Comprendre l’ATP – les réponses à 10 questions sur l’énergie cellulaire

On ne transforme pas les aliments en énergie d’un simple claquement de doigts. Par contre, la production d’énergie cellulaire à partir des aliments que l’on consomme est à ce point efficace qu’on pourrait croire qu’il s’agit d’un jeu d’enfant. Il reste que l’une des molécules les plus importantes de l’organisme travaille très fort pour produire de l’énergie cellulaire. Peut‑être n’en avez‑vous jamais entendu parler, mais il s’agit de l’ATP, ou adénosine triphosphate.

Le temps est maintenant venu de donner à l’ATP une attention bien méritée.

C’est l’ATP qui permet aux cellules d’utiliser l’énergie en provenance des aliments pour effectuer l’ensemble de leurs tâches. Ce véhicule énergétique se trouve dans toutes les cellules de l’organisme : les muscles, la peau, le cerveau, partout. Essentiellement, c’est l’ATP qui crée l’énergie cellulaire.

La production d’énergie cellulaire n’en demeure pas moins un processus complexe. Mais heureusement, il n’est pas nécessaire d’être un scientifique pour en comprendre les rouages. En parcourant les dix questions ci-dessous, vous obtiendrez des réponses simples qui vous permettront d’étendre vos connaissances sur le sujet. Apprenez d’abord les bases avant de passer aux détails des processus chimiques qui entrent en jeu.

1. Qu’est-ce que l’ATP?

L’ATP est la molécule transporteuse d’énergie la plus abondante dans l’organisme. Elle canalise l’énergie contenue dans les molécules des aliments et la libère pour fournir aux cellules l’énergie nécessaire à l’accomplissement de leur travail.

On peut concevoir l’ATP comme une monnaie d’échange entre les cellules de l’organisme. Les aliments que vous consommez sont transformés par la digestion en petites sous-unités de macronutriments. Les glucides en provenance de votre alimentation sont convertis en un sucre simple : le glucose.

Ce sucre simple possède un grand « pouvoir d’achat » d’énergie cellulaire. Toutefois, les cellules n’acceptent pas le glucose comme mode de paiement. Vous devez donc convertir votre glucose en une monnaie qui sera reçue par la cellule.

La monnaie acceptée est l’ATP. Le glucose est converti en ATP par le biais d’une chaîne complexe de réactions chimiques – la monnaie d’échange de l’organisme. Ce processus de conversion s’appelle la respiration cellulaire (ou métabolisme cellulaire).

À l’instar de la conversion d’argent d’une monnaie à une autre, l’énergie en provenance du glucose prend la forme de composés chimiques temporaires à la fin de chaque réaction. Le glucose passe par de nombreux autres composés avant que son énergie se stabilise sous forme d’ATP. Pas de souci. Nous verrons certains de ces composés à la question 4 portant sur la chaîne d’échange d’énergie.

2. Quel type de molécule est l’ATP?

L’acronyme ATP veut dire adénosine triphosphate. Ce nom complexe signifie qu’il s’agit d’un acide nucléique (une protéine) attaché à un sucre et à une chaîne phosphate. Ces chaînes sont composées de groupes d’atomes de phosphore et d’oxygène liés les uns aux autres. Fait intéressant : l’ATP est très semblable aux protéines qui se trouvent dans le matériel génétique.

3. Comment l’ATP transporte-t-elle l’énergie?

La chaîne phosphate est la partie de la molécule d’ATP qui transporte l’énergie. D’importantes réactions chimiques se produisent le long de cette chaîne.

Passons donc en revue certaines règles simples de chimie afin de mieux comprendre ce qui se passe. Lors de la formation de liaisons chimiques entre atomes et molécules, il y a stockage d’énergie. Cette énergie est retenue dans la liaison chimique jusqu’au moment où elle doit se briser.

Lorsque les liaisons chimiques se brisent, l’énergie est libérée. Dans le cas de l’ATP, il s’agit d’une grande quantité d’énergie qui aide la cellule à accomplir son travail. Tout excédent d’énergie quitte l’organisme sous forme de chaleur.

Les atomes qui forment la chaîne phosphate ayant une charge très négative, il faut que les liaisons chimiques dans l’ATP soient très fortes. En effet, ces atomes sont toujours à la recherche de molécules à charge positive avec lesquelles ils peuvent se lier. En quittant la chaîne phosphate, ces molécules peuvent enfin trouver l’équilibre recherché.

