Mitochondries: quelles sont-elles, caractéristiques et fonctions

Les mitochondries sont de petits organites présentes dans nos cellules et dans celles de pratiquement tous les organismes eucaryotes.

Leur fonction est très importante pour la vie de l'organisme, car ils sont les producteurs d'une sorte de carburant permettant aux processus métaboliques de s'effectuer à l'intérieur de la cellule.

Ci-dessous, nous verrons plus en détail ce que sont ces organites, quelles sont leurs parties, leurs fonctions et quelle hypothèse a été émise pour expliquer leur origine.

• Article associé: "Les parties cellulaires et les organites les plus importants: un aperçu"

Que sont les mitochondries

Les mitochondries sont un organites présents à l'intérieur des cellules eucaryotes qui ont une fonction très importante pour la vie, car ils sont chargés de fournir de l'énergie à la cellule, lui permettant d'effectuer divers processus métaboliques. Sa forme est circulaire et étirée, ayant plusieurs couches et crêtes à l'intérieur, où elles s'emboîtent. protéines qui permettent de mettre en oeuvre divers processus pour donner cette énergie, sous forme d'ATP (adénosine triphosphate).

Ces organites peuvent se produire en nombre variable dans l'environnement cellulaire, et leur quantité est directement liée aux besoins énergétiques de la cellule. C'est pourquoi selon le tissu qui forme la cellule, on peut s'attendre à plus ou moins de mitochondries. Par exemple, dans le foie, où l'activité enzymatique est élevée, les cellules hépatiques possèdent souvent plusieurs de ces organites.

Morphologie

La mitochondrie est, comme on peut s'y attendre, une très petite structure, dont la taille varie de 0,5 à 1 m (micromètres) de diamètre et jusqu'à 8 m de longueur, ayant une forme hémisphérique étirée, comme un saucisse grasse.

La quantité de mitochondries à l'intérieur de la cellule est directement liée à ses besoins énergétiques. Plus il faut d'énergie, plus la cellule aura besoin de mitochondries. L'ensemble des mitochondries s'appelle le chondriome cellulaire.

Les mitochondries sont entourées de deux membranes aux fonctions différentes en termes d'activité enzymatique, séparées en trois espaces: cytosol (ou matrice cytoplasmique), espace intermembranaire et matrice mitochondriale.

1. Membrane extérieure

C'est une bicouche lipidique externe, perméable aux ions, aux métabolites et à de nombreux polypeptides. Contient des protéines formant des pores, appelées porines, qui constituent un canal anionique voltage-dépendant. Ces canaux permettent le passage de grosses molécules allant jusqu'à 5 000 daltons et un diamètre approximatif de 20 Å (ångström)

Au contraire, la membrane externe exécute peu de fonctions enzymatiques ou de transport. Contient entre 60% et 70% de protéines.

2. Membrane intérieure

La membrane interne est composée d'environ 80% de protéines et, contrairement à son homologue externe, elle manque de pores et est très sélective. Contient de nombreux complexes enzymatiques et systèmes de transport transmembranaire, qui sont impliqués dans la translocation des molécules, c'est-à-dire leur déplacement d'un endroit à un autre.

3. Crêtes mitochondriales

Dans la plupart des organismes eucaryotes, les crêtes mitochondriales apparaissent comme des septa aplatis et perpendiculaires. On pense que le nombre de crêtes dans les mitochondries est le reflet de leur activité cellulaire. Crêtes représentent une augmentation significative de la surface afin que des protéines utiles pour différents processus puissent être couplées qui se déroulent à l'intérieur des mitochondries.

Ils se connectent à la membrane interne à des points précis, dans lesquels le transport des métabolites entre les différents compartiments des mitochondries sera facilité. Dans cette partie des mitochondries, des fonctions liées au métabolisme oxydatif sont réalisées, comme la chaîne respiratoire ou la phosphorylation oxydative. Ici nous pouvons mettre en évidence les composés biochimiques suivants:

• La chaîne de transport d'électrons, composée de quatre complexes enzymatiques fixes et de deux transporteurs d'électrons mobiles.
• Un complexe enzymatique, le canal ionique hydrogène et l'ATP synthase, qui catalyse la synthèse d'ATP (phosphorylation oxydative).
• Les protéines de transport, qui permettent le passage d'ions et de molécules à travers elle, parmi les plus notables, nous avons les acides gras, l'acide pyruvique, l'ADP, l'ATP, l'O2 et l'eau; peut être mis en évidence :

4. Espace intermembranaire

Entre les deux membranes, il y a un espace qui contient un liquide semblable au cytoplasme, avec une concentration élevée de protons, dus au pompage de ces particules subatomiques par les complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire.

Dans ce milieu intramembranaire se trouvent diverses enzymes, impliquées dans le transfert de la liaison à haute énergie de l'ATP, comme l'adénylate kinase ou la créatine kinase. De plus, on peut trouver de la carnitine, une substance impliquée dans le transport des acides gras du cytoplasme vers l'intérieur des mitochondries, où ils seront oxydés.

5. Matrice mitochondriale

La matrice mitochondriale, aussi appelé mitosol, contient moins de molécules que le cytosol, bien que vous puissiez également y trouver des ions, des métabolites à oxyder, de l'ADN circulaire similaire à celui des bactéries et certains les ribosomes (mytribosomes), qui effectuent la synthèse de certaines protéines mitochondriales et contiennent en fait de l'ARN mitochondriale.

Il possède les mêmes organites que les organismes procaryotes libres, qui diffèrent de nos cellules par l'absence de noyau.

Dans cette matrice, il existe plusieurs voies métaboliques fondamentales pour la vie, telles que le cycle de Krebs et la bêta-oxydation des acides gras.

