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Membrane interne mitochondriale

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Je sais que les crêtes de la membrane interne peuvent être tubulaires ou vésiculaires mais j'aimerais savoir quelles sont les fonctions de chacune.


Il y a une spéculation raisonnable. C'est pour obtenir plus de zones où les synthases d'ATP sont localisées afin de produire de l'ATP. Mais cela ne dit pas pourquoi la structure doit avoir exactement cette forme.

Comme le montre la revue Ilan, la forme semble être déterminée par la dimérisation de l'ATP synthase. La forme peut n'être qu'une conséquence de la dimérisation de l'ATP synthase, bien qu'elle agrandisse avec succès la zone où l'ATP synthase est localisée.


La morphologie générale des crêtes est dictée par les dimères du complexe ATP-synthase, qui forment des rangées le long du bord des crêtes, pinçant en quelque sorte la membrane mitochondriale interne (voir http://www.pnas.org/content/108/34/14121 .court). L'angle sous lequel les dimères se forment, qui est différent selon les espèces, provoque des morphologies de crêtes différentes. Dans les organismes qui n'ont pas d'ATP-synthase ou dans les souches de levure dépourvues de sous-unités clés nécessaires à la formation de dimères, les crêtes de leurs mitochondries sont beaucoup plus irrégulières et ont une forme moins définie, souvent décrite comme « en forme d'oignon » dans la littérature (voir http://www.jbc.org/content/279/39/40392.short).

Par conséquent, je suppose que vous pourriez soutenir qu'en fait, c'est la forme qui est un produit de la fonction, plutôt que l'inverse, c'est-à-dire différentes morphologies de crêtes ayant des fonctions différentes. Le but, ou l'avantage sélectif, des mitochondries ayant des crêtes est très probablement qu'elles créent une plus grande surface qui peut faciliter un plus grand nombre de complexes de la chaîne de transport d'électrons, ce qui permettrait une plus grande production d'ATP par organite. Cela explique pourquoi chez les eucaryotes qui ne produisent pas d'ATP via la chaîne de transport d'électrons, il n'y a pas de sélection pour maintenir les crêtes dans leurs mitochondries, ou les organites homologues tels que les hydrogénosomes et les mitosomes, et donc généralement les crêtes sont complètement perdues dans ces espèces.

D'autres complexes protéiques sont également impliqués dans la formation des crêtes et l'architecture générale. Recherchez les complexes MICOS et MIB pour en savoir plus.


De nouvelles perspectives sur la membrane interne des mitochondries

Les structures appelées mitochondries sont cruciales pour la vie, ces petites centrales électriques génèrent de l'énergie pour les cellules et ont une membrane interne et externe. Les scientifiques en ont maintenant appris davantage sur ces anciens organites. On pensait que la structure physique de la membrane à l'intérieur des mitochondries restait statique. Cependant, de nouvelles recherches ont suggéré que les membranes internes des mitochondries sont dynamiques et peuvent changer leur conformation pour répondre aux besoins énergétiques d'une cellule. Les résultats ont été publiés dans les rapports EMBO.

"À notre avis, cette découverte change fondamentalement le fonctionnement de nos centrales électriques cellulaires et changera probablement les manuels", a déclaré le professeur Andreas Reichert, de l'Institut de biochimie et de biologie moléculaire de l'Université Heinrich Heine de Düumlsseldorf (HHU).

Les mitochondries aident à convertir les aliments consommés en une molécule qui agit comme une sorte de carburant pour les processus biologiques, l'ATP. Un adulte humain moyen génère environ 75 kilogrammes d'ATP par jour, ce qui signifie qu'une molécule d'ATP est fabriquée environ 20 000 fois par jour. Toutes ces molécules d'ATP aident à maintenir les réactions chimiques dans un organisme.

La membrane interne pliée des mitochondries, les plis sont appelés crêtes, est l'endroit où toute cette synthèse d'ATP a lieu. Ces plis garantissent que seules des protéines spécifiques peuvent passer. Ces protéines aident à générer de l'ATP. On avait supposé qu'une structure de crêtes fixe était nécessaire pour produire de l'ATP.

Dans ce travail, des chercheurs de HHU ont travaillé avec des scientifiques de l'UCLA pour montrer que dans les cellules vivantes, à l'intérieur des mitochondries, les crêtes peuvent modifier leur forme en quelques secondes. Cette dynamique membranaire nécessite un complexe protéique récemment identifié, appelé MICOS. Lorsque ce complexe ne fonctionne pas correctement, des maladies très graves peuvent en résulter, notamment un type d'encéphalopathie mitochondriale et de Parkinson.

"Nos observations maintenant publiées conduisent au modèle selon lequel les crêtes, après la fission de la membrane, peuvent exister pendant une courte période sous forme de vésicules isolées dans les mitochondries, puis fusionner avec la membrane interne. Cela permet une adaptation optimale et extrêmement rapide aux besoins énergétiques d'une cellule », a expliqué le professeur Andreas Reichert.


Membranes mitochondriales externes et internes | Mitochondries

La discussion à venir vous mettra à jour sur les différences entre les membranes mitochondriales externes et internes.

Différence # Membranes mitochondriales externes :

2. Il porte des porines ou des canaux tapissés de protéines.

5. La teneur en protéines est à peu près égale à celle des lipides.

6. Le cholestérol et d'autres lipides sont présents. Les cardiolipines sont absentes.

7. Le système de transport d'électrons (ETS) est absent.

8. Il est perméable à la plupart des produits biochimiques.

Différence # Membranes mitochondriales internes :

1. Il contient un certain nombre de particules.

2. Il porte des protéines porteuses et d'autres protéines de transport.

3. Il contient un certain nombre d'enzymes.

4. La membrane mitochondriale interne développe un grand nombre de replis appelés crêtes.

5. La teneur en protéines est assez élevée (jusqu'à 80%) tandis que la teneur en lipides est faible.

7. ETS présent dans la membrane interne.

8. Il est sélectivement perméable.

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Le cycle de l'acide citrique

Les mitochondries produisent de l'énergie pour les cellules en décomposant les nutriments contenus dans les aliments en molécules à haute énergie appelées adénosine triphosphate ou ATP. La première étape du métabolisme cellulaire se produit dans le cytosol, et les nutriments dérivés du glucose sont convertis en molécules de pyruvate. Le pyruvate est transféré dans la matrice mitochondriale. La matrice mitochondriale contient des enzymes et des produits chimiques d'acide citrique, qui constituent la première étape de la production d'énergie mitochondriale.

Le pyruvate est oxydé en acétyl-CoA, entre dans le cycle de l'acide citrique et est métabolisé en dioxyde de carbone, NADH et FADH2. Les acides gras sont également transférés du cytosol de la cellule à la matrice mitochondriale et entrent dans le cycle de l'acide citrique après avoir été oxydés en acétyl-CoA. Ensuite, le NADH et le FADH sont utilisés par un système de transmission électronique intégré dans la membrane mitochondriale interne pour générer de l'ATP qui répond aux besoins de la cellule.

ADN mitochondrial

La matrice contient également de l'ADN mitochondrial, ce qui rend le mitochondries partiellement indépendant. Mitochondries circulaires d'ADN, telles que l'ADN bactérien. Il ne contient que 37 gènes, dont certains codent pour les enzymes nécessaires à la production d'énergie cellulaire ou d'ATP, tandis que d'autres sont des gènes ADN ARN.

De nombreuses protéines requises par la synthèse et la fréquence des mitochondries et des enzymes dans la production d'énergie ne sont pas codées par l'ADN mitochondrial, mais par les gènes du noyau. Les mutations du gène mitochondrial peuvent provoquer diverses maladies, telles que la neuropathie optique génétique des lépreux, qui peut provoquer la cécité chez l'homme.

ARN mitochondrial

La matrice mitochondriale contient tous les mécanismes nécessaires pour traduire tous les gènes du génome mitochondrial en protéines fonctionnelles. Les matériaux génétiques sont traduits en molécules ou complexes de ribosomes à partir du transport d'ARN, d'ARN-t, d'ARN ribosomique, d'ARN-r. Cet ARN utilise un code génétique légèrement différent de l'ARN cytoplasmique. L'ADN mitochondrial ne code qu'environ 22 R-R, mais ce sont les seuls ARN capables de traduire l'ARN mitochondrial (ARN M) en protéines.

Protéines matricielles

La plupart des protéines de la matrice mitochondriale ne sont pas dérivées des gènes mitochondriaux mais des gènes nucléaires. Les protéines sont transférées du cytoplasme à travers les membranes externe et interne vers la matrice. Ils comprennent des protéines du ribosome, des protéines nécessaires à la réplication et à la transcription mitochondriales, des enzymes pour le cycle de l'acide citrique et certaines protéines qui jouent un rôle dans la chaîne de transport électronique de la membrane mitochondriale interne.


Différence entre les mitochondries et les chloroplastes

mitochondries et chloroplastes
Mitochondries Chloroplaste
1. Mitochondries couramment présents dans les cellules eucaryotes telles que les cellules animales et végétales. Il est également connu comme une centrale électrique de la cellule. Chloroplastes n'existent que dans les cellules végétales vertes, telles que les cellules du mésophylle, quelques algues, etc.
2. Il est responsable du métabolisme énergétique et de la respiration cellulaire. C'est le lieu de la photosynthèse, la plante de fabrication des nutriments et le convertisseur d'énergie dans la cellule.
3. Son organite incolore. Sa couleur verte.
4. Ils peuvent être circulaires, en forme d'haltère, linéaires, bifurqués ou autres. Ils peuvent être en forme de disque.
5. Mitochondries généralement rond aux deux extrémités, et la membrane interne se pliera pour former des plis, sinon des crêtes. Alors que les extrémités de chloroplastes sont plus nettes, montrant une forme de feuille.
6. La membrane mitochondriale externe est lisse et la membrane interne s'enfonce vers l'intérieur pour former une crête, ce qui permet d'augmenter la surface de la membrane. La surface externe du chloroplaste est lisse et la membrane interne est également lisse. La façon d'augmenter la surface membranaire est la suivante : la membrane thylacoïdienne s'accumule pour former des particules basales.
7. Il convertit le sucre en ATP. La réserve d'énergie solaire, dans les liaisons chimiques du glucose.
8. Il renferme par deux membranes intérieure et extérieure, comprend quatre compartiments fonctionnels : la membrane extérieure, la membrane intérieure, la membrane interstitielle et la matrice. Il contient 3 membranes différentes : la membrane externe, la membrane interne, la membrane thylakoïde et 3 types de cavités distinctes : l'espace interstitiel, la matrice et la cavité thylakoïde.
9. Consomme de l'oxygène. Libérer de l'oxygène.

