Bioénergétique
Composés à liaison phosphate
AMP (adénosine monophosphate)

Structure de l'AMP

1. L'AMP ou adénosine monophosphate est composé, comme tous les nucléosides monophosphates, par :

• une base azotée, ici une base purique, l'adénine,
• un pentose, sucre à 5 carbones, le ribose,

• 

  un groupe phosphate.

2. La présence d'un seul groupe phosphate lié par une liaison ester phosphate avec la C5' du ribose a deux conséquences majeures.

La liaison ester phosphate est la liaison entre la fonction hémiacétalique du glucide et le résidu phosphorique terminal du nucléotide quel qu'il soit.

a. Contrairement à l'ATP ou l'ADP, l'AMP n'est pas un composé riche en énergie, car elle ne contient pas de liaisons phosphoanhydrides (ou pyrophosphates).

b. L’AMP ne peut pas phosphoryler d’autres molécules car cette réaction n’est pas énergétiquement favorable.

Son potentiel de transfert de groupe phosphate est trop faible, i.e. $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ –3,4 kJ.mole^-1, contre 30,5 kJ.mole^-1 pour les liaisons phosphoanhydrides.

Métabolisme de l'AMP

• L’AMP est un produit de l’hydrolyse de l’ADP.
• Il peut être recyclé en ADP ou ATP selon les besoins énergétiques.

Production de l'AMP

La synthèse de l'AMP peut se faire selon plusieurs voies.

À partir de l'ADP

Des voies utilisent l'ADP pour obtenir l'AMP par :

1. la réaction catalysée par l'adénylate kinase ou myokinase, (EC 2.7.4.3) :

$\ce{2ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ATP + AMP}$

• C’est une réaction réversible qui permet de maintenir l’équilibre énergétique intracellulaire entre ATP, ADP et AMP.
• Elle est particulièrement active lors d’un effort musculaire intense, lorsque les niveaux d’ATP chutent rapidement.

2. l'hydrolyse de la liaison phosphate de haute énergie de l'ADP ( hydrolyse de l'ADP) :

$\ce{ADP}$ $longtrightarrow$ $\ce{AMP + Pi}$

Cette hydrolyse se produit dans certains contextes cellulaires spécifiques.

À partir de l'ATP

Des voies utilisent l'ATP pour la production de l'AMP.

1. La formation d’AMP à partir d’ATP se produit principalement dans le cadre de réactions biosynthétiques spécifiques, et non par simple hydrolyse classique comme c’est le cas pour la formation d’ADP.

a. Ces réactions sont souvent irréversibles, car le pyrophosphate libéré est hydrolysé très rapidement par la pyrophosphatase inorganique (EC 3.6.1.1)

$\ce{PPi + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{2Pi + H+}$

Cette réaction est très exergonique, $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ -33 kJ.mole^-1 et est souvent couplée à des transformations biochimiques défavorables afin de les pousser vers la droite.

b. L'activation d’acides aminés dans la synthèse des protéines est effectuée via une liaison à l’ATP, catalysée par une aminoacyl-ARNt synthétase, une pour chaque acide aminé ( liste) :

$\ce{Acide aminé + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Aminoacyl-AMP + PPi}$

$\ce{Aminoacyl-AMP + ARNt}$ $\longrightarrow$ $\ce{Aminoacyl-ARNt + AMP}$

c. Lors de l'étape 4 de la synthèse du coenzyme A (CoA), on assiste à une AMPylation de la 4'-phosphopantéthéine,

$\ce{4'-phosphopantéthéine + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Déphospho-CoA + PPi}$

Cette réaction est particulière dans le sens que l’ATP est utilisé pour transférer un AMP à la phosphopantéthéine, formant ainsi une liaison riche en énergie ( transfert de l'AMP sur un accepteur).

d. Lors de la synthèse des acyl-CoA, la réaction globale est la suivante.

