Bioénergétique : composés " riches en énergie "
Composés à liaison phosphate
ADP (adénosine diphosphate)

Structure de l'ADP

1. L'ADP ou adénosine diphosphate (ou pyrophosphate) est composé, comme tous les nucléosides diphosphates, par :

• 

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

2. Comme l'ATP, l'ADP est un composé riche en énergie, car elle contient une liaison phosphoanhydride (ou pyrophosphate), entre ses deux groupes phosphate (β et α).

Son potentiel de transfert de groupe phosphate, i.e. $\ce{\Delta G'0}$ (énergie libre ou énergie de Gibbs) d'environ -30,5 kJ.mole^-1, rend son hydrolyse en AMP exergonique.

Métabolisme de l'ADP

Production de l'ADP

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

1. La plus importante est l'hydrolyse de l'ATP.

$\ce{ATP + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{ADP + Pi}$

2. D'autres voies sont possibles, comme la phosphorylation de l'AMP par l'adénylate kinase ou myokinase, (EC 2.7.4.3) :

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

• C’est une réaction réversible et 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.

3. La régénération d'autres NTP (nucléosides triphosphates) comme le GTP ou l’UTP peut aussi produire de l’ADP, en fonction de réactions métaboliques spécifiques qui utilisent ces nucléotides et génèrent de l’ADP par transphosphorylation.

$\ce{NDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{NTP + ADP}$

Par exemple, dans la glycogénogenèse, l'UTP est régénéré à partir de l'ATP, grâce à une nucléoside diphosphate kinase (EC 2.7.4.6).

$\ce{UDP + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UTP + ADP}$

Remarque : d'autres synthèses sont moins courantes, comme celle faisant intervenir NAD dans les réactions non redox comme la réparation de l'ADN ou l'ADP-ribosylation.

$\ce{NAD+}$ $\longrightarrow$ $\ce{ADP-ribose + nicotinamide}$

$\ce{ADP-ribose + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{ADP + ribose}$ par des ADP-ribosylhydrolases (ARH).

Consommation de l'ADP

L’ADP est consommé ou transformé dans plusieurs voies métaboliques, principalement pour régénérer l’ATP, la principale source d’énergie cellulaire.

Phosphorylation

1. par la phosphorylation de l'ADP lors :

• des phosphorylations oxydatives par l'ATP synthase, dans les mitochondries, grâce à l’énergie fournie par la chaîne respiratoire,
• la photophosphorylation par la photosynthèse, dans les chloroplastes,

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

2. par la phosphorylation au niveau des substrat :

a. la glycolyse avec :

• la réaction 7, i.e. formation du 3-phospho-D-glycérate (3PG),

$\ce{1,3-bisphospho-D-glycérate + ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{3-phospho-D-glycérate + ATP}$

• la réaction 10, i.e. formation du pyruvate,

$\ce{Phosphoénolpyruvate + ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Énolpyruvate + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Pyruvate}$

b. le cycle de Krebs, lors de l'étape 7, i.e. formation du succinate, et transformation du GTP en ATP suivant les tissus et l'isoforme de la la succinyl-CoA synthétase (SCS) :

$\ce{Succinyl-CoA + ADP + Pi}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Succinate + CoA + ATP}$ (muscles squelettiques et coeur)

$\ce{Succinyl-CoA + GDP + Pi}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Succinate + CoA + GTP}$ (foie, rein)

$\ce{GTP + ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GDP + ATP}$

3. par la réaction réversible de l'adénylate kinase ou myokinase, (EC 2.7.4.3) :

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

Hydrolyse

L'ADP peut aussi être hydrolysé en AMP, mais cette réaction est plus rare.

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

Cette réaction, très exergonique, peut avoir lieu dans certains contextes spécifiques, comme :

• dans le muscle en cas de stress énergétique intense,
• lors de réactions de signalisation cellulaire pour contrôler les niveaux extracellulaires d’ATP, d'ADP, d'AMP et d'adénosine par les enzymes ecto-nucléotidases ( récepteurs purinergiques),
• pendant certaines activités enzymatiques comme, par exemple, dans la la biosynthèse des purines, en passant par la formation du PRPP (phosphoribosylpyrophosphate).

$\ce{Ribose-5 P + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{5-P ribosyl P-P + AMP}$

Rôles de l'ADP

1. L'ADP joue un rôle crucial dans le métabolisme énergétique des cellules.

a. C'est un transporteur d'énergie intermédiaire, entre stockage et utilisation de l'énergie, en intervenant dans le cycle de l'ATP :

• hydrolyse de l'ATP conduisant à l'ADP et libérant de l’énergie utilisable par la cellule,
• phosphorylation de l'ADP conduisant à l'ATP et stockant l'énergie.

b. C'est un régulateur enzymatique pour certaines enzymes impliquées dans la production d'énergie en fonction des rapports ATP/ADP/AMP ( charge énergétique de la cellule).

2. En outre, l'ADP est incorporé dans d'autres composés biologiques.

Nom du composé	Type	Rôle biologique principal
ATP	Nucléotide triphosphate	Transport d’énergie Signalisation
NAD+/NADH	Cofacteur redox	Transferts d’électrons dans les voies métaboliques
NADP+/NADPH	Cofacteur redox	Métabolisme anabolique Stress oxydatif
FAD/FADH2	Cofacteur redox	Cycle de Krebs Chaîne respiratoire
Coenzyme A (CoA)	Cofacteur enzymatique	Transport de groupes acyle (acétyl-CoA…)
ADP-ribose	Dérivé de NAD+	Signalisation cellulaire Modifications post-traductionnelles
ADP-ribose cyclique (cADPR)	Second messager	Signalisation calcique (mobilisation du Ca++ à partir du RE)
ADP-actine	Complexe protéine–nucléotide	Forme liée de l’actine monomérique (G-actine)
ADP-ribosylation	Modification post- traductionnelle	Réparation de l’ADN Régulation transcriptionnelle
Poly(ADP-ribose) (PAR)	Polymère d’ADP-ribose	Réponse au stress oxydatif et aux cassures de l’ADN
3′-Phospho- ADP-sulfate (PAPS)	Cofacteur sulfonateur	Donneur de sulfate dans les sulfatations

3. L'ADP joue un rôle dans la signalisation cellulaire par ses récepteurs purinergiques P2Y comme dans :

• l'agrégation plaquettaire lors de la coagulation sanguine,
• la régulation des réponses immunitaires, via l’activation des cellules immunitaires,
• la libération de calcium intracellulaire, par l'intermédiaire des récepteurs couplés à des protéines G (GPCR) qui stimulent la production d’inositol trisphosphate (IP3) qui permet, par exemple, une meilleure contraction musculaire,
• la modulation de la sécrétion, par la présence de ces récepteurs présents à la surface de certaines cellules sécrétrices, i.e. cellules endocrines, nerveuses ou immunitaires.

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