Comme les différences, il y a aussi des similitudes entre eux.

Similitudes entre les mitochondries et les chloroplastes

  • Les deux sont des organites semi-autonomes à deux membranes.
  • Ils contiennent de l'ADN, de l'ARN et des ribosomes, qui peuvent synthétiser une partie de sa propre protéine.
  • Les deux peuvent se déplacer d'un endroit à un autre.
  • Les deux sont la source d'énergie de la cellule.
  • De plus, ceux-ci ont coenzyme et enzyme.

Définition des mitochondries

Mitochondries est un organite à deux membranes d'une cellule eucaryote. Il possède son propre matériel génétique et son propre système génétique, mais la taille de son génome est limitée et c'est un organite semi-autonome. C'est un organite de la taille d'une bactérie. Ils présentent des nombres élevés dans presque toutes les cellules eucaryotes. Il a également appelé la centrale électrique de la cellule.

En plus de fournir de l'énergie aux cellules, il implique également des processus tels que la différenciation cellulaire, la transmission d'informations cellulaires et l'apoptose cellulaire.

Il a la capacité de réguler la croissance cellulaire et le cycle cellulaire.

La mitochondrie est limitée par deux membranes – une membrane externe lisse et une membrane interne pliée avec une très grande surface. Différents types de cellules diffèrent les uns des autres à la fois par le nombre et la forme des mitochondries et par le nombre de crêtes.

L'exception concerne les globules rouges matures, qui dépendent entièrement du métabolisme anaérobie et ne contiennent pas de mitochondries.

Définition du chloroplaste

Chloroplastes un plaste, des plantes supérieures, et un convertisseur d'énergie spécifique aux algues. Sa structure membranaire à double couche le sépare du cytoplasme. Il contient de la chlorophylle qui lui donne une couleur verte. La forme, le nombre et la taille des chloroplastes varient selon les plantes et les cellules.

Dans la structure des chloroplastes, les membranes externe et interne, l'espace intermembranaire, le stroma, les thylakoïdes, les grana, les lamelles et la lumière se distinguent.

Avec leur aide, la photosynthèse a lieu. La synthèse de glucose à partir de dioxyde de carbone et d'eau due à l'énergie solaire, qui capte par la chlorophylle. L'oxygène est libéré comme sous-produit de la photosynthèse. Cependant, ce processus est complexe et en plusieurs étapes. En plus de la chlorophylle, les pigments caroténoïdes participent à la photosynthèse.


Façonner la membrane interne mitochondriale dans la santé et la maladie

Les mitochondries jouent un rôle central dans l'énergétique cellulaire, le métabolisme et la signalisation. La respiration efficace, le contrôle de la qualité mitochondriale, l'apoptose et l'hérédité de l'ADN mitochondrial dépendent de la bonne architecture des membranes mitochondriales et d'un remodelage dynamique des crêtes membranaires internes. Des défauts dans l'architecture mitochondriale peuvent entraîner de graves maladies humaines affectant principalement le système nerveux et le cœur. La morphologie de la membrane interne est générée et maintenue en particulier par le site de contact mitochondrial et le système d'organisation des crêtes (MICOS), le F1 Fo -ATP synthase, la protéine de fusion OPA1/Mgm1 et les phospholipides non bicouches cardiolipine et phosphatidyléthanolamine. Ces complexes protéiques et phospholipides sont intégrés dans un réseau d'interactions fonctionnelles. Ils communiquent entre eux et avec des facteurs supplémentaires, leur permettant d'équilibrer différents aspects de la biogenèse des crêtes et de remodeler dynamiquement la membrane mitochondriale interne. Des altérations génétiques perturbant ces facteurs de formation de la membrane peuvent conduire à des pathologies humaines telles que l'encéphalopathie mortelle, l'atrophie optique dominante, le syndrome de Leigh, la maladie de Parkinson et le syndrome de Barth.

Mots clés: MICOS cristae membranes maladie humaine mitochondries mitochondriopathies phosphorylation oxydative.

© 2020 L'Association pour la publication du Journal of Internal Medicine.


Contenu

Les mitochondries peuvent avoir plusieurs formes différentes. [23] Une mitochondrie contient des membranes externes et internes composées de bicouches phospholipidiques et de protéines. [17] Les deux membranes ont des propriétés différentes. En raison de cette organisation à double membrane, une mitochondrie comporte cinq parties distinctes :

  1. La membrane mitochondriale externe,
  2. L'espace intermembranaire (l'espace entre les membranes externe et interne),
  3. La membrane mitochondriale interne,
  4. L'espace des crêtes (formé par les replis de la membrane interne), et
  5. La matrice (espace à l'intérieur de la membrane interne).

Les mitochondries dépourvues de leur membrane externe sont appelées mitoplastes.

Membrane externe Modifier

Les membrane mitochondriale externe, qui renferme l'ensemble de l'organite, a une épaisseur de 60 à 75 angströms (Å). Il a un rapport protéine/phospholipide similaire à celui de la membrane cellulaire (environ 1:1 en poids). Il contient un grand nombre de protéines membranaires intégrales appelées porines. Une protéine de trafic majeure est le canal anionique dépendant de la tension (VDAC) formant des pores. Le VDAC est le principal transporteur de nucléotides, d'ions et de métabolites entre le cytosol et l'espace intermembranaire. [24] [25] Il est formé comme un tonneau bêta qui s'étend sur la membrane externe, semblable à celui de la membrane bactérienne gram-négative. [26] Des protéines plus grosses peuvent entrer dans la mitochondrie si une séquence de signalisation à leur extrémité N se lie à une grande protéine multi-sous-unité appelée translocase dans la membrane externe, qui les déplace ensuite activement à travers la membrane. [27] Les proprotéines mitochondriales sont importées via des complexes de translocation spécialisés.

La membrane externe contient également des enzymes impliquées dans des activités aussi diverses que l'allongement des acides gras, l'oxydation de l'épinéphrine et la dégradation du tryptophane. Ces enzymes comprennent la monoamine oxydase, la NADH-cytochrome c-réductase insensible à la roténone, la kynurénine hydroxylase et l'acide gras Co-A ligase. La rupture de la membrane externe permet aux protéines de l'espace intermembranaire de s'infiltrer dans le cytosol, entraînant la mort cellulaire. [28] La membrane externe mitochondriale peut s'associer à la membrane du réticulum endoplasmique (RE), dans une structure appelée MAM (membrane ER associée aux mitochondries). Ceci est important dans la signalisation calcique des mitochondries du RE et est impliqué dans le transfert des lipides entre le RE et les mitochondries. [29] À l'extérieur de la membrane externe, il y a de petites particules (diamètre : 60Å) appelées sous-unités de Parson.

Espace intermembranaire Modifier

Les espace intermembranaire mitochondrial est l'espace entre la membrane externe et la membrane interne. Il est également connu sous le nom d'espace périmitochondrial. Parce que la membrane externe est librement perméable aux petites molécules, les concentrations de petites molécules, telles que les ions et les sucres, dans l'espace intermembranaire sont les mêmes que dans le cytosol. [17] Cependant, les grandes protéines doivent avoir une séquence de signalisation spécifique pour être transportées à travers la membrane externe, de sorte que la composition protéique de cet espace est différente de la composition protéique du cytosol. Une protéine qui est ainsi localisée dans l'espace intermembranaire est le cytochrome c. [28]

Membrane intérieure Modifier

La membrane mitochondriale interne contient des protéines avec trois types de fonctions : [17]

  1. Ceux qui effectuent les réactions d'oxydoréduction en chaîne de transport d'électrons, qui génèrent de l'ATP dans la matrice
  2. Protéines de transport spécifiques qui régulent le passage des métabolites dans et hors de la matrice mitochondriale

Il contient plus de 151 polypeptides différents et présente un rapport protéine/phospholipide très élevé (plus de 3:1 en poids, soit environ 1 protéine pour 15 phospholipides). La membrane interne abrite environ 1/5 de la protéine totale dans une mitochondrie. [30] De plus, la membrane interne est riche en un phospholipide inhabituel, la cardiolipine. Ce phospholipide a été initialement découvert dans le cœur des vaches en 1942 et est généralement caractéristique des membranes plasmiques mitochondriales et bactériennes. [31] Cardiolipin contient quatre acides gras plutôt que deux et peut aider à rendre la membrane interne imperméable. [17] Contrairement à la membrane externe, la membrane interne ne contient pas de porines et est hautement imperméable à toutes les molécules. Presque tous les ions et molécules nécessitent des transporteurs membranaires spéciaux pour entrer ou sortir de la matrice. Les protéines sont transportées dans la matrice via le complexe translocase de la membrane interne (TIM) ou via OXA1L. [27] De plus, il existe un potentiel membranaire à travers la membrane interne, formé par l'action des enzymes de la chaîne de transport d'électrons. La fusion de la membrane interne est médiée par la protéine de la membrane interne OPA1. [32]

Cristae Modifier

La membrane mitochondriale interne est compartimentée en de nombreux replis appelés crêtes, qui élargissent la surface de la membrane mitochondriale interne, améliorant ainsi sa capacité à produire de l'ATP. Pour les mitochondries hépatiques typiques, la surface de la membrane interne est environ cinq fois plus grande que la membrane externe. Ce rapport est variable et les mitochondries des cellules qui ont une plus grande demande en ATP, telles que les cellules musculaires, contiennent encore plus de crêtes.Les mitochondries au sein d'une même cellule peuvent avoir une densité de crête sensiblement différente, celles qui sont nécessaires pour produire plus d'énergie ayant une surface de membrane de crête beaucoup plus importante. [33] Ces plis sont parsemés de petits corps ronds appelés F1 particules ou oxysomes. [34]

Matrice Modifier

La matrice est l'espace délimité par la membrane interne. Il contient environ 2/3 des protéines totales dans une mitochondrie. [17] La ​​matrice est importante dans la production d'ATP à l'aide de l'ATP synthase contenue dans la membrane interne. La matrice contient un mélange hautement concentré de centaines d'enzymes, de ribosomes mitochondriaux spéciaux, d'ARNt et de plusieurs copies du génome de l'ADN mitochondrial. Parmi les enzymes, les principales fonctions comprennent l'oxydation du pyruvate et des acides gras, et le cycle de l'acide citrique. [17] Les molécules d'ADN sont conditionnées en nucléoïdes par des protéines, dont TFAM. [35]

Les rôles les plus importants des mitochondries sont de produire la monnaie énergétique de la cellule, l'ATP (c'est-à-dire la phosphorylation de l'ADP), par la respiration et de réguler le métabolisme cellulaire. [18] L'ensemble central de réactions impliquées dans la production d'ATP est connu collectivement sous le nom de cycle d'acide citrique, ou cycle de Krebs. Cependant, la mitochondrie a de nombreuses autres fonctions en plus de la production d'ATP.