Fusion et fission

Les mitochondries ont la capacité de se diviser et de fusionner relativement facilement, et ce sont deux actions qui se produisent constamment dans les cellules. Cela implique de mélanger et de diviser l'ADN mitochondrial de chacune de ces unités organelles..

Dans les cellules eucaryotes, il n'y a pas de mitochondries individuelles, mais plutôt un réseau connecté à un nombre variable d'ADN mitochondrial. L'une des fonctions possibles de ce phénomène est de partager des produits synthétisés par différentes parties du réseau, de corriger des défauts locaux ou, simplement, de partager leur ADN.

Si deux cellules qui ont des mitochondries différentes fusionnent, le réseau de mitochondries qui sortira de l'union sera homogène au bout de 8 heures seulement. Parce que les mitochondries se joignent et se divisent constamment, il est difficile d'établir le nombre total de ces organites dans une cellule d'un certains tissus, bien que l'on puisse supposer que les tissus qui fonctionnent le plus ou qui nécessitent le plus d'énergie auront de nombreuses mitochondries en raison de fission.

La division mitochondriale est médiée par des protéines, très similaires aux dynamines, qui sont impliqués dans la génération de vésicules. Le point auquel ces organites commencent à se diviser dépend fortement de leur interaction avec le réticulum endoplasmique. Les membranes du réticulum entourent la mitochondrie, la rétrécissant et la divisant finalement en deux.

• Cela peut vous intéresser: "Principaux types de cellules du corps humain"

Caractéristiques

La fonction principale des mitochondries est la production d'ATP, qui est connu comme le carburant des processus cellulaires. Cependant, ils assurent également une partie du métabolisme des acides gras par bêta-oxydation, en plus d'agir comme une réserve de calcium.

De plus, dans les recherches de ces dernières années, cet organite a été lié à l'apoptose, c'est la mort cellulaire, outre le cancer et le vieillissement de l'organisme, et l'apparition de maladies dégénératives comme la maladie de Parkinson ou Diabète.

L'un des avantages des tests génétiques offerts par les mitochondries est leur ADN, qui provient directement de la lignée maternelle. Les chercheurs en généalogie et en anthropologie utilisent cet ADN pour établir des arbres généalogiques. Cet ADN n'est pas sujet à la recombinaison génétique due à la reproduction sexuée.

1. Synthèse d'ATP

C'est dans les mitochondries que l'essentiel de l'ATP est produit pour les cellules eucaryotes non photosynthétiques.

Ils métabolisent l'acétyl-coenzyme A, au moyen d'un cycle enzymatique d'acide citrique, et produisant du dioxyde de carbone (CO2) et du NADH. Le NADH cède des électrons à une chaîne de transport d'électrons dans la membrane mitochondriale interne. Ces électrons voyagent jusqu'à ce qu'ils atteignent une molécule d'oxygène (O2), produisant une molécule d'eau (H2O).

Ce transport d'électrons est couplé à celui de protons, provenant de la matrice et atteignant l'espace intermembranaire. C'est le gradient de protons qui permet de synthétiser l'ATP grâce à l'action d'une substance, appelée ATP synthase, attachant un phosphate à l'ADP et utilisant l'oxygène comme accepteur d'électrons final (phosphorylation oxydant).

La chaîne de transport d'électrons est connue sous le nom de chaîne respiratoire, contient 40 protéines.

2. Métabolisme des lipides

Une bonne quantité de lipides présents dans les cellules est due à l'activité mitochondriale. L'acide lysophosphatidique est produit dans les mitochondries, à partir de laquelle sont synthétisés les triacylglycérols.

L'acide phosphatidique et le phosphatidylglycérol sont également synthétisés, qui sont nécessaires à la production de cardiolipine et de phosphatidyl éthanolamine.

L'origine des mitochondries: des cellules dans les cellules ?

En 1980, Lynn Margulis, l'une des femmes les plus importantes de la science, a récupéré une vieille théorie sur l'origine de cet organite, en la reformulant en théorie endosymbiotique. Selon sa version, plus mise à jour et basée sur des preuves scientifiques, il y a environ 1 500 millions d'années, une cellule procaryote, c'est-à-dire sans noyau, a pu obtenir de l'énergie à partir de nutriments organiques en utilisant l'oxygène moléculaire comme oxydant.

Au cours du processus, il a fusionné avec une autre cellule procaryote, ou avec ce qui a pu être les premières cellules eucaryotes, étant phagocyté sans être digéré. Ce phénomène est basé sur la réalité, puisque des bactéries ont été vues engloutir d'autres mais sans mettre fin à leur vie. La cellule absorbée a établi une relation symbiotique avec son hôte, lui fournissant de l'énergie sous forme d'ATP., et l'hôte a fourni un environnement stable et riche en nutriments. Ce grand bénéfice mutuel s'est consolidé, pour finalement en faire partie, et ce serait l'origine des mitochondries.

Cette hypothèse est tout à fait logique si les similitudes morphologiques entre les bactéries, les organismes procaryotes libres et les mitochondries sont prises en compte. Par exemple, les deux ont une forme allongée, ont des couches similaires et, surtout, leur ADN est circulaire. De plus, l'ADN mitochondrial est très différent de celui du noyau cellulaire, donnant l'impression qu'il s'agit de deux organismes différents.

Références bibliographiques:

• Friedman, J. R., Nunnari, J.. (2014). Forme et fonctions mitochondriales. Nature. 505: 335-343.
• Kiefel, B. R., Gilson, P. R., Hêtre P. L. (2006). Biologie cellulaire de la dynamique mitochondriale. Revue internationale de cytologie. 254: 151-213.
• MacAskill, A. F., Kittler, J. T. (2010). Contrôle du transport et de la localisation mitochondriale dans les neurones. Tendances de la biologie cellulaire. 20: 102-112