PACES Amiens 2010/2011 – UE2 – Biologie cellulaire - Les mitochondries

CHAPITRE 10   : Les mitochondries

Les mitochondries sont des organites présents dans toutes les cellules de l’organisme, et plus généralement dans toutes les cellules eucaryotes.Ce sont les réserves d’énergie des cellules, centrales énergétique des cellules. Elles transforment l’énergie des aliments en énergie utilisable par les cellules : ATP. Elles ont besoins d’O2 pour fonctionner. Elles utilisent environ 98% de l’O2 que nus respirons.

I/ Historique

•1890 Altman : découvre dans les cellules des granules très semblables en dimensions et aspects à des bactéries. Il leur donne le nom de bioblastes•1932 Bensley: isole les mitochondries à partir du foie de cobaye•1952-1953 Palade et Sjostrand: décrivent l'organisation générale des mitochondries•1964-1965 Schatz/Nass : mettent en évidence l'ADN mitochondrial•1996 Liu et al. : décrivent le rôle des mitochondries dans l'apoptose

II/ Généralités

- Organites cytoplasmiques à double membrane- Uniquement chez les eucaryotes- Dans tous les types cellulaires, sauf les globules rouges- Chaque cellule contient 1000 à 3000 mitochondries selon les types cellulaires.- Production énergétique de la cellule- Possèdent son propre génome- Se déplacent grâce aux interactions avec le cytosquelette- Forme variable : globulaire ou filamenteuse. Elles peuvent prendre d’autre forme au

cours de certaines étapes fonctionnelles- Elles peuvent être de forme anormales, notamment en présence d’un excès d’OH ++++

Deux modèles   :

Palade : MBI régulière s’invagine et forme les crêtes tubulairesSjostrand : Lamelles indépendantes dans continuité avec la MBI

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Deux interprétations différentes dues à des méthodes histologiques différentes. Depuis on sait qu’en réalité les deux types de crêtes coexistent dans les mitochondries orthodoxes et sont reliées à la MBI par des jonctions.

La localisation   : - Elle diffère selon le type cellulaire- Abondante dans les zones et les cellules à grand besoin énergétique

La MBE   : - C'est une bicouche lipidique de 5 à 7nm d'épaisseur- Composition proche de celle de la membrane plasmique- Contient plus des protéines 50 à 60 % de protéines et 50 à 40 % de lipides- Riche en porines : pores volumineux d'un diamètre de 2 à 3 nm (30 KDa)- Perméable aux ions et molécules de masse moléculaire inférieure à 10 KDa (Ions, AG,

Pyruvate, Nucléotides)

Espace inter membranaire   : - c'est un espace d'une épaisseur de 4 à 7 nm - dense- il contient :

o Des protons H+ : rôle dans la phosphorylation

o Des molécules de cytochrome c : rôle dans l'apoptose

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PACES Amiens 2010/2011 – UE2 – Biologie cellulaire - Les mitochondrieso Des molécules inférieures à 10 KDa

La MBI   : - C'est une bicouche lipidique de 5 à 6 nm- Organisation très différente de celle de la membrane externe- 80 % des protéines et 20 % des lipides- Riche en cardiolipine (diphosphatidylglycérol)- Présente des nombreux replis complexes appelés crêtes mitochondriales projetés dans

la matrice. Elles multiplient la surface membranaire par 3 - 5- Riche en transporteurs et complexes protéiques enzymatiques (CRM)- Faible fluidité (passage actif dont l’énergie est fournie par le passage de H+ dans le sens

du gradient de concentration)- L’anti port ATP/ADP fait rentrer l’ADP dans la matrice et fait sortir l’ATP dans l’IMB- Les autres transporteurs sont tous des symports H+/ x

La matrice   : - Finement granuleuse- Contient :

o Mitoribosomes qui ressemblent aux ribosomes bactériens

o ADN circulaire (ADNmt)

o ARN messager et ARN de transfert

o Granulations denses et irrégulière

o Nombreux systèmes enzymatiques

o les enzymes établissant une oxydation du pyruvate

o les enzymes β-oxydant des acides gras

o les enzymes appartenant au cycle citrique (au cycle de Krebs)

La division mitochondriale   : - Demi-vie courte : 6 à 10 J- Détruites par autophagie- Scissiparité rapide, environ 1 min

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La fusion mitochondriale   : - Fusion en mitochondries plus grandes ou en structures plus ramifiées- Participe à la restauration et la réparation des mitochondries- Mécanismes complexes et mal compris (récemment mise en évidence de la mitofusine

une protéine intervenant dans la fusion, à activité ATPasique)

Génome mitochondrial   : - Dans la matrice- Code pour :

o 2 ARNr

o 22 ARNt

o 13 P de la MBI

- Circulaire, double brin, 16 569 pb

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PACES Amiens 2010/2011 – UE2 – Biologie cellulaire - Les mitochondries- 5 à 10 copies par mitochondrie- Donc environ 5000 par cellule- Hétéroplasie : toutes les mitochondries d’une même cellule n’ont pas le même ADNmt- Pas ou peu de système de réparation de l’ADNmt donc mutations +++ (10 fois plus de

mutations que pour l’ADN nucléaire)- Représente 1% de l’ADN cellulaire totale- Pas d’introns- Code génétique légèrement différent- Transition maternel exclusive (même si à l’heure actuelle on se rend compte que ce n’est

pas tout à fait vrai)- Code pour 37 gènes, information 100 000 fois inférieur à celle de l’ADN nucléaire

La CRM   : - Les sous-unités sont codées par le génome mitochondrial et le génome nucléaire- Certaines mutations affectant des protéines de la chaîne respiratoire peuvent être

présentes dans l'ADN nucléaire : ces mutations suivront une transmission mendélienne- 13 P d’origine mitochondriale- Environ 70 d’origine nucléaire

Importation des P dans les mitochondries   : - La majorité des protéines mitochondriales proviennent du cytoplasme environ 500

protéines- Il existe un système d'import protéique avec un adressage précis (séquence

d'adressage, pore de translocation)o Production d’une P précurseur dans le cytoplasme, cette P contient une séquence

signal et elle est liée à des protéines chaperonnes qui la maintiennent dans un état de repliement non agréger

o Elle est reconnue par un récepteur de la MBE de la mitochondrie

o La P traverse la MBE avec les chaperonnes

o La séquence signal est cliver, les chaperonnes sont libérer et recyclés dans la

matrice et la P final sa met en place à son emplacement

Importation des L   : - Elle existe mas le mécanisme est mal connu- Hypothèse de navette ou d’échange directe avec le RE, mais pas de transport

vésiculaire

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III/ Fonctions des mitochondries

- CRM : CF cours bioénergétique- Synthèse (Stéroïdes, AA)- Oxydation (Glycolyse, β-oxydation, Krebs)- Homéostasie Ca- Apoptose- Vieillissement ?

Les inhibiteurs de la CRM   : - Roténone : Complexe I- Antimycine : Complexe II- Cyanure : Complexe IV- Oligomycir : Complexe V (ATP synthase)

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