Conversion d'énergie Modifier

Un rôle dominant pour les mitochondries est la production d'ATP, comme en témoigne le grand nombre de protéines dans la membrane interne pour cette tâche. Cela se fait en oxydant les principaux produits du glucose : le pyruvate et le NADH, qui sont produits dans le cytosol. [18] Ce type de respiration cellulaire, connue sous le nom de respiration aérobie, dépend de la présence d'oxygène, qui fournit la majeure partie de l'énergie libérée. [36] Lorsque l'oxygène est limité, les produits glycolytiques seront métabolisés par fermentation anaérobie, processus indépendant des mitochondries. [18] La production d'ATP à partir de glucose et d'oxygène a un rendement environ 13 fois plus élevé pendant la respiration aérobie par rapport à la fermentation. [37] Les mitochondries végétales peuvent également produire une quantité limitée d'ATP soit en brisant le sucre produit pendant la photosynthèse, soit sans oxygène en utilisant le substrat alternatif nitrite. [38] L'ATP traverse la membrane interne à l'aide d'une protéine spécifique et traverse la membrane externe via les porines. [39] ADP revient par le même chemin.

Pyruvate et le cycle de l'acide citrique Modifier

Les molécules de pyruvate produites par la glycolyse sont activement transportées à travers la membrane mitochondriale interne et dans la matrice où elles peuvent être oxydées et combinées avec la coenzyme A pour former du CO2, acétyl-CoA et NADH, [18] ou ils peuvent être carboxylés (par la pyruvate carboxylase) pour former de l'oxaloacétate. Cette dernière réaction "remplit" la quantité d'oxaloacétate dans le cycle de l'acide citrique et est donc une réaction anapléotique, augmentant la capacité du cycle à métaboliser l'acétyl-CoA lorsque les besoins énergétiques du tissu (par exemple, dans le muscle) sont soudainement augmentés par l'activité. [40]

Dans le cycle de l'acide citrique, tous les intermédiaires (par exemple le citrate, l'iso-citrate, l'alpha-cétoglutarate, le succinate, le fumarate, le malate et l'oxaloacétate) sont régénérés à chaque tour du cycle. L'ajout de plus de l'un de ces intermédiaires à la mitochondrie signifie donc que la quantité supplémentaire est conservée dans le cycle, augmentant tous les autres intermédiaires à mesure que l'un est converti en l'autre. Par conséquent, l'ajout de l'un d'entre eux au cycle a un effet anaplérotique et son retrait a un effet catapléotique. Ces réactions anaplérotiques et cataplérotiques vont, au cours du cycle, augmenter ou diminuer la quantité d'oxaloacétate disponible pour se combiner avec l'acétyl-CoA pour former de l'acide citrique. Cela augmente ou diminue à son tour le taux de production d'ATP par la mitochondrie, et donc la disponibilité d'ATP pour la cellule. [40]

L'acétyl-CoA, quant à lui, issu de l'oxydation du pyruvate, ou de la bêta-oxydation des acides gras, est le seul carburant à entrer dans le cycle de l'acide citrique. A chaque tour du cycle, une molécule d'acétyl-CoA est consommée pour chaque molécule d'oxaloacétate présente dans la matrice mitochondriale, et n'est jamais régénérée. C'est l'oxydation de la partie acétate de l'acétyl-CoA qui produit du CO2 et de l'eau, l'énergie ainsi libérée étant captée sous forme d'ATP. [40]

Dans le foie, la carboxylation du pyruvate cytosolique en oxaloacétate intra-mitochondrial est une étape précoce de la voie gluconéogène, qui convertit le lactate et l'alanine désaminée en glucose, [18] [40] sous l'influence de taux élevés de glucagon et/ ou de l'épinéphrine dans le sang. [40] Ici, l'ajout d'oxaloacétate à la mitochondrie n'a pas d'effet anapléotique net, car un autre intermédiaire du cycle de l'acide citrique (malate) est immédiatement retiré de la mitochondrie pour être converti en oxaloacétate cytosolique, qui est finalement converti en glucose, en un processus qui est presque l'inverse de la glycolyse. [40]

Les enzymes du cycle de l'acide citrique sont situées dans la matrice mitochondriale, à l'exception de la succinate déshydrogénase, qui est liée à la membrane mitochondriale interne dans le cadre du complexe II. [41] Le cycle de l'acide citrique oxyde l'acétyl-CoA en dioxyde de carbone et, dans le processus, produit des cofacteurs réduits (trois molécules de NADH et une molécule de FADH2) qui sont une source d'électrons pour la chaîne de transport d'électrons, et une molécule de GTP (qui est facilement convertie en ATP). [18]

NADH et FADH2: la chaîne de transport d'électrons Modifier

Les électrons de NADH et FADH2 sont transférés à l'oxygène (O2), une molécule riche en énergie, [36] et de l'hydrogène (protons) en plusieurs étapes via la chaîne de transport d'électrons. NADH et FADH2 les molécules sont produites au sein de la matrice via le cycle de l'acide citrique mais sont également produites dans le cytoplasme par glycolyse. Les équivalents réducteurs du cytoplasme peuvent être importés via le système de navette malate-aspartate de protéines antiporter ou alimenter la chaîne de transport d'électrons à l'aide d'une navette de phosphate de glycérol. [18] Des complexes protéiques dans la membrane interne (NADH déshydrogénase (ubiquinone), cytochrome c réductase et cytochrome c oxydase) effectuent le transfert et la libération progressive d'énergie est utilisée pour pomper des protons (H + ) dans l'espace intermembranaire. Ce processus est efficace, mais un petit pourcentage d'électrons peut réduire prématurément l'oxygène, formant des espèces réactives de l'oxygène telles que le superoxyde. [18] Cela peut provoquer un stress oxydatif dans les mitochondries et contribuer au déclin de la fonction mitochondriale associée au processus de vieillissement. [42]

À mesure que la concentration de protons augmente dans l'espace intermembranaire, un fort gradient électrochimique s'établit à travers la membrane interne. Les protons peuvent retourner à la matrice à travers le complexe ATP synthase, et leur énergie potentielle est utilisée pour synthétiser l'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique (Pje). [18] Ce processus s'appelle chemiosmosis et a été décrit pour la première fois par Peter Mitchell, [43] [44] qui a reçu le prix Nobel de chimie 1978 pour son travail. Plus tard, une partie du prix Nobel de chimie 1997 a été décerné à Paul D. Boyer et John E. Walker pour leur clarification du mécanisme de fonctionnement de l'ATP synthase. [45]

Production de chaleur Modifier

Dans certaines conditions, les protons peuvent réintégrer la matrice mitochondriale sans contribuer à la synthèse d'ATP. Ce processus est connu sous le nom fuite de protons ou le découplage mitochondrial et est dû à la diffusion facilitée des protons dans la matrice. Le processus a pour résultat que l'énergie potentielle non exploitée du gradient électrochimique de protons est libérée sous forme de chaleur. [18] Le processus est médié par un canal de protons appelé thermogénine, ou UCP1. [46] La thermogénine se trouve principalement dans le tissu adipeux brun, ou graisse brune, et est responsable de la thermogenèse sans frisson. Le tissu adipeux brun se trouve chez les mammifères et est à son plus haut niveau au début de la vie et chez les animaux en hibernation. Chez l'homme, le tissu adipeux brun est présent à la naissance et diminue avec l'âge. [46]

Stockage des ions calcium Modifier

Les concentrations de calcium libre dans la cellule peuvent réguler un éventail de réactions et sont importantes pour la transduction du signal dans la cellule. Les mitochondries peuvent stocker de manière transitoire du calcium, un processus contribuant à l'homéostasie cellulaire du calcium. [47] [48] Leur capacité à absorber rapidement du calcium pour une libération ultérieure en fait de bons "tampons cytosoliques" pour le calcium. [49] [50] [51] Le réticulum endoplasmique (RE) est le site de stockage le plus important du calcium, [52] et il existe une interaction significative entre la mitochondrie et le RE en ce qui concerne le calcium. [53] Le calcium est absorbé dans la matrice par l'uniporteur de calcium mitochondrial sur la membrane mitochondriale interne. [54] Il est principalement conduit par le potentiel membranaire mitochondrial. [48] ​​La libération de ce calcium à l'intérieur de la cellule peut se produire via une protéine d'échange sodium-calcium ou via des voies de « libération de calcium induite par le calcium ». [54] Cela peut initier des pics de calcium ou des vagues de calcium avec de grands changements dans le potentiel membranaire. Ceux-ci peuvent activer une série de protéines du système de second messager qui peuvent coordonner des processus tels que la libération de neurotransmetteurs dans les cellules nerveuses et la libération d'hormones dans les cellules endocrines. [55]

L'afflux de Ca 2+ dans la matrice mitochondriale a récemment été mis en cause comme mécanisme de régulation de la bioénergétique respiratoire en permettant au potentiel électrochimique à travers la membrane de passer transitoirement de -dominé à pH-dominé, facilitant une réduction du stress oxydatif. [56] Dans les neurones, des augmentations concomitantes du calcium cytosolique et mitochondrial agissent pour synchroniser l'activité neuronale avec le métabolisme énergétique mitochondrial. Les niveaux de calcium de la matrice mitochondriale peuvent atteindre des dizaines de niveaux micromolaires, ce qui est nécessaire à l'activation de l'isocitrate déshydrogénase, l'une des enzymes régulatrices clés du cycle de Krebs. [57]

Régulation de la prolifération cellulaire Modifier

La relation entre la prolifération cellulaire et les mitochondries a été étudiée. Les cellules tumorales ont besoin de suffisamment d'ATP pour synthétiser des composés bioactifs tels que des lipides, des protéines et des nucléotides pour une prolifération rapide. [58] La majorité de l'ATP dans les cellules tumorales est générée via la voie de phosphorylation oxydative (OxPhos). [59] L'interférence avec OxPhos provoque un arrêt du cycle cellulaire suggérant que les mitochondries jouent un rôle dans la prolifération cellulaire. [59] La production d'ATP mitochondrial est également vitale pour la division cellulaire et la différenciation dans l'infection [60] en plus des fonctions de base dans la cellule, notamment la régulation du volume cellulaire, la concentration de soluté et l'architecture cellulaire. [61] [62] [63] Les niveaux d'ATP diffèrent à divers stades du cycle cellulaire, suggérant qu'il existe une relation entre l'abondance d'ATP et la capacité de la cellule à entrer dans un nouveau cycle cellulaire. [64] Le rôle de l'ATP dans les fonctions de base de la cellule rend le cycle cellulaire sensible aux changements dans la disponibilité de l'ATP dérivé des mitochondries. [64] La variation des niveaux d'ATP à différents stades du cycle cellulaire soutient l'hypothèse selon laquelle les mitochondries jouent un rôle important dans la régulation du cycle cellulaire. [64] Bien que les mécanismes spécifiques entre les mitochondries et la régulation du cycle cellulaire ne soient pas bien compris, des études ont montré que les points de contrôle du cycle cellulaire à faible énergie surveillent la capacité énergétique avant de s'engager dans un autre cycle de division cellulaire. [9]

