Composés " riches en énergie " : composés à liaison phosphate
ATP (adénosine triphosphate) : synthèse
Phosphorylations au niveau du substrat

Ce processus est aussi employé sur le GDP pour former du GTP.

Vue d'ensemble de la
phosphorylation au
niveau du substrat

1. La phosphorylation au niveau du substrat, transfert direct d'un groupe phosphate sur l'ADP pour former de l'ATP, peut s'effectuer avec :

a. une petite molécule phosphorylée comme (composés " riches en énergie " : composés à liaison phosphate) :

• les acylphosphates, dont le principal est le 1,3-bisphosphoglycérate dans la glycolyse, mais aussi l'acétylphosphate ou le carbamyl phosphate,
• les esters phosphoriques d'énol comme l'acide phosphoénolpyruvique (PEP),
• les phosphamides comme la phosphocréatine.

b. une molécule de phosphate inorganique (Pi).

2. Cette phosphorylation produit une quantité d'énergie semblable à celle de l'hydrolyse de l'ATP, i.e. $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ 7,3 kcal.mole^-1 ou 30,5 kJ.mole^-1.

3. Elle est catalysée par des enzymes qui réalisent le couplage des réactions, comme, par exemple, celle de la formation du pyruvate à partir du phosphoénolpyruvate (PEP) dans la réaction 10 de la glycolyse.

Localisation des réactions

Les phosphorylations au niveau du substrat peuvent survenir :

• dans le cytosol,
• dans les mitochondries.

Dans le cytosol

1. Les phosphorylations au niveau du substrat peuvent survenir dans le cytosol au cours de la glycolyse et convertissent une molécule de glucose, principal carburant, en deux molécules de pyruvate conduisant à une production globale de 2 ATP.

$\ce{Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi}$ $\longrightarrow$ $\ce{2 pyruvate + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O}$

• par la réaction 7 de la glycolyse, par la phosphoglycérate kinase qui convertit le 1,3-bisphospho-D-glycérate en 3-phospho-D-glycérate, par la réaction 10 de la glycolyse vue plus haut par la pyruvate kinase (PK).

2. La conversion de la phosphocréatine en créatine dans les muscles par la créatine kinase est un autre exemple de phosphorylation au niveau du substrat.

Dans les mitochondries

Les phosphorylations au niveau du substrat peuvent survenir dans les mitochondries.

1. Dans des conditions aérobies, le gradient électrochimique (driving force) des protons $\ce{H+}$, généré au travers la membrane mitochondriale interne (IMM) par la chaîne respiratoire, fournit l'énergie nécessaire à l'ATP synthase, pour phosphoryler l'ADP en ATP par phosphorylataion oxydative.

• $\ce{ADP + Pi + 2H+_{out}}$ $\longrightarrow$ $\ce{ATP + H2O + 2H+_{in}}$
• L'ATP synthase, retrouvée dans les crêtes mitochondriales des eucaryotes, catalyse cette réaction qui n'a rien à voir avec une phosphorylation au niveau du substrat.

2. Toutefois, deux autres enzymes de la matrice mitochondriale peuvent intervenir dans les phosphorylations au niveau du substrat.

a. La succinyl-CoA synthétase convertit la succinyl-CoA en succinate ( étape7 du cycle de Krebs) avec phosphorylation concomitante :

• d'une molécule d'ADP en ATP,

• d'une molécule de GDP en GTP.

Cette enzyme maintiendrait une certaine quantité d'ATP, même lors d'absence de la chaîne respiratoire (hypoxie temporaire).

b. Dans la gluconéogenèse, la phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK), EC 4.1.1.32, convertit l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate avec dégagement de CO₂ et phosphorylation concomitante d'ADP en ATP :

$\ce{Oxaloacétate + GTP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Pyruvate + GDP + phosphoénolpyruvate}$

• $\ce{Phosphoénolpyruvate + ADP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Pyruvate + ATP}$

Cette enzyme contribue aux échanges de potentiel de phosphorylation entre le cytosol et la matrice mitochondriale.

Phosphorylation oxydative