il devient ADP ou l'adénosine diphosphate. Lorsque l’ATP perd deux groupes phosphate, il passe à AMP ou l'adénosine monophosphate.
Comment la respiration cellulaire produit-elle de l'ATP
Le processus de respiration au niveau cellulaire comprend trois phases.
Dans les deux premières phases, les molécules de glucose sont décomposées et du CO2 est produit. Un petit nombre de molécules d'ATP sont synthétisées à ce stade. La majeure partie de l’ATP est créée au cours de la troisième phase de la respiration via un complexe protéique appelé ATP synthase.
La réaction finale dans cette phase combine une demi-molécule d'oxygène avec de l'hydrogène pour produire de l'eau. Les réactions détaillées de chaque phase sont les suivantes:
Glycolyse
Une molécule de glucose à six carbones reçoit deux groupes phosphates provenant de deux molécules ATP, en les transformant en ADP. Le phosphate de glucose à six carbones est décomposé en deux molécules de sucre à trois carbones, chacune avec un groupe phosphate attaché.
Sous l'action de la coenzyme NAD +, les molécules de phosphate de sucre deviennent des molécules de pyruvate à trois carbones. La molécule NAD + devient NADH, et les molécules d'ATP sont synthétisées à partir d'ADP.
Le cycle de Krebs
Le cycle de Krebs est aussi appelé le le cycle de l'acide citrique, et il achève la décomposition de la molécule de glucose tout en générant plus de molécules d’ATP. Pour chaque groupe pyruvate, une molécule de NAD + est oxydée en NADH et le coenzyme A délivre un groupe acétyle au cycle de Krebs tout en libérant une molécule de dioxyde de carbone.
À chaque tour du cycle par l'acide citrique et ses dérivés, le cycle produit quatre molécules de NADH pour chaque entrée de pyruvate. Dans le même temps, la molécule FAD prend deux hydrogènes et deux électrons pour devenir FADH2, et deux autres molécules de dioxyde de carbone sont libérées.
Enfin, une seule molécule d'ATP est produite par tour de cycle.
Étant donné que chaque molécule de glucose produit deux groupes d’entrée de pyruvate, deux cycles du cycle de Krebs sont nécessaires pour métaboliser une molécule de glucose. Ces deux tours produisent huit molécules de NADH, deux molécules de FADH2 et six molécules de dioxyde de carbone.
La chaîne de transport d'électrons
La phase finale de la respiration cellulaire est la chaîne de transport d'électrons ou ETC. Cette phase utilise l'oxygène et les enzymes produites par le cycle de Krebs pour synthétiser un grand nombre de molécules d'ATP dans un processus appelé phosphorylation oxydative. NADH et FADH2 font initialement don d'électrons à la chaîne, et une série de réactions génère de l'énergie potentielle pour créer des molécules d'ATP.
Tout d'abord, les molécules de NADH deviennent NAD + à mesure qu'elles donnent des électrons au premier complexe protéique de la chaîne. Les molécules FADH2 donnent des électrons et des hydrogènes au second complexe protéique de la chaîne et deviennent FAD. Les molécules NAD + et FAD sont renvoyées dans le cycle de Krebs en tant qu'entrées.
Comme les électrons parcourent la chaîne dans une série de réduction et d'oxydation, ou rédox l’énergie libérée est utilisée pour pomper les protéines à travers une membrane, que ce soit la membrane cellulaire procaryotes ou dans les mitochondries pour eucaryotes.
Lorsque les protons rediffusent à travers la membrane via un complexe protéique appelé ATP synthase, l’énergie du proton est utilisée pour lier un groupe phosphate supplémentaire à des molécules d’ATP créant de l’ADP.
Quelle quantité d'ATP est produite à chaque phase de la respiration cellulaire?
L'ATP est produit à chaque stade de la respiration cellulaire, mais les deux premiers stades sont axés sur la synthèse de substances pour l'utilisation du troisième stade où se déroule l'essentiel de la production d'ATP.
La glycolyse utilise d’abord deux molécules d’ATP pour la scission d’une molécule de glucose, puis crée quatre molécules d’ATP gain net de deux. Le cycle de Krebs produit deux autres molécules d'ATP pour chaque molécule de glucose utilisée. Enfin, l’ETC utilise des donneurs d’électrons des étapes précédentes pour produire 34 molécules d'ATP.
Les réactions chimiques de la respiration cellulaire produisent donc un total de 38 molécules d'ATP pour chaque molécule de glucose qui entre dans la glycolyse.
Dans certains organismes, deux molécules d'ATP sont utilisées pour transférer le NADH de la réaction de glycolyse dans la cellule dans la mitochondrie. La production totale d'ATP pour ces cellules est de 36 molécules d'ATP.
Pourquoi les cellules ont-elles besoin d'ATP?
En général, les cellules ont besoin d’ATP pour produire de l’énergie, mais l’énergie potentielle provenant des liaisons phosphate de la molécule d’ATP peut être utilisée de différentes manières. Les caractéristiques les plus importantes de l'ATP sont:
La troisième liaison de groupe phosphate est la le plus énergique, mais en fonction du processus, une enzyme peut rompre une ou deux des liaisons phosphate. Cela signifie que les groupes phosphate deviennent temporairement attachés aux molécules d'enzyme et que l'ADP ou l'AMP est produit. Les molécules ADP et AMP sont ensuite transformées en ATP pendant la respiration cellulaire.
le molécules d'enzyme transférer les groupes de phosphate à d'autres molécules organiques.
Quels processus utilisent l'ATP?
L'ATP est présent dans les tissus vivants et peut traverser les membranes cellulaires pour délivrer de l'énergie là où les organismes en ont besoin. Trois exemples d'utilisation d'ATP sont les suivants: synthèse de molécules organiques contenant des groupes phosphates, les réactions facilité par l'ATP et transport actif de molécules à travers les membranes. Dans chaque cas, l'ATP libère un ou deux de ses groupes phosphate pour permettre le déroulement du processus.
Par exemple, les molécules d’ADN et d’ARN sont constituées de nucléotides pouvant contenir des groupes phosphate. Les enzymes peuvent détacher les groupes phosphates de l'ATP et les ajouter aux nucléotides selon les besoins.
Pour les processus impliquant des protéines, acides aminés ou des produits chimiques utilisés pour la contraction musculaire, l'ATP peut attacher un groupe phosphate à une molécule organique. Le groupe phosphate peut éliminer des parties ou aider à effectuer des ajouts à la molécule puis à la relâcher après l'avoir modifiée. Dans les cellules musculaires, ce type d'action est effectué pour chaque contraction de la cellule musculaire.
En transport actif, l'ATP peut traverser les membranes cellulaires et y amener d'autres substances. Il peut également attacher des groupes phosphate à des molécules pour changer leur forme et leur permettre de passer à travers les membranes cellulaires. Sans ATP, ces processus cesseraient et les cellules ne pourraient plus fonctionner.