Fonctions supplémentaires Modifier

Les mitochondries jouent un rôle central dans de nombreuses autres tâches métaboliques, telles que :

  • Signalisation par les espèces réactives de l'oxygène mitochondriales [65]
  • Régulation du potentiel membranaire[18] -mort cellulaire programmée [66]
  • Signalisation du calcium (y compris l'apoptose évoquée par le calcium) [67]
  • Régulation du métabolisme cellulaire[9]
  • Certaines réactions de synthèse de l'hème [68](voir aussi : porphyrine) synthèse. [49]
  • Signalisation hormonale [69] Les mitochondries sont sensibles et réactives aux hormones, en partie par l'action des récepteurs mitochondriaux des œstrogènes (mtER). Ces récepteurs ont été trouvés dans divers tissus et types de cellules, y compris le cerveau [70] et le cœur [71]
  • Signalisation immunitaire [72]
  • Les mitochondries neuronales contribuent également au contrôle de la qualité cellulaire en signalant l'état neuronal de la microglie par le biais de jonctions somatiques spécialisées. [73]

Certaines fonctions mitochondriales ne sont exécutées que dans des types spécifiques de cellules. Par exemple, les mitochondries des cellules hépatiques contiennent des enzymes qui leur permettent de détoxifier l'ammoniac, un déchet du métabolisme des protéines. Une mutation dans les gènes régulant l'une de ces fonctions peut entraîner des maladies mitochondriales.

Les mitochondries (et les structures apparentées) se trouvent chez tous les eucaryotes (sauf deux, l'Oxymonade Monocercomonoïdes et Henneguya salminicola). [5] [6] [7] [74] Bien que généralement décrits comme des structures semblables à des haricots, ils forment un réseau hautement dynamique dans la majorité des cellules où ils subissent constamment une fission et une fusion. La population de toutes les mitochondries d'une cellule donnée constitue le chondriome. [75] Les mitochondries varient en nombre et en emplacement selon le type cellulaire. Une seule mitochondrie est souvent trouvée dans les organismes unicellulaires, tandis que les cellules hépatiques humaines ont environ 1000 à 2000 mitochondries par cellule, ce qui représente 1/5 du volume cellulaire. [17] Le contenu mitochondrial de cellules par ailleurs similaires peut varier considérablement en taille et en potentiel membranaire, [76] avec des différences provenant de sources comprenant une partition inégale au niveau des divisions cellulaires, entraînant des différences extrinsèques dans les niveaux d'ATP et les processus cellulaires en aval. [77] Les mitochondries peuvent être trouvées nichées entre les myofibrilles du muscle ou enroulées autour du flagelle du sperme. [17] Souvent, ils forment un réseau de ramifications 3D complexe à l'intérieur de la cellule avec le cytosquelette. L'association avec le cytosquelette détermine la forme mitochondriale, qui peut également affecter la fonction : [78] différentes structures du réseau mitochondrial peuvent offrir à la population une variété d'avantages ou d'inconvénients physiques, chimiques et de signalisation. [79] Les mitochondries dans les cellules sont toujours distribuées le long des microtubules et la distribution de ces organites est également corrélée avec le réticulum endoplasmique. [80] Des preuves récentes suggèrent que la vimentine, l'un des composants du cytosquelette, est également essentielle à l'association avec le cytosquelette. [81]

Membrane RE associée aux mitochondries (MAM) Modifier

La membrane ER associée aux mitochondries (MAM) est un autre élément structurel de plus en plus reconnu pour son rôle essentiel dans la physiologie cellulaire et l'homéostasie. Autrefois considérés comme un problème technique dans les techniques de fractionnement cellulaire, les contaminants présumés des vésicules du RE qui apparaissaient invariablement dans la fraction mitochondriale ont été réidentifiés comme des structures membraneuses dérivées du MAM, l'interface entre les mitochondries et le RE. [82] Le couplage physique entre ces deux organites avait été précédemment observé dans les micrographies électroniques et a été plus récemment sondé avec la microscopie à fluorescence. [82] De telles études estiment qu'au MAM, qui peut comprendre jusqu'à 20% de la membrane externe mitochondriale, le RE et les mitochondries sont séparés par à peine 10-25 nm et maintenus ensemble par des complexes d'attache protéique. [82] [29] [83]

La MAM purifiée issue du fractionnement subcellulaire est enrichie en enzymes impliquées dans l'échange de phospholipides, en plus des canaux associés à la signalisation Ca 2+. [82] [83] Ces indices d'un rôle important du MAM dans la régulation des réserves lipidiques cellulaires et la transduction du signal ont été confirmés, avec des implications significatives pour les phénomènes cellulaires associés aux mitochondries, comme discuté ci-dessous. Non seulement le MAM a fourni un aperçu de la base mécanistique sous-jacente à des processus physiologiques tels que l'apoptose intrinsèque et la propagation de la signalisation calcique, mais il favorise également une vision plus raffinée des mitochondries. Bien que souvent considérée comme des « centrales » statiques et isolées détournées pour le métabolisme cellulaire par le biais d'un ancien événement endosymbiotique, l'évolution du MAM souligne à quel point les mitochondries ont été intégrées dans la physiologie cellulaire globale, avec un couplage physique et fonctionnel intime avec le système endomembranaire.

Transfert de phospholipides Modifier

La MAM est enrichie en enzymes impliquées dans la biosynthèse des lipides, telles que la phosphatidylsérine synthase sur la face du RE et la phosphatidylsérine décarboxylase sur la face mitochondriale. [84] [85] Parce que les mitochondries sont des organites dynamiques subissant constamment des événements de fission et de fusion, elles nécessitent un approvisionnement constant et bien régulé de phospholipides pour l'intégrité de la membrane. [86] [87] Mais les mitochondries ne sont pas seulement une destination pour les phospholipides dont elles finissent plutôt la synthèse, cet organite joue également un rôle dans le trafic inter-organite des intermédiaires et des produits des voies de biosynthèse des phospholipides, du métabolisme des céramides et du cholestérol, et des glycosphingolipides anabolisme. [85] [87]

Une telle capacité de trafic dépend du MAM, qui s'est avéré faciliter le transfert d'intermédiaires lipidiques entre les organites. [84] Contrairement au mécanisme vésiculaire standard de transfert de lipides, les preuves indiquent que la proximité physique du RE et des membranes mitochondriales au niveau du MAM permet le basculement des lipides entre les bicouches opposées. [87] Malgré ce mécanisme inhabituel et apparemment énergétiquement défavorable, un tel transport ne nécessite pas d'ATP. [87] Au lieu de cela, chez la levure, il a été démontré qu'il dépendait d'une structure d'attache multiprotéique appelée structure de rencontre ER-mitochondries, ou ERMES, bien qu'il ne soit pas clair si cette structure médie directement le transfert de lipides ou est nécessaire pour maintenir les membranes en suffisamment proche pour abaisser la barrière énergétique pour le retournement des lipides. [87] [88]

Le MAM peut également faire partie de la voie de sécrétion, en plus de son rôle dans le trafic lipidique intracellulaire. En particulier, le MAM semble être une destination intermédiaire entre le RE rugueux et le Golgi dans la voie qui conduit à l'assemblage et à la sécrétion des lipoprotéines de très basse densité, ou VLDL. [85] [89] Le MAM sert ainsi de plaque tournante métabolique et de trafic critique dans le métabolisme lipidique.

Signalisation du calcium Modifier

Un rôle critique du RE dans la signalisation calcique a été reconnu avant qu'un tel rôle pour les mitochondries ne soit largement accepté, en partie parce que la faible affinité des canaux Ca 2+ localisés sur la membrane mitochondriale externe semblait contredire la prétendue réactivité de cet organite aux changements dans les Flux de Ca 2+. [82] [52] Mais la présence du MAM résout cette apparente contradiction : l'association physique étroite entre les deux organites se traduit par des microdomaines Ca 2+ aux points de contact qui facilitent une transmission efficace du Ca 2+ du RE aux mitochondries. [82] La transmission se produit en réponse aux soi-disant « bouffées de Ca 2+ » générées par le regroupement spontané et l'activation d'IP3R, un canal Ca 2+ canonique de la membrane du RE. [82] [29]

Le devenir de ces bouffées, en particulier, qu'elles restent confinées à des lieux isolés ou intégrées dans des ondes de Ca 2+ pour se propager dans toute la cellule, est déterminée en grande partie par la dynamique MAM. Bien que la recapture du Ca 2+ par le RE (concomitamment à sa libération) module l'intensité des bouffées, isolant ainsi les mitochondries dans une certaine mesure d'une exposition élevée au Ca 2+, le MAM sert souvent de pare-feu qui tamponne essentiellement les bouffées de Ca 2+ en agissant comme un puits dans lequel les ions libres libérés dans le cytosol peuvent être canalisés. [82] [90] [91] Cette tunnelisation du Ca 2+ se produit à travers le récepteur de faible affinité Ca 2+ VDAC1, qui s'est récemment avéré physiquement attaché aux clusters IP3R sur la membrane du RE et enrichi au MAM. [82] [29] [92] La capacité des mitochondries à servir de puits de Ca 2+ est le résultat du gradient électrochimique généré pendant la phosphorylation oxydative, qui fait du tunneling du cation un processus exergonique. [92] L'afflux de calcium normal et modéré du cytosol dans la matrice mitochondriale provoque une dépolarisation transitoire qui est corrigée en pompant des protons.

Mais la transmission du Ca 2+ n'est pas plutôt unidirectionnelle, c'est une rue à double sens. [52] Les propriétés de la pompe Ca 2+ SERCA et du canal IP3R présent sur la membrane du RE facilitent la régulation par rétroaction coordonnée par la fonction MAM. En particulier, la clairance du Ca 2+ par le MAM permet une structuration spatio-temporelle de la signalisation Ca 2+ car Ca 2+ altère l'activité IP3R de manière biphasique. [82] SERCA est également affecté par la rétroaction mitochondriale : l'absorption de Ca 2+ par le MAM stimule la production d'ATP, fournissant ainsi de l'énergie qui permet à SERCA de recharger le RE avec Ca 2+ pour un efflux continu de Ca 2+ au MAM. [90] [92] Ainsi, le MAM n'est pas un tampon passif pour les bouffées de Ca 2+, il aide plutôt à moduler davantage la signalisation de Ca 2+ via des boucles de rétroaction qui affectent la dynamique du RE.

