Mitochondries

Fonctionnement des mitochondries

Les mitochondries produisent de l’ATP grâce au processus de respiration cellulaire – plus précisément, la respiration aérobie, qui nécessite de l’oxygène. Le cycle de l’acide citrique, ou cycle de Krebs, a lieu dans les mitochondries. Ce cycle implique l’oxydation du pyruvate, qui provient du glucose, pour former la molécule d’acétyl-CoA. L’acétyl-CoA est à son tour oxydé et l’ATP est produit.

Le cycle de l’acide citrique réduit le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) en NADH. Le NADH est ensuite utilisé dans le processus de phosphorylation oxydative, qui a également lieu dans les mitochondries. Les électrons du NADH voyagent à travers des complexes protéiques qui sont intégrés dans la membrane interne de la mitochondrie. Cet ensemble de protéines est appelé chaîne de transport d’électrons. L’énergie de la chaîne de transport d’électrons est ensuite utilisée pour transporter les protéines en retour à travers la membrane, ce qui alimente l’ATP synthase pour former l’ATP.

La quantité de mitochondries dans une cellule dépend de la quantité d’énergie que cette cellule doit produire. Les cellules musculaires, par exemple, possèdent de nombreuses mitochondries car elles doivent produire de l’énergie pour faire bouger le corps. Les globules rouges, qui transportent l’oxygène vers les autres cellules, n’en ont pas ; ils n’ont pas besoin de produire de l’énergie. Les mitochondries sont analogues à un four ou à une centrale électrique dans la cellule car, comme les fours et les centrales électriques, les mitochondries produisent de l’énergie à partir de composants de base (dans ce cas, des molécules qui ont été décomposées pour pouvoir être utilisées).

Les mitochondries ont également de nombreuses autres fonctions. Elles peuvent stocker le calcium, ce qui permet de maintenir l’homéostasie des niveaux de calcium dans la cellule. Elles régulent également le métabolisme de la cellule et ont des rôles dans l’apoptose (mort cellulaire contrôlée), la signalisation cellulaire et la thermogenèse (production de chaleur).

Structure des mitochondries

Les mitochondries possèdent deux membranes, une membrane externe et une membrane interne. Ces membranes sont constituées de couches de phospholipides, tout comme la membrane externe de la cellule. La membrane externe recouvre la surface de la mitochondrie, tandis que la membrane interne est située à l’intérieur et comporte de nombreux plis appelés cristaux. Ces plis augmentent la surface de la membrane, ce qui est important car la membrane interne contient les protéines impliquées dans la chaîne de transport des électrons. C’est également là que de nombreuses autres réactions chimiques ont lieu pour assurer les nombreuses fonctions de la mitochondrie. Une augmentation de la surface crée plus d’espace pour que davantage de réactions puissent se produire, et augmente le rendement de la mitochondrie. L’espace entre les membranes externe et interne est appelé l’espace intermembranaire, et l’espace à l’intérieur de la membrane interne est appelé la matrice.

Ce schéma montre la structure d’une mitochondrie.

Évolution des mitochondries

On pense que les mitochondries ont évolué à partir de bactéries libres qui ont développé une relation symbiotique avec une cellule procaryote, lui fournissant de l’énergie en échange d’un endroit sûr pour vivre. Elle est finalement devenue un organite, une structure spécialisée au sein de la cellule, dont la présence permet de distinguer les cellules eucaryotes des cellules procaryotes. Cela s’est produit au cours d’un long processus de plusieurs millions d’années, et aujourd’hui les mitochondries à l’intérieur de la cellule ne peuvent pas vivre séparément de celle-ci. L’idée que les mitochondries ont évolué de cette façon est appelée théorie endosymbiotique.

La théorie endosymbiotique a de multiples formes de preuves. Par exemple, les mitochondries ont leur propre ADN qui est distinct de l’ADN du noyau de la cellule. On l’appelle ADN mitochondrial ou ADNmt, et il n’est transmis que par les femelles car les spermatozoïdes ne possèdent pas de mitochondries. Vous avez reçu votre ADNmt de votre mère, et vous ne pouvez le transmettre que si vous êtes une femme qui a un enfant. Il est également circulaire, comme l’ADN bactérien. Une autre forme de preuve est la façon dont les nouvelles mitochondries sont créées dans la cellule. Les nouvelles mitochondries ne sont créées que par fission binaire, ou scission, qui est le même mode de reproduction asexuée des bactéries. Si toutes les mitochondries sont retirées d’une cellule, celle-ci ne peut pas en fabriquer de nouvelles car il n’y a pas de mitochondries existantes à diviser. Par ailleurs, le génome des mitochondries et des bactéries Rickettsia (bactéries pouvant causer la fièvre boutonneuse et le typhus) a été comparé, et la séquence est si similaire qu’elle suggère que les mitochondries sont étroitement liées aux Rickettsia.

On pense également que les chloroplastes, les organites des plantes où se produit la photosynthèse, ont évolué à partir de bactéries endosymbiotiques pour des raisons similaires : ils ont un ADN distinct et circulaire, une structure à double membrane et se séparent par fission binaire.

Quiz

1. Quelle est une fonction des mitochondries?
A. Réguler le métabolisme
B. Produire de l’ATP
C. Stocker le calcium
D. Toutes ces fonctions

2. Quelle n’est PAS une raison pour laquelle on pense que les mitochondries ont évolué à partir de bactéries libres ?
A. Les mitochondries ont leur propre ADN.
B. Les mitochondries se reproduisent par fission binaire.
C. L’ADN mitochondrial est hérité de manière matrilinéaire.
D. Le génome est similaire à celui de l’ADN bactérien.

3. Où se trouve la matrice mitochondriale ?
A. À l’intérieur de la membrane interne
B. Entre la membrane interne et la membrane externe
C. À l’intérieur de l’ADNmt
D. Dans l’espace intermembranaire