L'ATP comme fournisseur universel d'énergie
Les mitochondries constituent ce qu'on a coutume d'appeler « la centrale énergétique » de la cellule. On peut également les considérer comme des organites dans lesquels l'énergie contenue dans les liaisons moléculaires des métabolites provenant des aliments ingérés, est convertie en ATP. Dans les ressources sur le « transport membranaire » et le «cytosquelette », nous avons évoqué le rôle capital de l'ATP dont l'hydrolyse en ADP et Pi (HPO2 4 -) est requise dans un grand nombre de processus cellulaires tels que le transport actif d'ions au travers de la membrane (ATPases), les déplacements des protéines motrices et la polymérisation des filaments d'actine, par exemple. L'ATP a aussi une place essentielle dans la production des autres nucléotides et dans le déroulement de nombreux processus métaboliques. Enfin, l'ATP joue un rôle dans la régulation des cascades de signalisation intracellulaire (voir figure 5A). Pour chiffrer cette importance, on peut dire que chaque jour un adulte utilise (et recycle) une quantité d'ATP équivalente à 72% de son poids corporel ! On estime que dans les conditions de repos, un tiers du total est utilisé pour le fonctionnement des pompes membranaires comme les Na+/K+ ATPases (extrait de la ressource sur le « transport membranaire [pdf] »). A l'état de repos de l'individu, les organes les plus consommateurs sont le cœur et le foie.
Dans le muscle en activité, la demande d'ATP est extrêmement forte : elle est 1000 fois supérieure à celle du muscle au repos. Même si, très logiquement les cellules musculaires contiennent plusieurs milliers de mitochondries, il demeure remarquable que leur énorme besoin en ATP puisse être couvert en moins de quelques secondes, et cela sans stock préalable d'ATP (voir figure 5B). La concentration cytoplasmique d'ATP est constante (par nécessité du maintien de toutes les voies métaboliques ATP dépendantes), et même dans le muscle soumis à un travail soutenu, elle est de l'ordre de 3-10 mM. La prochaine partie de cette ressource sera consacrée aux modalités de la production de cet ATP.
Si elles ne peuvent pas stocker l'ATP (pour des raisons osmotiques), les cellules sont capables de faire des réserves en glucides, lipides (et éventuellement protéines). Dans cette ressource nous verrons comment ces réserves sont mobilisées puis utilisées par l'organisme pour la production d'ATP . Il n'est pas surprenant de constater que des anomalies dans les processus responsables de la production d'ATP aient des conséquences graves pour l'organisme. Plus loin quelques exemples de pathologies liées à ces anomalies seront évoqués.
Remarque : Découverte de l'ATP
C'est en 1929 que le chimiste allemand Karl Lohmann découvrit l'ATP dont la structure fut élucidée quelques années plus tard. En 1948 Sir Alexander Todd (Prix Nobel de Chimie en 1953) réalisa la synthèse de l'ATP . C'est pendant les années 1939-41 que Fritz Lipmann (prix Nobel de médecine et physiologie en 1953 également) a démontré que la cellule utilise l'ATP comme fournisseur universel de l'énergie contenue dans ses liaisons phosphate qui en sont particulièrement riches (voir figure 5A).