La régulation de la libération ER de Ca 2+ au niveau du MAM est particulièrement critique car seule une certaine fenêtre d'absorption de Ca 2+ maintient les mitochondries, et par conséquent la cellule, à l'homéostasie. Une signalisation intraorganite suffisante de Ca 2+ est nécessaire pour stimuler le métabolisme en activant les enzymes déshydrogénases essentielles au flux à travers le cycle de l'acide citrique. [93] [94] Cependant, une fois que la signalisation du Ca 2+ dans les mitochondries dépasse un certain seuil, elle stimule la voie intrinsèque de l'apoptose en partie en réduisant le potentiel membranaire mitochondrial requis pour le métabolisme. [82] Des études examinant le rôle des facteurs pro- et anti-apoptotiques soutiennent ce modèle, par exemple, il a été démontré que le facteur anti-apoptotique Bcl-2 interagit avec les IP3R pour réduire le remplissage en Ca 2+ du RE, entraînant une réduction de l'efflux au MAM et empêchant l'effondrement des stimuli post-apoptotiques potentiels de la membrane mitochondriale. [82] Compte tenu de la nécessité d'une régulation aussi fine de la signalisation du Ca 2+, il n'est peut-être pas surprenant que le Ca 2+ mitochondrial dérégulé ait été impliqué dans plusieurs maladies neurodégénératives, alors que le catalogue des suppresseurs de tumeurs en comprend quelques-uns qui sont enrichis au MAM. [92]

Base moléculaire de l'attache Modifier

Des progrès récents dans l'identification des attaches entre les membranes mitochondriales et ER suggèrent que la fonction d'échafaudage des éléments moléculaires impliqués est secondaire à d'autres fonctions non structurelles. Chez la levure, ERMES, un complexe multiprotéique d'interactions entre les protéines membranaires ER et mitochondriales, est nécessaire pour le transfert des lipides au niveau du MAM et illustre ce principe. L'un de ses composants, par exemple, est également un constituant du complexe protéique requis pour l'insertion de protéines transmembranaires en tonneau bêta dans la bicouche lipidique. [87] Cependant, un homologue du complexe ERMES n'a pas encore été identifié dans les cellules de mammifères. D'autres protéines impliquées dans l'échafaudage ont également des fonctions indépendantes de l'attache structurelle au MAM. événements de fusion entre les mitochondries individuelles. [82] La protéine liée au glucose 75 (grp75) est une autre protéine à double fonction. En plus du pool matriciel de grp75, une partie sert de chaperon qui relie physiquement les canaux mitochondriaux et ER Ca 2+ VDAC et IP3R pour une transmission efficace du Ca 2+ au MAM. [82] [29] Une autre attache potentielle est Sigma-1R, un récepteur non opioïde dont la stabilisation de l'IP3R résident du RE peut préserver la communication au niveau du MAM pendant la réponse au stress métabolique. [95] [96]

Perspective Modifier

Le MAM est une plaque tournante critique de la signalisation, du métabolisme et du trafic dans la cellule qui permet l'intégration de l'ER et de la physiologie mitochondriale. Le couplage entre ces organites n'est pas simplement structurel mais également fonctionnel et critique pour la physiologie cellulaire globale et l'homéostasie. Le MAM offre ainsi une perspective sur les mitochondries qui s'écarte de la vision traditionnelle de cet organite comme une unité statique et isolée appropriée pour sa capacité métabolique par la cellule. [97] Au lieu de cela, cette interface mitochondriale-ER met l'accent sur l'intégration des mitochondries, le produit d'un événement endosymbiotique, dans divers processus cellulaires. Récemment, il a également été montré que les mitochondries et les MAM-s dans les neurones sont ancrées à des sites de communication intercellulaire spécialisés (appelés jonctions somatiques). Les processus microgliaux surveillent et protègent les fonctions neuronales de ces sites, et les MAM-s sont censés jouer un rôle important dans ce type de contrôle de qualité cellulaire. [73]

Il existe deux hypothèses sur l'origine des mitochondries : endosymbiotique et autogène. L'hypothèse endosymbiotique suggère que les mitochondries étaient à l'origine des cellules procaryotes, capables de mettre en œuvre des mécanismes oxydatifs qui n'étaient pas possibles pour les cellules eucaryotes, elles sont devenues des endosymbiotes vivant à l'intérieur de l'eucaryote. [98] Dans l'hypothèse autogène, les mitochondries sont nées en séparant une portion d'ADN du noyau de la cellule eucaryote au moment de la divergence avec les procaryotes cette portion d'ADN aurait été enfermée par des membranes, qui ne pourraient pas être traversées par des protéines . Étant donné que les mitochondries ont de nombreuses caractéristiques en commun avec les bactéries, l'hypothèse endosymbiotique est plus largement acceptée. [98] [99]

Une mitochondrie contient de l'ADN, qui est organisé en plusieurs copies d'un seul chromosome, généralement circulaire. Ce chromosome mitochondrial contient des gènes pour les protéines redox, comme celles de la chaîne respiratoire. L'hypothèse du CoRR propose que cette co-localisation est nécessaire pour la régulation redox. Le génome mitochondrial code pour certains ARN de ribosomes, et les 22 ARNt nécessaires à la traduction des ARNm en protéine. La structure circulaire se trouve également chez les procaryotes. La proto-mitochondrie était probablement étroitement liée à Rickettsia. [100] [101] Cependant, la relation exacte de l'ancêtre des mitochondries aux alphaprotéobactéries et si la mitochondrie s'est formée en même temps ou après le noyau, reste controversée. [102] Par exemple, il a été suggéré que le clade de bactéries SAR11 partage un ancêtre commun relativement récent avec les mitochondries, [103] tandis que les analyses phylogénomiques indiquent que les mitochondries ont évolué à partir d'une lignée de protéobactéries étroitement apparentée ou membre des alphaprotéobactéries. . [104] [105]

Sous-groupes Ib, II, IIIa, IIIb, IV et V

Les ribosomes codés par l'ADN mitochondrial sont similaires à ceux des bactéries en taille et en structure. [107] Ils ressemblent étroitement au ribosome bactérien 70S et non aux ribosomes cytoplasmiques 80S, qui sont codés par l'ADN nucléaire.

La relation endosymbiotique des mitochondries avec leurs cellules hôtes a été popularisée par Lynn Margulis. [108] L'hypothèse endosymbiotique suggère que les mitochondries sont issues de bactéries qui ont survécu à l'endocytose par une autre cellule et se sont incorporées au cytoplasme. La capacité de ces bactéries à conduire la respiration dans les cellules hôtes qui s'étaient appuyées sur la glycolyse et la fermentation aurait fourni un avantage évolutif considérable. Cette relation symbiotique s'est probablement développée il y a 1,7 à 2 milliards d'années. [109] [110] Quelques groupes d'eucaryotes unicellulaires n'ont que des mitochondries vestigiales ou des structures dérivées : les microsporidiens, les métamonades et les archamoebae. [111] Ces groupes apparaissent comme les eucaryotes les plus primitifs sur les arbres phylogénétiques construits à l'aide d'informations d'ARNr, ce qui suggérait autrefois qu'ils étaient apparus avant l'origine des mitochondries. Cependant, il s'agit maintenant d'un artefact d'attraction à longue branche - ce sont des groupes dérivés et conservent des gènes ou des organites dérivés des mitochondries (par exemple, les mitosomes et les hydrogénosomes). [4] Hydrogénosomes, mitosomes et organites apparentés tels que trouvés dans certains loricifera (par ex. Spinoloricus) [112] [113] et les myxozoaires (par ex. Henneguya zschokkei) sont classés ensemble comme des MRO, des organites liés aux mitochondries. [114] [115]

Les monocercomonoïdes semblent avoir complètement perdu leurs mitochondries et au moins certaines des fonctions mitochondriales semblent être assurées par des protéines cytoplasmiques maintenant. [116]

Les mitochondries contiennent leur propre génome. Les Humain Le génome mitochondrial est une molécule d'ADN circulaire d'environ 16 kilobases. [117] Il code 37 gènes : 13 pour les sous-unités des complexes respiratoires I, III, IV et V, 22 pour l'ARNt mitochondrial (pour les 20 acides aminés standards, plus un gène supplémentaire pour la leucine et la sérine), et 2 pour l'ARNr. [117] Une mitochondrie peut contenir de deux à dix copies de son ADN. [118]

Comme chez les procaryotes, il y a une très forte proportion d'ADN codant et une absence de répétitions. Les gènes mitochondriaux sont transcrits sous forme de transcrits multigéniques, qui sont clivés et polyadénylés pour produire des ARNm matures. La plupart des protéines nécessaires à la fonction mitochondriale sont codées par des gènes dans le noyau cellulaire et les protéines correspondantes sont importées dans la mitochondrie. [119] Le nombre exact de gènes codés par le noyau et le génome mitochondrial diffère selon les espèces. La plupart des génomes mitochondriaux sont circulaires. [120] En général, l'ADN mitochondrial manque d'introns, comme c'est le cas dans le génome mitochondrial humain [119] cependant, des introns ont été observés dans certains ADN mitochondriaux eucaryotes, [121] comme celui de la levure [122] et des protistes, [ 123] y compris Dictyostelium discoideum. [124] Entre les régions codant pour les protéines, des ARNt sont présents. Les gènes d'ARNt mitochondrial ont des séquences différentes des ARNt nucléaires, mais des ressemblances d'ARNt mitochondriaux ont été trouvées dans les chromosomes nucléaires avec une similitude de séquence élevée. [125]

Chez les animaux, le génome mitochondrial est généralement un seul chromosome circulaire d'environ 16 kb de long et contenant 37 gènes. Les gènes, bien que hautement conservés, peuvent varier en emplacement. Curieusement, ce modèle ne se retrouve pas chez le pou de corps humain (Pédicule humain). Au lieu de cela, ce génome mitochondrial est organisé en 18 chromosomes minicirculaires, chacun d'une longueur de 3 à 4 kb et possédant un à trois gènes. [126] Ce modèle se retrouve également chez d'autres poux suceurs, mais pas chez les poux broyeurs. Il a été démontré que la recombinaison se produit entre les minichromosomes.