En résumé, il faut une grande quantité d’énergie pour maintenir l’intégrité de la chaîne phosphate à charge négative, car lorsque la chaîne est brisée par une force de charge positive, cette grande quantité d’énergie stockée est libérée à l’intérieur de la cellule.

4. D’où vient l’ATP?

Le glucose a pour tâche d’entamer le processus de conversion d’énergie qui permettra à l’ATP de fournir aux cellules le carburant dont elles ont besoin.

La première réaction chimique du processus de formation de l’ATP est la glycolyse. Au sens littéral, ce terme signifie « décomposer le glucose » (glyco = glucose et lyse = décomposer). Ce processus dépend de l’action de protéines qui séparent les molécules de glucose et créent un composé plus petit, le pyruvate.

Revenons maintenant aux formes temporaires que prend la monnaie d’échange d’énergie entre le glucose et l’ATP. Le pyruvate est le deuxième composé important qui se forme lors des réactions chimiques du processus de conversion d’énergie. Une fois produit, le pyruvate se déplace vers une région de la cellule qui se spécialise exclusivement dans la production d’énergie. Cette région s’appelle la mitochondrie.

Dans la mitochondrie, le pyruvate est converti en dioxyde de carbone et un autre composé, la coenzyme acétylique A. Le dioxyde de carbone produit à cette étape est évacué lors de l’expiration. La coenzyme acétylique A poursuit le processus de création d’ATP.

La prochaine réaction chimique fait appel à la coenzyme acétylique A pour créer du dioxyde de carbone additionnel, ainsi qu’une molécule transporteuse d’énergie, la nicotinamide adénine dinucléotide (NADH). La NADH est un composé particulier. Vous vous rappelez que les contraires s’attirent et que les composés de charge négative cherchent une charge positive afin d’atteindre un état d’équilibre? Il se trouve que la NADH est l’une de ces molécules de charge négative cherchant un partenaire de charge positive.

La NADH joue un rôle dans la dernière étape de la création d’ATP. En effet, l’adénosine diphosphate (ADP) précède l’adénosine triphosphate, et c’est la NADH qui aide l’ADP à créer l’ATP débordante d’énergie.

La charge négative de la NADH a recours à une protéine spéciale pour créer l’ATP. Cette protéine agit comme un aimant très puissant qui unit l’ADP à une molécule unique de phosphate, formant ainsi l’ATP. On se souvient que cette liaison chimique est très forte; il s’agit d’une grande puissance prête à être libérée!

On peut aussi voir l’ATP comme une pile rechargeable; elle passe par des cycles de haute énergie et de basse énergie. L’ATP est comparable à une pile complètement chargée dont l’énergie est drainée lorsque les liaisons sont brisées. Pour recharger la pile, une nouvelle liaison doit être formée.

Comme la NADH alimente la protéine qui combine l’ADP et le phosphate, on peut la concevoir comme un engrenage qui permet au cycle de se perpétuer. La NADH recharge constamment la pile de l’ATP afin qu’elle soit prête à être utilisée de nouveau.

Ces liaisons se forment et se brisent continuellement. L’énergie en provenance des aliments est convertie en énergie emmagasinée dans l’ATP. C’est ainsi que vos cellules ont la capacité de continuer à travailler pour vous maintenir en santé.

5. Où la production d’énergie cellulaire a-t-elle lieu?

La production d’ATP a lieu dans toutes les cellules de l’organisme. Le processus commence par la digestion du glucose dans l’intestin. Les cellules prennent ensuite le relais et le transforment en pyruvate qui se rend dans les mitochondries de la cellule, où l’ATP est finalement produite.

6. Qu’est-ce qu’une mitochondrie?

Les mitochondries − là où l’ATP est formée par la combinaison d’ADP et de phosphate − sont les centrales énergétiques de la cellule. Des protéines spéciales – celles qui sont alimentées par la NADH – sont intégrées à la membrane des mitochondries où elles produisent continuellement l’ATP dont la cellule a besoin.

7. Quelle quantité d’ATP une cellule produit-elle?

Le nombre de cellules dans l’organisme est gigantesque : 37 200 milliards pour être précis. De plus, la quantité d’ATP produite par une cellule type est tout aussi impressionnante.

En tout temps, environ un milliard de molécules d’ATP sont disponibles dans une seule cellule. Les cellules utilisent également toute cette ATP à un rythme effarant. Une cellule peut consommer la totalité de ses réserves d’ATP en seulement deux minutes!

