J’adore cette question!

J’enseigne la chimie à différents niveaux et ce concept autour de l’hydrolyse de l’ATP pose plus de problèmes à mes étudiants que tout autre. Souvent, c’est la première fois qu’un étudiant rencontre un exemple concret de lien (dans un cours de biologie) et il repart si souvent avec une mauvaise idée des processus de formation et de rupture des liens.

Rompre un lien, isolément, ne libère jamais d’énergie. La liaison est un état stable par rapport aux espèces non liées, où les charges opposées sont plus proches les unes des autres lorsqu’elles sont liées par rapport aux non liées et l’ensemble du système est à une énergie potentielle (électrique) plus faible. La liaison rompue lors de l’hydrolyse de l’ATP n’est pas différente. C’est un lien assez faible, mais nécessite toujours de l’énergie pour être brisé.

La raison pour laquelle il y a de l’énergie libérée dans le processus est que les produits formés (ADP et hydrogénophosphate / phosphate) ont des liaisons covalentes plus fortes (plus des forces intermoléculaires avec la solution environnante et les ions dissous) que les matériaux de départ. C’est le cas pour tout processus exothermique. Lorsque vous rompez la liaison P-O dans l’ATP, une nouvelle liaison P-O se forme dans l’hydrogénphosphate, mais vous devez également examiner les interactions des matières premières par rapport aux produits avec la solution. Il faut également noter que l’eau qui attaque le groupe phosphate dans la réaction d’hydrolyse devra alors être déprotonée et l’ion hydrogénophosphate formé se dissociera partiellement en phosphate, donc il se passe beaucoup de choses!

De plus, il convient de noter que lorsque les gens disent « l’énergie est libérée lors de l’hydrolyse de l’ATP », ils se réfèrent normalement à l’énergie libre de Gibbs, qui comprend également la contribution apportée par le changement d’entropie du système (fois la température) ainsi que le changement d’enthalpie (déterminé par la force de liaison et d’autres interactions électrostatiques). Dans le cas de l’hydrolyse de l’ATP, dans la plupart des conditions, nous avons également une augmentation de l’entropie du système, ce qui rend le processus encore plus exergonique (favorable, peut être utilisé pour piloter d’autres processus) que l’enthalpie seule ne le suggérerait.

Veuillez comprendre: la chimie impliquée ici est en fait très complexe et l’énergie totale utilisable mise à disposition dépend de nombreux facteurs au-delà des structures des matières premières et des produits. Pour vraiment comprendre l’hydrolyse de l’ATP, il faut connaître les concentrations de toutes les espèces (car cela affecte la force motrice), y compris diverses espèces ioniques dissoutes qui ne sont normalement pas incluses dans l’équation de réaction simple.

Pour répondre à votre dernière partie, la formation de liaisons à partir d’espèces isolées libère toujours de l’énergie lorsque les charges opposées se rapprochent et que l’énergie potentielle diminue.