Code génétique alternatif Modifier

Exceptions au code génétique standard dans les mitochondries [17]
Organisme Codon Standard Mitochondries
Mammifères AGA, AGG Arginine Codon d'arrêt
Invertébrés AGA, AGG Arginine Sérine
Champignons AUC Leucine thréonine
Tout ce qui précède AUA Isoleucine Méthionine
UGA Codon d'arrêt Tryptophane

Alors que de légères variations sur le code génétique standard avaient été prédites auparavant, [127] aucune n'a été découverte jusqu'en 1979, lorsque les chercheurs étudiant les gènes mitochondriaux humains ont déterminé qu'ils utilisaient un code alternatif. [128] Cependant, les mitochondries de nombreux autres eucaryotes, y compris la plupart des plantes, utilisent le code standard. [129] De nombreuses variantes légères ont été découvertes depuis, [130] y compris divers codes mitochondriaux alternatifs. [131] En outre, les codons AUA, AUC et AUU sont tous des codons d'initiation autorisés.

Certaines de ces différences doivent être considérées comme des pseudo-changements du code génétique dus au phénomène d'édition de l'ARN, qui est courant dans les mitochondries. Dans les plantes supérieures, on pensait que CGG codait pour le tryptophane et non pour l'arginine, cependant, le codon dans l'ARN traité s'est avéré être le codon UGG, conformément au code génétique standard du tryptophane. [132] Il est à noter que le code génétique mitochondrial des arthropodes a subi une évolution parallèle au sein d'un phylum, certains organismes traduisant de manière unique AGG en lysine. [133]

Réplication et héritage Modifier

Les mitochondries se divisent par fission binaire, semblable aux bactéries. [134] La réglementation de cette division diffère entre les eucaryotes. Chez de nombreux eucaryotes unicellulaires, leur croissance et leur division sont liées au cycle cellulaire. Par exemple, une seule mitochondrie peut se diviser de manière synchrone avec le noyau. Ce processus de division et de ségrégation doit être étroitement contrôlé afin que chaque cellule fille reçoive au moins une mitochondrie. Chez d'autres eucaryotes (chez les mammifères par exemple), les mitochondries peuvent répliquer leur ADN et se diviser principalement en réponse aux besoins énergétiques de la cellule, plutôt qu'en phase avec le cycle cellulaire. Lorsque les besoins énergétiques d'une cellule sont élevés, les mitochondries se développent et se divisent. Lorsque la consommation d'énergie est faible, les mitochondries sont détruites ou deviennent inactives. Dans de tels exemples, les mitochondries sont apparemment distribuées de manière aléatoire aux cellules filles pendant la division du cytoplasme. La dynamique mitochondriale, l'équilibre entre la fusion mitochondriale et la fission, est un facteur important dans les pathologies associées à plusieurs maladies. [135]

L'hypothèse de la fission binaire mitochondriale s'est appuyée sur la visualisation par microscopie à fluorescence et microscopie électronique à transmission conventionnelle (MET). La résolution de la microscopie à fluorescence (

200 nm) est insuffisant pour distinguer des détails structurels, comme une double membrane mitochondriale dans la division mitochondriale ou même pour distinguer des mitochondries individuelles lorsque plusieurs sont proches les unes des autres. La TEM conventionnelle a également quelques limitations techniques [ lequel? ] pour vérifier la division mitochondriale. La tomographie cryoélectronique a récemment été utilisée pour visualiser la division mitochondriale dans des cellules intactes hydratées congelées. Il a révélé que les mitochondries se divisent par bourgeonnement. [136]

Les gènes mitochondriaux d'un individu ne sont hérités que de la mère, à de rares exceptions près. [137] Chez l'homme, lorsqu'un ovule est fécondé par un spermatozoïde, les mitochondries, et donc l'ADN mitochondrial, proviennent généralement de l'ovule uniquement. Les mitochondries du spermatozoïde pénètrent dans l'ovule, mais ne contribuent pas à l'information génétique de l'embryon. [138] Au lieu de cela, les mitochondries paternelles sont marquées avec de l'ubiquitine pour les sélectionner pour une destruction ultérieure à l'intérieur de l'embryon. [139] L'ovule contient relativement peu de mitochondries, mais ces mitochondries se divisent pour peupler les cellules de l'organisme adulte. Ce mode est observé dans la plupart des organismes, y compris la majorité des animaux. Cependant, les mitochondries chez certaines espèces peuvent parfois être héritées paternellement. C'est la norme chez certains conifères, mais pas chez les pins et les ifs. [140] Pour les Mytilides, l'hérédité paternelle ne se produit que chez les mâles de l'espèce. [141] [142] [143] Il a été suggéré qu'il se produit à un niveau très bas chez les humains. [144]

L'hérédité uniparentale conduit à peu de possibilités de recombinaison génétique entre différentes lignées de mitochondries, bien qu'une seule mitochondrie puisse contenir 2 à 10 copies de son ADN. [118] La recombinaison qui a lieu maintient l'intégrité génétique plutôt que la diversité. Cependant, il existe des études montrant des preuves de recombinaison dans l'ADN mitochondrial. Il est clair que les enzymes nécessaires à la recombinaison sont présentes dans les cellules de mammifères. [145] De plus, des preuves suggèrent que les mitochondries animales peuvent subir une recombinaison. [146] Les données sont plus controversées chez les humains, bien qu'il existe des preuves indirectes de recombinaison. [147] [148]

On peut s'attendre à ce que les entités subissant un héritage uniparental et avec peu ou pas de recombinaison soient soumises au cliquet de Muller, l'accumulation de mutations délétères jusqu'à ce que la fonctionnalité soit perdue. Les populations animales de mitochondries évitent cette accumulation grâce à un processus de développement connu sous le nom de goulot d'étranglement de l'ADNmt. Le goulot d'étranglement exploite les processus stochastiques dans la cellule pour augmenter la variabilité de cellule à cellule de la charge mutante à mesure qu'un organisme se développe : un seul ovule avec une certaine proportion d'ADNmt mutant produit ainsi un embryon où différentes cellules ont différentes charges mutantes. La sélection au niveau cellulaire peut alors agir pour éliminer les cellules avec plus d'ADNmt mutant, conduisant à une stabilisation ou à une réduction de la charge mutante entre les générations. Le mécanisme sous-jacent au goulot d'étranglement est débattu, [149] [150] [151] avec une méta-étude mathématique et expérimentale récente fournissant des preuves d'une combinaison de partitionnement aléatoire des ADNmt au niveau des divisions cellulaires et du renouvellement aléatoire des molécules d'ADNmt dans la cellule. [152]

Réparation de l'ADN Modifier

Les mitochondries peuvent réparer les dommages oxydatifs de l'ADN par des mécanismes analogues à ceux qui se produisent dans le noyau cellulaire. Les protéines utilisées dans la réparation de l'ADNmt sont codées par des gènes nucléaires et sont transloquées vers les mitochondries. Les voies de réparation de l'ADN dans les mitochondries des mammifères comprennent la réparation par excision de base, la réparation de cassure double brin, l'inversion directe et la réparation des mésappariements. [153] [154] Les dommages à l'ADN peuvent également être contournés, plutôt que réparés, par la synthèse de translésion.

Parmi les nombreux processus de réparation de l'ADN dans les mitochondries, la voie de réparation par excision de base a été la plus étudiée. [154] La réparation par excision de base est effectuée par une séquence d'étapes catalysées enzymatiques qui incluent la reconnaissance et l'excision d'une base d'ADN endommagée, l'élimination du site abasique résultant, le traitement final, le remplissage des lacunes et la ligature. Un dommage courant dans l'ADNmt qui est réparé par réparation par excision de base est la 8-oxoguanine produite par l'oxydation de la guanine. [155]

Les cassures double brin peuvent être réparées par une réparation par recombinaison homologue dans l'ADNmt de mammifère [156] et l'ADNmt de plante. [157] Les cassures double brin dans l'ADNmt peuvent également être réparées par une jonction d'extrémité médiée par la microhomologie. [158] Bien qu'il existe des preuves des processus de réparation de l'inversion directe et de la réparation des mésappariements dans l'ADNmt, ces processus ne sont pas bien caractérisés. [154]

Manque d'ADN mitochondrial Modifier

Certains organismes ont complètement perdu leur ADN mitochondrial. Dans ces cas, des gènes codés par l'ADN mitochondrial ont été perdus ou transférés au noyau. [117] Cryptosporidium, ont des mitochondries dépourvues d'ADN, probablement parce que tous leurs gènes ont été perdus ou transférés. [159] Dans Cryptosporidium, les mitochondries ont un système de génération d'ATP altéré qui rend le parasite résistant à de nombreux inhibiteurs mitochondriaux classiques tels que le cyanure, l'azide et l'atovaquone.[159] Des mitochondries dépourvues de leur propre ADN ont été trouvées dans un dinoflagellé parasite marin du genre Amibophyre. Ce micro-organisme, A. cerati, possède des mitochondries fonctionnelles dépourvues de génome. [160] Chez les espèces apparentées, le génome mitochondrial possède encore trois gènes, mais dans A. cerati un seul gène mitochondrial - le gène de la cytochrome c oxydase I (cox1) — est trouvé, et il a migré vers le génome du noyau. [161]

La quasi-absence de recombinaison génétique dans l'ADN mitochondrial en fait une source d'information utile pour l'étude de la génétique des populations et de la biologie évolutive. [162] Parce que tout l'ADN mitochondrial est hérité comme une seule unité, ou haplotype, les relations entre l'ADN mitochondrial de différents individus peuvent être représentées comme un arbre génétique. Les modèles de ces arbres génétiques peuvent être utilisés pour déduire l'histoire évolutive des populations. L'exemple classique en est la génétique évolutive humaine, où l'horloge moléculaire peut être utilisée pour fournir une date récente pour Eve mitochondriale. [163] [164] Ceci est souvent interprété comme un fort soutien à une récente expansion humaine moderne hors d'Afrique. [165] Un autre exemple humain est le séquençage de l'ADN mitochondrial à partir d'os de Néandertal. La distance évolutive relativement grande entre les séquences d'ADN mitochondrial des Néandertaliens et des humains vivants a été interprétée comme une preuve du manque de métissage entre les Néandertaliens et les humains modernes. [166]

Cependant, l'ADN mitochondrial ne reflète que l'histoire des femelles d'une population. Ceci peut être partiellement surmonté par l'utilisation de séquences génétiques paternelles, telles que la région de non-recombinaison du chromosome Y. [165]

Des mesures récentes de l'horloge moléculaire pour l'ADN mitochondrial [167] ont rapporté une valeur de 1 mutation tous les 7884 ans remontant à l'ancêtre commun le plus récent des humains et des singes, ce qui est cohérent avec les estimations des taux de mutation de l'ADN autosomique (10 -8 par base par génération). [168]