8. Est-ce que toutes les cellules consomment de l’ATP?

Non seulement toutes nos cellules en consomment, mais tous les organismes vivants utilisent l’ATP comme monnaie énergétique. On trouve de l’ATP dans le cytoplasme de toutes les cellules. Le cytoplasme est l’espace au centre de la cellule. Il est rempli d’une substance appelée cytosol.

Tous les appareils de la cellule (organites), y compris les mitochondries, se trouvent dans le cytoplasme. Une fois synthétisée, l’ATP quitte la mitochondrie et voyage dans la cellule pour aller exécuter la tâche qui lui est confiée.

9. Est-ce que tous les aliments sont convertis en ATP?

Les lipides, les protéines et les glucides peuvent tous être transformés en énergie cellulaire. Même si le processus n’est pas identique pour tous les macronutriments, le résultat final est toujours la création d’énergie pour alimenter la cellule. La transformation des lipides et des protéines en ATP est toutefois moins simple et directe.

En ce qui concerne les sucres et les glucides simples, le processus est plutôt direct. Les liaisons chimiques sont brisées afin de décomposer tous les sucres en provenance de l’alimentation en glucose. Et vous savez déjà que le glucose démarre la production d’ATP.

Les lipides et les protéines doivent être décomposés en sous-unités plus simples avant de pouvoir participer à la production d’énergie cellulaire. Les lipides sont convertis en acides gras et en glycérol. Les protéines sont réduites en acides aminés, leurs éléments constitutifs.

Les acides aminés, les acides gras et le glycérol rejoignent le glucose dans le processus de production d’ATP. Ils fournissent à la cellule d’autres composés chimiques intermédiaires en cours de transformation.

Certains des nutriments que vous consommez − les fibres par exemple − ne sont ni digérés ni utilisés pour la production d’ATP. Votre organisme ne possède pas les enzymes adéquats pour la décomposition complète des fibres. Ces dernières transitent par le système digestif et quittent l’organisme sous forme de déchet.

Il n’y a toutefois pas lieu de vous inquiéter; même sans digérer les fibres, votre organisme déborde d’énergie à mesure que les aliments que vous consommez sont convertis en ATP.

10. Quels sont les nutriments qui favorisent la production d’énergie cellulaire?

Comme le maintien de l’énergie cellulaire joue un rôle crucial dans la santé, il existe de nombreux nutriments pour l’appuyer. Certains sont même classés comme nutriments essentiels et nombre d’entre eux font déjà partie intégrante de votre alimentation saine.

Voici les principaux nutriments à consommer pour favoriser une production d’énergie cellulaire saine :

• vitamine B1 (thiamine)
• vitamine B2 (riboflavine)
• vitamine B3 (niacine)
• vitamine B5 (acide pantothénique)
• vitamine B7 (biotine)
• vitamine B12 (cobalamine)
• vitamine C (participe à l’activité antioxydante)
• vitamine E (participe à l’activité antioxydante)
• coenzyme Q10 [https://askthescientists.com/qa/coenzyme-q10/]
• acide alpha-lipoïque
• cuivre
• magnésium
• manganèse
• phosphore

Le pouvoir de l’ATP

Sans la voie de production de l’ATP, votre organisme aurait de l’énergie à revendre sans pouvoir l’utiliser, ce qui serait néfaste à la fois pour votre corps et pour votre liste de tâches à accomplir. L’ATP est le transporteur d’énergie universel et la monnaie courante. Il possède toute l’énergie dont chaque cellule a besoin pour exécuter ses tâches. De plus, à l’instar d’une pile rechargeable, une fois qu’il est produit, l’ATP peut être utilisée encore et encore.

La prochaine fois que vous mangerez, pensez à tout le travail que votre organisme doit accomplir pour pouvoir utiliser cette énergie. Ensuite, mettez-vous à l’œuvre et utilisez cette énergie cellulaire pour faire de l’exercice ou pour aller au bout de votre journée. De plus, si vous avez consommé des aliments sains, pas de souci : vous ne risquez pas de manquer d’APT au cours de votre journée bien remplie.

À propos de l’auteure

Sydney Sprouse est une rédactrice scientifique indépendante basée à Forest Grove en Oregon. Elle détient un baccalauréat en biologie humaine de la Utah State University, où elle a travaillé comme stagiaire en recherche et rédactrice boursière. Étudiante permanente des sciences, sa motivation consiste à rendre accessible au plus grand nombre les recherches scientifiques actuelles. Les sujets qui l’intéressent avant tout : la biologie humaine, la santé et l’alimentation.