Fonction
L’hydrolyse de l’ATP fournit l’énergie nécessaire à de nombreux processus essentiels dans les organismes et les cellules. Parmi ceux-ci figurent la signalisation intracellulaire, la synthèse de l’ADN et de l’ARN, la signalisation purinergique, la signalisation synaptique, le transport actif et la contraction musculaire. Ces sujets ne constituent pas une liste exhaustive mais incluent certains des rôles vitaux que l’ATP remplit.
L’ATP dans la signalisation intracellulaire
La transduction du signal repose fortement sur l’ATP. L’ATP peut servir de substrat aux kinases, les protéines de liaison à l’ATP les plus nombreuses. Lorsqu’une kinase phosphoryle une protéine, une cascade de signalisation peut être activée, conduisant à la modulation de diverses voies de signalisation intracellulaire. L’activité des kinases est vitale pour la cellule et doit donc être étroitement régulée. La présence de l’ion magnésium contribue à réguler l’activité des kinases. La régulation se fait par l’intermédiaire des ions magnésium qui existent dans la cellule sous forme d’un complexe avec l’ATP, lié aux centres d’oxygène phosphaté. Outre l’activité kinase, l’ATP peut fonctionner comme un déclencheur ubiquitaire de la libération de messagers intracellulaires. Ces messagers comprennent des hormones, diverses enzymes, des médiateurs lipidiques, des neurotransmetteurs, de l’oxyde nitrique, des facteurs de croissance et des espèces réactives de l’oxygène. Un exemple d’utilisation de l’ATP dans la signalisation intracellulaire peut être observé dans l’ATP agissant comme un substrat pour l’adénylate cyclase. Ce processus se produit principalement dans les voies de signalisation des récepteurs couplés aux protéines G. En se liant à l’adénylate cyclase, l’ATP se transforme en AMP cyclique, qui contribue à signaler la libération du calcium des réserves intracellulaires. L’AMP cyclique a d’autres rôles, notamment celui de messager secondaire dans les cascades de signalisation des hormones, l’activation des protéines kinases et la régulation de la fonction des canaux ioniques.
Synthèse d’ADN/ARN
La synthèse d’ADN et d’ARN nécessite de l’ATP. L’ATP est l’un des quatre monomères nucléotides-triphosphates qui est nécessaire lors de la synthèse de l’ARN. La synthèse de l’ADN utilise un mécanisme similaire, sauf que dans la synthèse de l’ADN, l’ATP se transforme d’abord en retirant un atome d’oxygène du sucre pour donner le désoxyribonucléotide, dATP.
Signalisation purinergique
La signalisation purinergique est une forme de signalisation paracrine extracellulaire qui est médiée par les nucléotides puriques, dont l’ATP. Ce processus implique généralement l’activation des récepteurs purinergiques sur les cellules à proximité, transposant ainsi des signaux pour réguler les processus intracellulaires. L’ATP est libéré des réserves vésiculaires et est régulé par l’IP3, en plus d’autres mécanismes de régulation exocytotiques courants. L’ATP est stocké et libéré en même temps que les neurotransmetteurs, ce qui confirme l’idée que l’ATP est un médiateur nécessaire de la neurotransmission purinergique dans les nerfs sympathiques et parasympathiques. L’ATP peut induire plusieurs réponses purinergiques, y compris le contrôle des fonctions autonomes, les interactions entre la glie neurale, la douleur et le contrôle du tonus des vaisseaux.
Neurotransmission
Le cerveau est le plus grand consommateur d’ATP de l’organisme, consommant environ vingt-cinq pour cent de l’énergie totale disponible. Une grande quantité d’énergie est dépensée pour maintenir les concentrations ioniques pour une signalisation neuronale adéquate, ainsi que pour la transmission synaptique. La transmission synaptique est un processus exigeant en énergie. Au niveau du terminal présynaptique, l’ATP est nécessaire pour établir des gradients ioniques qui transportent les neurotransmetteurs dans les vésicules et pour amorcer les vésicules en vue de leur libération par exocytose. Ce processus dépend de l’ATP qui rétablit la concentration ionique dans l’axone après chaque potentiel d’action, permettant ainsi à un autre signal de se produire. Le transport actif est responsable de la restauration des concentrations d’ions sodium et potassium aux valeurs de base après l’apparition d’un potentiel d’action par l’intermédiaire de la Na/K ATPase. Au cours de ce processus, une molécule d’ATP est hydrolysée, trois ions sodium sont transportés hors de la cellule et deux ions potassium sont ramenés dans la cellule, les deux se déplaçant à l’encontre de leurs gradients de concentration.Les potentiels d’action qui se déplacent le long de l’axone déclenchent la libération vésiculaire lorsqu’ils atteignent la borne présynaptique. Après avoir établi les gradients ioniques, les potentiels d’action se propagent ensuite le long de l’axone par la dépolarisation de l’axone, envoyant un signal vers la borne. Environ un milliard d’ions sodium sont nécessaires pour propager un seul potentiel d’action. Les neurones devront hydrolyser près d’un milliard de molécules d’AT pour rétablir la concentration en ions sodium/potassium après chaque dépolarisation cellulaire.Les synapses excitatrices dominent largement la matière grise du cerveau. Des vésicules contenant du glutamate vont être libérées dans la fente synaptique pour activer les récepteurs glutaminergiques excitateurs postsynaptiques. Le chargement de ces molécules nécessite de grandes quantités d’ATP en raison des près de quatre mille molécules de glutamate stockées dans une seule vésicule. D’importantes réserves d’énergie sont nécessaires pour initier la libération de la vésicule, entraîner les processus glutamatergiques postsynaptiques et recycler la vésicule ainsi que le glutamate restant. Par conséquent, en raison des grandes quantités d’énergie nécessaires au conditionnement du glutamate, les mitochondries se trouvent à proximité des vésicules glutamatergiques.
L’ATP dans la contraction musculaire
La contraction musculaire est une fonction nécessaire de la vie quotidienne et ne pourrait pas se produire sans ATP. L’ATP joue trois rôles principaux dans l’action de la contraction musculaire. Le premier est la génération de la force contre les filaments d’actine adjacents par le cycle des ponts croisés de la myosine. Le deuxième est le pompage des ions calcium du myoplasme à travers le réticulum sarcoplasmique contre leurs gradients de concentration en utilisant le transport actif. La troisième fonction remplie par l’ATP est le transport actif des ions sodium et potassium à travers le sarcolemme, de sorte que les ions calcium puissent être libérés lorsque l’entrée est reçue. L’hydrolyse de l’ATP entraîne chacun de ces processus.