La phosphorylation oxydative est l’ensemble des réactions chimiques utilisées pour produire l’adénosine triphosphate (ATP). Une partie importante de la respiration aérobie, c’est peut-être l’opération métabolique la plus fondamentale sur terre. Différents types d’organismes ont de nombreuses façons différentes d’organiser la phosphorylation oxydative, mais le résultat final est toujours le même : l’énergie de l’avant-dernière étape de la série est utilisée pour lier un atome de phosphore à l’adénosine diphosphate (ADP), le transformant en ATP. . L’énergie potentielle ajoutée à la molécule dans cette réaction est précisément ce qui fait de l’ATP une source d’énergie universellement utile au sein de la cellule.
La préparation à l’étape finale de la phosphorylation oxydative implique une série de réactions de réduction-oxydation, ou redox. Ces réactions transfèrent des électrons d’une molécule à une autre, modifiant ainsi la charge des deux. Cet ensemble d’opérations est appelé chaîne de transport d’électrons, car il permet à la cellule de déplacer l’énergie, sous forme d’électrons, du stockage à un endroit où elle peut être facilement utilisée. La nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) est une étape courante vers la fin de ce processus. Le ‘+’ représente une charge positive qui lui permet d’accepter facilement des électrons et de devenir une forme réduite appelée NADH.
L’énergie des électrons du NADH est utilisée pour alimenter un processus appelé chimiosmose. La chimiosmose concentre l’énergie des électrons en énergie potentielle en déplaçant les ions d’hydrogène, les protons, à travers une membrane. Ce mouvement crée un gradient d’énergie à travers la membrane en raison de la charge positive accumulée d’un côté. Ce gradient d’énergie est appelé force proton-motrice. À ce stade, l’étape finale et la plus universelle de la phosphorylation oxydative peut avoir lieu.
L’ATP synthase est l’enzyme responsable de la conversion de l’ADP en ATP. Une partie de la protéine est incrustée dans la membrane à travers laquelle les protons ont été entraînés. L’ATP synthase fournit une voie par laquelle les protons peuvent réintégrer la cellule, mais profite de l’énergie générée lorsqu’ils le font. Cette opération ressemble à la façon dont les éoliennes exploitent les différences de pression et les roues hydrauliques utilisent les changements d’énergie potentielle résultant de la gravité. Le mouvement d’un proton à travers la membrane est utilisé pour entraîner un changement dans la forme de l’enzyme. Si une molécule d’ADP est déjà liée à l’ATP synthase lorsque cet événement se produit, le changement lui impose un atome de phosphore supplémentaire. La molécule d’ATP nouvellement produite est autorisée à quitter l’enzyme et devient libre de fournir de l’énergie ailleurs dans la cellule.