$\ce{R-(C=O)OH + CoASH + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{R-(C=O)S-COA + AMP + PPi}$

2. L'hydrolyse de l'ATP est moins fréquente par certaines nucléotidases, (EC 2.7.4.3) :

$\ce{ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{AMP + PPi}$

Cette réaction a lieu par exemple lors de la synthèse d’acides nucléiques.

À partir de l'IMP

L'IMP (inosine monophosphate) est un intermédiaire central dans la biosynthèse des purines et en particulier dans la synthèse de l'AMP (synthèse de l'AMP à partir de l'IMP).

$\ce{IMP + aspartate + GTP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Adénylsuccinate + GDP + Pi}$

$\ce{Adénylsuccinate}$ $\ce{AMP + fumarate}$

Le fumarate entre dans le cycle de Krebs et entre dans l'interconnexion entre anabolisme et catabolisme.

Remarque : l'IMP forme aussi du GMP.

À partir de l'AMPc

L'AMPc (AMP cyclique) peut être transformé en AMP par la phosphodiestérase (PDE), i.e. (EC 3.1.4.53).

C’est une étape clé dans l'arrêt du signal de la voie de signalisation déclenchée par l'AMPc.

Remarque importante : l’AMPc (AMP cyclique) ne provient pas de l'AMP, mais directement de l'ATP.

$\ce{ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{AMPc + PPi}$

• Cette synthèse est déclenchée par l'activation des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), notamment via la libération de la sous-unité α (Gαs) de la protéine G.
• L'activation de l’adénylate cyclase catalysant la cyclisation de l’ATP en AMPc, i.e. second messager impliqué dans de nombreuses voies de signalisation hormonale.

Consommation de l'AMP

1. L'AMP peut être recyclé en ATP en deux étapes :

• par un passage par l'ADP, par la réaction réversible de l'adénylate kinase ou myokinase (EC 2.7.4.3) :

$\ce{AMP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{2ADP}$,

• puis, par la phosphorylation de l'ADP :

$\ce{ADP + Pi}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ATP}$

2. L'AMP peut être hydrolysé suivant deux réactions :

a. désamination en IMP (inosine monophosphate) par l’AMP désaminase (EC 3.5.4.6)

$\ce{AMP + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{IMP + NH3}$

Cette réaction intervient dans le cycle de l’adénine et dans la régulation des nucléotides puriques.

b. conversion en adénosine par la 5’-nucléotidase (EC 3.1.3.5)

$\ce{AMP + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Adénosine + Pi}$

L’adénosine est un nucléoside important dans la signalisation extracellulaire, notamment en tant que modulateur vasculaire et neurotransmetteur ( récepteurs P1).

Rôles de l'AMP

L'AMP joue plusieurs rôles dans la cellule.

1. L'AMP est un intermédiaire dans le métabolisme des nucléotides.

• L’AMP est un produit de l’hydrolyse de l’ADP.
• Il peut être recyclé en ADP ou ATP selon les besoins énergétiques.

2. L'AMP intervient au premier stade de la biosynthèse des protéines, en jouant le rôle d'activateur, formant une liaison riche en énergie avec l’acide aminé, appelé adénylate par une réaction appelée adénylylation ou AMPylation.

$\ce{Acide aminé + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Aminoacyl-AMP + PPi}$

3. L'AMP est utilisé comme indicateur de l’état énergétique cellulaire.

Un taux élevé d’AMP signale une baisse de l’énergie cellulaire car il provient en grande partie de l'hydrolyse de l'ATP/ADP ( charge énergétique de la cellule).

4. L'AMP est un régulateur métabolique en :

• activant des voies de production d’énergie, i.e. catabolisme,
• en diminuant les processus consommateurs d’énergie (anabolisme) via l’AMPK.

Cette fonction est directement liée à son rôle de capteur énergétique : plus le niveau d’AMP augmente, plus la cellule adapte son métabolisme pour restaurer son équilibre énergétique.

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