Maladies mitochondriales Modifier

Les dommages et le dysfonctionnement ultérieur des mitochondries sont un facteur important dans une gamme de maladies humaines en raison de leur influence sur le métabolisme cellulaire. Les troubles mitochondriaux se présentent souvent comme des troubles neurologiques, y compris l'autisme. [15] Ils peuvent également se manifester par une myopathie, un diabète, une endocrinopathie multiple et divers autres troubles systémiques. [169] Les maladies causées par une mutation dans l'ADNmt comprennent le syndrome de Kearns-Sayre, le syndrome MELAS et la neuropathie optique héréditaire de Leber. [170] Dans la grande majorité des cas, ces maladies sont transmises par une femme à ses enfants, car le zygote tire ses mitochondries et donc son ADNmt de l'ovule. On pense que des maladies telles que le syndrome de Kearns-Sayre, le syndrome de Pearson et l'ophtalmoplégie externe progressive sont dues à des réarrangements à grande échelle de l'ADNmt, tandis que d'autres maladies telles que le syndrome MELAS, la neuropathie optique héréditaire de Leber, le syndrome MERRF et d'autres sont dues à des mutations ponctuelles. dans l'ADNmt. [169]

Dans d'autres maladies, des défauts dans les gènes nucléaires conduisent à un dysfonctionnement des protéines mitochondriales. C'est le cas dans l'ataxie de Friedreich, la paraplégie spastique héréditaire et la maladie de Wilson. [171] Ces maladies sont héritées dans une relation de dominance, comme cela s'applique à la plupart des autres maladies génétiques. Divers troubles peuvent être causés par des mutations nucléaires des enzymes de phosphorylation oxydative, telles que le déficit en coenzyme Q10 et le syndrome de Barth. [169] Les influences environnementales peuvent interagir avec les prédispositions héréditaires et provoquer une maladie mitochondriale. Par exemple, il peut y avoir un lien entre l'exposition aux pesticides et l'apparition plus tardive de la maladie de Parkinson. [172] [173] D'autres pathologies dont l'étiologie implique un dysfonctionnement mitochondrial comprennent la schizophrénie, le trouble bipolaire, la démence, la maladie d'Alzheimer, [174] [175] la maladie de Parkinson, l'épilepsie, les accidents vasculaires cérébraux, les maladies cardiovasculaires, le syndrome de fatigue chronique, la rétinite pigmentaire et le diabète sucré . [176] [177]

Le stress oxydatif médié par les mitochondries joue un rôle dans la cardiomyopathie chez les diabétiques de type 2. L'augmentation de l'apport d'acides gras au cœur augmente l'absorption d'acides gras par les cardiomyocytes, entraînant une augmentation de l'oxydation des acides gras dans ces cellules. Ce processus augmente les équivalents réducteurs disponibles pour la chaîne de transport d'électrons des mitochondries, augmentant finalement la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). Les ROS augmentent les protéines de découplage (UCP) et potentialisent la fuite de protons à travers le translocateur de nucléotides adénine (ANT), dont la combinaison découple les mitochondries. Le découplage augmente alors la consommation d'oxygène par les mitochondries, aggravant l'augmentation de l'oxydation des acides gras. Cela crée un cercle vicieux de découplage de plus, même si la consommation d'oxygène augmente, la synthèse d'ATP n'augmente pas proportionnellement car les mitochondries sont découplées. Une disponibilité moindre de l'ATP entraîne finalement un déficit énergétique se traduisant par une efficacité cardiaque réduite et un dysfonctionnement contractile. Pour aggraver le problème, une altération de la libération de calcium du réticulum sarcoplasmique et une réduction de la recapture mitochondriale limitent les niveaux cytosoliques de pointe de l'ion de signalisation important pendant la contraction musculaire. La diminution de la concentration de calcium intra-mitochondrial augmente l'activation de la déshydrogénase et la synthèse d'ATP. Ainsi, en plus de la réduction de la synthèse de l'ATP due à l'oxydation des acides gras, la synthèse de l'ATP est également altérée par une mauvaise signalisation du calcium, ce qui provoque des problèmes cardiaques chez les diabétiques. [178]

Relations avec le vieillissement Modifier

Il peut y avoir une fuite des électrons de haute énergie dans la chaîne respiratoire pour former des espèces réactives de l'oxygène. On pensait que cela entraînait un stress oxydatif important dans les mitochondries avec des taux de mutation élevés de l'ADN mitochondrial. [179] Les liens hypothétiques entre le vieillissement et le stress oxydatif ne sont pas nouveaux et ont été proposés en 1956, [180] qui ont ensuite été affinés dans la théorie des radicaux libres mitochondriaux du vieillissement. [181] On pensait qu'un cercle vicieux se produisait, car le stress oxydatif conduit à des mutations de l'ADN mitochondrial, ce qui peut entraîner des anomalies enzymatiques et un stress oxydatif supplémentaire.

Un certain nombre de changements peuvent se produire dans les mitochondries au cours du processus de vieillissement. [182] Les tissus d'humains âgés montrent une diminution de l'activité enzymatique des protéines de la chaîne respiratoire. [183] ​​Cependant, l'ADNmt muté ne peut être trouvé que dans environ 0,2% des cellules très anciennes. [184] De grandes délétions dans le génome mitochondrial ont été supposées conduire à des niveaux élevés de stress oxydatif et de mort neuronale dans la maladie de Parkinson. [185] Il a également été démontré que le dysfonctionnement mitochondrial survenait dans la sclérose latérale amyotrophique. [186] [187]

Étant donné que les mitochondries jouent un rôle central dans la fonction ovarienne, en fournissant l'ATP nécessaire au développement de la vésicule germinale à l'ovocyte mature, une fonction mitochondriale diminuée peut entraîner une inflammation, entraînant une insuffisance ovarienne prématurée et un vieillissement ovarien accéléré. Le dysfonctionnement causé se reflète alors à la fois dans les dommages quantitatifs (tels que le nombre de copies d'ADNmt et les suppressions d'ADNmt), qualitatifs (tels que les mutations et les ruptures de brins) et oxydatifs (tels que les mitochondries dysfonctionnelles dues aux ROS), qui ne sont pas seulement pertinents dans le vieillissement ovarien. , mais perturbent la diaphonie ovocyte-cumulus dans l'ovaire, sont liés à des troubles génétiques (comme l'X fragile) et peuvent interférer avec la sélection des embryons. [188]

Les premières observations de structures intracellulaires qui représentaient probablement des mitochondries ont été publiées dans les années 1840. [189] Richard Altmann, en 1890, les a établis comme des organites cellulaires et les a appelés "bioblastes". [189] [190] En 1898, Carl Benda a inventé le terme « mitochondrie » du grec μίτος , mitos, "fil", et , chondrie, "granulés". [191] [189] [192] Leonor Michaelis a découvert que le vert Janus peut être utilisé comme colorant supravital pour les mitochondries en 1900. En 1904, Friedrich Meves, a fait la première observation enregistrée de mitochondries chez les plantes dans les cellules du nénuphar blanc, Nymphée alba [189] [193] et en 1908, avec Claudius Regaud, ont suggéré qu'ils contiennent des protéines et des lipides. Benjamin F. Kingsbury, en 1912, les a d'abord liés à la respiration cellulaire, mais presque exclusivement sur la base d'observations morphologiques. [189] En 1913, des particules d'extraits de foie de cobaye ont été liées à la respiration par Otto Heinrich Warburg, qu'il a appelé « grana ». Warburg et Heinrich Otto Wieland, qui avaient également postulé un mécanisme de particules similaire, étaient en désaccord sur la nature chimique de la respiration. Ce n'est qu'en 1925, lorsque David Keilin découvre les cytochromes, que la chaîne respiratoire est décrite. [189]

En 1939, des expériences utilisant des cellules musculaires hachées ont démontré que la respiration cellulaire utilisant un atome d'oxygène peut former deux molécules d'adénosine triphosphate (ATP), et en 1941, le concept des liaisons phosphate de l'ATP étant une forme d'énergie dans le métabolisme cellulaire a été développé par Fritz Albert Lipmann. Au cours des années suivantes, le mécanisme de la respiration cellulaire a été approfondi, bien que son lien avec les mitochondries ne soit pas connu. [189] L'introduction du fractionnement tissulaire par Albert Claude a permis d'isoler les mitochondries des autres fractions cellulaires et d'effectuer des analyses biochimiques sur elles seules. En 1946, il conclut que la cytochrome oxydase et d'autres enzymes responsables de la chaîne respiratoire étaient isolées des mitochondries. Eugene Kennedy et Albert Lehninger ont découvert en 1948 que les mitochondries sont le site de la phosphorylation oxydative chez les eucaryotes. Au fil du temps, la méthode de fractionnement a été perfectionnée, améliorant la qualité des mitochondries isolées, et d'autres éléments de la respiration cellulaire ont été déterminés comme se produisant dans les mitochondries. [189]

Les premières micrographies électroniques à haute résolution sont apparues en 1952, remplaçant les colorations au vert de Janus comme moyen privilégié pour visualiser les mitochondries. [189] Cela a conduit à une analyse plus détaillée de la structure des mitochondries, y compris la confirmation qu'elles étaient entourées d'une membrane. Il a également montré une deuxième membrane à l'intérieur des mitochondries qui se repliait en crêtes divisant la chambre interne et que la taille et la forme des mitochondries variaient d'une cellule à l'autre.

Le terme populaire « centrale de la cellule » a été inventé par Philip Siekevitz en 1957. [3]

En 1967, on a découvert que les mitochondries contenaient des ribosomes. [194] En 1968, des méthodes ont été développées pour cartographier les gènes mitochondriaux, avec la carte génétique et physique de l'ADN mitochondrial de levure achevée en 1976. [189]


MITOCHONDRIE

Les mitochondries sont communément appelées centrale électrique de la cellule. Ils fournissent un système de transsudation d'énergie. Ce système est utilisé pour transformer les aliments en énergie chimique par phosphorylation oxydative. L'ATP est synthétisé lors de la phosphorylation oxydative.

Les mitochondries ont été décrites pour la première fois par Altmann en 1894. Il les a nommés comme bioblastes. Il ont prédit que les bioblastes avaient une certaine relation avec les réactions d'oxydation. Plus tard. Banda ont changé leur nom en mitochondries en 1897. Hegeboom a décrit en 1948 que les mitochondries sont impliquées dans les réactions d'oxydoréduction dans les cellules. Emplacement et numéro

Les mitochondries ont une distribution uniforme dans les cellules. Parfois, les mitochondries se concentrent près du noyau. Certaines mitochondries sont mobiles. Ils atteignent le site où l'ATP est requis. Certaines mitochondries sont fixées de façon permanente dans la cellule. Les mitochondries sont regroupées comme des anneaux dans les cellules musculaires. Ils ont une durée variable jusqu'à 19h. Il y a 1000 à 1600 mitochondries dans les cellules hépatiques. Certains ocytes contiennent 300 000 mitochondries. Les chloroplastes sont également impliqués dans la production d'ATP dans les cellules. Par conséquent, le nombre de mitochondries est moindre dans les cellules vertes.

Nature chimique des mitochondries

Les membranes des mitochondries sont composées de lipides et de protéines.

La membrane externe des mitochondries contient 40% de lipides et 60% de protéines et la membrane interne contient 20% de lipides et 80% de protéines. Ainsi, les rapports lipides/protéines dans la membrane externe sont de 2: 3 et la membrane interne est de I: 4. La membrane externe contient une grande quantité de cholestérol. La membrane interne contient des accepteurs d'électrons de la chaîne de transport d'électrons et de nombreuses enzymes. Il a donc une teneur élevée en protéines.

Structure des mitochondries

Les mitochondries sont en forme de bâtonnets. Dans certains cas, les mitochondries sont filamenteuses, vésiculaires ou granuleuses. Leur diamètre est d'environ 0,5 pm. Les mitochondries contiennent deux membranes. Ces membranes sont séparées de 8 à 9 nm. Les membranes sont composées de structures membranaires unitaires. La membrane unitaire est composée de molécules lipidiques et protéiques. Ces membranes forment deux compartiments.

(une)Compartiment intérieur : Il est rempli avec les mitochondries ! matrice. Il est lié par la membrane interne.

(b)Compartiment extérieur : Il est présent entre la membrane interne et externe.

Matrice mitochondriale

La matrice des mitochondries] est généralement un fluide homogène. Mais parfois, il contient des granules denses. Il ressemble à du gel. Ces granules contiennent des phospholipides. La matrice des mitochondries contient également un ADN circulaire et des ribosomes.

Mitochondries ! crête

La matrice des mitochondries] contient un repliement complexe. Ces replis sont appelés mitochondries crêtes ou cirstae. Les crêtes mitochondriales sont des cloisons ou des crêtes incomplètes. Le nombre de crêtes est variable dans les cellules. Les mitochondries des cellules hépatiques ont peu de crêtes. Mais le celk musclé a des crêtes abondantes.

Fje Particules

La membrane interne des mitochondries contient de nombreuses petites particules. Ceux-ci sont appelés élémentaires ou F1 particules. Leur diamètre est de 8,5 nm. Ils sont régulièrement espacés à des intervalles de I Onm sur la surface interne de la membrane interne. Il peut y avoir 10 4 et i0 5 Fje particules par cellule. Ces particules contiennent un complexe spécial d'ATPase et une pompe à protons. Ce complexe est impliqué dans le couplage de l'oxydation et de la phosphorylation.

Enzymes des mitochondries

(a) Membrane externe : Moloamine oxydase, NADH-Cytochrome réductase, Acide gras CoA ligase.

(b) Espace entre la membrane externe et interne : Adénylate kinase,

(c) Membrane interne : Enzyme de la chaîne respiratoire. ATP synthase,

(d) Matrice : malate déshydrgénase, citrate synthétase, a-céto acide déshydrgénase.

Fonctions des mitochondries

Les processus suivants ont lieu au cours des réactions d'oxydation dans

I. Matrice mitochondriale : Cycle de Krebs et a-oxydation et 13-oxydations des graisses. Ces réactions produisent du NADH et de l'EADH.


Membrane mitochondriale

L'extérieur membrane mitochondriale, qui renferme l'ensemble de l'organite, a une épaisseur de 60 à 75 angströms (Å). Il a un rapport protéine/phospholipide similaire à celui de la membrane plasmique eucaryote (environ 1:1 en poids). Il contient un grand nombre de protéines membranaires intégrales appelées porines.

Membrane mitochondriales ont deux couches "une membrane interne et externe. En conséquence, il existe deux espaces distincts dans l'organite. L'un entre les membranes interne et externe, appelé espace intermembranaire, et l'autre à l'intérieur de la membrane interne, appelé espace matriciel.

L'intérieur membrane mitochondriale a un certain nombre d'invaginations appelées crêtes qui augmentent sa surface. Les complexes protéiques impliqués dans les réactions redox de la phosphorylation oxydative sont intégrés dans des crêtes. De même, l'ATP synthase est également présente sous forme de protéine transmembranaire sur les crêtes.

couple le transport d'électrons à la synthèse d'ATP.
Seuls 4 des 38 ATP finalement produits par la respiration du glucose sont produits par phosphorylation au niveau du substrat.
Deux sont produits pendant la glycolyse et 2 sont produits pendant le cycle de l'acide citrique.

.
Transporteurs d'électrons / d'hydrogène
De nombreuses réactions dans les étapes de la respiration impliquent une oxydation par l'élimination d'électrons ou d'atomes d'hydrogène (H). Ceux-ci sont transférés à des porteurs d'électrons/hydrogène.

protéine qui bloque la mort cellulaire programmée. (Hockenbery.D et al)
Fonctions suppressives de tumeur de p53 (Jack T. Zilfou)
L'hyperoxie retarde la croissance et induit l'apoptose et la perte de glandes et de vaisseaux sanguins dans les tumeurs mammaires du rat induites par le DMBA (Raa A et al).

L'ATP synthase est un grand complexe de protéines qui est incrusté dans la

. Il se compose de deux parties : un complexe protéique intégral qui sert de canal à travers lequel les protons traversent la membrane, et un complexe périphérique qui phosphoryle l'ADP en ATP.

Quatre complexes protéiques à l'intérieur

forment la chaîne de transport d'électrons. Ces complexes existent dans un ordre décroissant d'énergie. Ici, les porteurs d'électrons viennent déposer toute leur cargaison d'électrons et de protons qu'ils ont ramassée pendant les étapes de la glycolyse et du cycle de l'acide citrique.

Cette énergie est ensuite utilisée pour pomper des protons (H+) de la matrice à travers la

L'énergie perdue par les électrons traversant les cytochromes est utilisée pour pomper des protons (ions hydrogène) hors de l'intérieur

(à la région entre les membranes interne et externe de la mitochondrie).

La chaîne de transport d'électrons est présente en plusieurs exemplaires dans la

des eucaryotes et dans la membrane plasmique des procaryotes.

La sous-unité PKA activée se rend ensuite au

et active (phosphorylates) une protéine appelée StAR (protéine régulatrice aiguë stéroïdogène). Il existe en fait plusieurs protéines en interaction qui travaillent ensemble pour remplir cette fonction spécialisée dans le cortex surrénalien.

La génération d'ATP par la mitochondrie à partir du NADH cytosolique repose sur la navette malate-aspartate (et dans une moindre mesure, la navette glycérol-phosphate) car la

est imperméable au NADH et au NAD+.

Chez les eucaryotes, y compris les humains, un ETC se trouve enjambant l'intérieur

dans l'espace intermembranaire, .

Complexe protéique multimérique lié à l'intérieur

s, les membranes thylakoïdes des chloroplastes et la membrane plasmique bactérienne qui catalyse la synthèse d'ATP pendant la phosphorylation oxydative et la photosynthèse, également appelée complexe F0F1. (Illustration 16-28)
Glossaire complet.

cristae - plis de l'intérieur

ADN hélicase - une enzyme qui participe à la réplication de l'ADN en déroulant la double hélice près de la fourche de réplication
L'ADN ligase - comble les entailles et les lacunes faites dans les brins polynucléotidiques.

Certaines des protéines dont on prédit qu'elles s'étendent sur la membrane sont intracellulaires, par exemple dans l'appareil de Golgi ou

s, et certaines des protéines prédites sécrétées peuvent potentiellement être retenues dans un compartiment appartenant à la voie de sécrétion, comme le RE, .

Les ions H+ reviennent de l'espace entre deux

s dans la matrice
À travers les pores qui sont associés à l'enzyme ATP synthétase
L'énergie de l'ETC sera utilisée pour produire de l'ATP
Mitochondries dans la graisse brune.

Protéine présente dans les mitochondries qui existe sous deux formes. La première forme empêche la

de déstabiliser. Lorsque la mtCK est inactivée par les radicaux libres, elle se transforme en la seconde forme, rendant la membrane moins stable.

Cette image représente l'un des nombreux systèmes OXPHOS intégrés à l'intérieur

. Ce sont les sites de génération d'ATP et d'utilisation de l'oxygène comme accepteur d'électrons ultime.

D. Espace entre l'intérieur et l'extérieur

Bien qu'il faille deux ATP pour terminer ce processus, il produit également deux ATP.L'acide pyruvique est alors libre de traverser le

. Une fois que cela se produit, l'acide pyruvique peut alors se combiner avec une enzyme connue sous le nom de coenzyme A.

La fonction du potassium dans les cellules eucaryotes vivantes est de faire la navette, sous forme d'ion potassium K+, à travers

s dans le cadre du processus de synthèse de l'ATP pour alimenter le métabolisme de la cellule.

Le mécanisme du processus de phosphorylation oxydative est le gradient d'ions H+ découvert à travers la

. Ce mécanisme est connu sous le nom de couplage chimiosmotique. Cela implique à la fois des processus chimiques et de transport.

en éliminant, par de nombreux systèmes, les cellules hôtes potentielles à réaliser la Force Motile Protonique, qui est enfin la principale caractéristique de l'état énergétique quantique de la vie, soit en synthétisant des protéines virales, soit en détruisant les membranes des liposomes, les chloroplastes ' membranes, le


Membrane interne mitochondriale - Biologie

C'est un laboratoire de biologie membranaire.

Les protéines membranaires comprennent

30-40% du prtéome dans les cellules eucaryotes. Certains sont acheminés vers la membrane plasmique tandis que d'autres sont destinés aux organites intracellulaires tels que les mitochondries et le réticulum endoplasmique (RE), l'appareil de Golgi, les lysosomes. Étant donné que les médicaments thérapeutiques doivent traverser la membrane plasmique, les protéines membranaires sont des cibles médicamenteuses majeures. Malgré l'importance, le défi expérimental entrave les progrès de la compréhension des protéines membranaires.

Les protéines membranaires sont classées en deux types de structure : les protéines membranaires a hélicoïdales et b baril. Les barrals B se trouvent dans les membranes externes des bactéries, des mitochondries et des chloroplastes. Les protéines à membrane hélicoïdale sont universellement présentes dans tous les organismes.

Nos intérêts de recherche portent sur la façon dont les protéines membranaires hélicoïdales sont ciblées pour corriger les compartiments membranaires, insérés et déplacés, et sur quoi et comment les composants cellulaires interviennent dans ces processus dans la cellule. Nous utilisons une levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae comme organisme eucaryote modèle et des cellules de culture de tissus de mammifères.