Mitochondries : fonctions et structure

Les mitochondries, parfois appelées organites très spécialisés, se trouvent dans le cytoplasme des cellules eucaryotes, tant animales que végétales, fongiques et protistes. Ce sont de petites unités au sein de la cellule qui remplissent des fonctions spécifiques au développement de celles-ci. Elles s’associent à la membrane cellulaire grâce à une double membrane. La forme de cet organite peut varier selon le type de cellule, pouvant être en bâtonnets, en filaments longs ou en granules.

Le nombre de mitochondries varie selon le type de cellule, car certaines cellules ou tissus présentent une demande énergétique beaucoup plus élevée, comme par exemple les muscles, le cerveau ou le foie.

Si vous voulez en savoir plus sur les organites cellulaires : ce qu’ils sont, leurs fonctions et des exemples ou sur la différence entre cellule eucaryote et procaryote, nous vous recommandons de jeter un coup d’œil à ces deux autres articles.

Bien que l’on nous demande souvent quelle est la fonction des mitochondries, on ne peut pas dire qu’il n’y en a qu’une. Il s’agit plutôt des diverses fonctions de cet organite cellulaire. Par conséquent, deux processus importants se produisent.

La fonction principale des mitochondries en tant qu’organites cellulaires est la respiration cellulaire utilisant l’oxygène et, de plus, la production d’énergie chimique nécessaire pour que la cellule réalise ses réactions biochimiques. Ci-dessous, nous allons les détailler.

• Respiration cellulaire utilisant l’oxygène : il s’agit du cycle de Krebs, d’un chemin métabolique au cours duquel l’énergie est libérée par l’oxydation de l’acétyl coenzyme A, du processus de phosphorylation oxydative lui-même et de la chaîne de transport d’électrons.
• Production d’énergie chimique : elle est stockée sous forme d’ATP ou adénosine triphosphate, car ce phosphate génère une liaison d’énergie élevée. Cet ATP est catalysé avec l’aide de l’enzyme ATP synthase transmembranaire, à partir de l’oxydation des acides aminés, des acides gras et des sucres, et c’est cela que l’on appelle la phosphorylation oxydative.

Dans la membrane interne des mitochondries, on trouve des complexes enzymatiques composés de plusieurs protéines qui possèdent de multiples activités :

• Utilisation de l’oxygène moléculaire.
• Réduction et oxydation de divers composés organiques : de cette façon se crée une chaîne par laquelle les électrons se déplacent.
• Pompage des protons : vers l’espace intermembranaire mitochondrial.

Ces complexes de la chaîne respiratoire se divisent en complexe I ou NADH déshydrogénase, complexe II ou succinate déshydrogénase, complexe III ou coenzyme Q – cytochrome c réductase et complexe IV ou cytochrome oxydase.

Bien que la structure des mitochondries puisse varier, elles présentent en général des éléments de base. Voici les parties de la mitochondrie :

1. Membrane externe
2. Membrane interne
3. Crêtes
4. Espace intermembranaire mitochondrial
5. Mitoribosomes
6. Mitogénome ou mtADN

Nous allons maintenant examiner ces parties de la mitochondrie, une à une.

La première partie des mitochondries que nous voyons est la membrane externe, qui délimite l’extérieur tout en permettant la communication avec celui-ci. Les mitochondries reçoivent beaucoup d’informations de la cellule et, à cet effet, elles possèdent des protéines avec des orifices appelées porines pour permettre le passage d’ions et d’autres protéines de petite taille vers l’espace intermembranaire. Toutes les protéines qui entrent doivent être dépliées, ce qui se fait grâce aux protéines chaperonnes. Elles s’aident également de complexes protéiques pour introduire les protéines.

À l’intérieur, la prochaine partie des mitochondries est la membrane interne qui forme la matrice. Elle est analogue au cytoplasme de la cellule. De cette région provient l’énergie sous forme d’ATP. Ici se déroulent des processus métaboliques tels que :

• La phosphorylation oxydative.
• La production d’ATP.
• Le cycle de Krebs.
• L’oxydation du pyruvate.
• L’oxydation des acides aminés.
• L’oxydation des acides gras.

Elle a aussi une fonction structurelle car c’est ici que se trouvent les autres micro-organites des mitochondries tels que les ribosomes, l’ADN, les ions et les métabolites. La membrane interne est configurée par une bicouche lipidique où se trouvent des complexes enzymatiques composés de différentes protéines nécessaires à la chaîne de transport des électrons.

Les membranes externes et internes se replient pour former des crêtes, des replis. Elles se situent principalement sur les bords de la mitochondrie, mais délimitées vers l’extérieur par la membrane externe. Elles s’organisent perpendiculairement à la frontière de la mitochondrie. Sur les membranes de ces crêtes se déroulent les fonctions les plus importantes de la mitochondrie :

• Transport d’électrons : avec l’aide des complexes enzymatiques qui transfèrent les électrons d’un site à l’autre.
• Phosphorylation oxydative.
• Compactage et maximisation du transfert des électrons.

Entre la membrane interne et externe se situe un espace appelé espace intermembranaire mitochondrial, d’une importance vitale pour l’activité cellulaire. Il est riche en enzymes nécessaires à la respiration. Sa fonction principale est la réception des protons provenant du pompage des complexes enzymatiques. Il a une consistance aqueuse. Ici se trouvent des enzymes et des protéines qui assistent le processus cellulaire. De plus, la translocation se produit ici, processus où les protéines de la matrice mitochondriale sont transportées depuis l’extérieur de la mitochondrie. Enfin, il transporte les acides gras.

La mito reste également munie de ribosomes, appelés mitoribosomes ou ribosomes mitochondriaux, ayant la même fonction que les ribosomes : synthétiser des protéines par traduction génétique. Ils reçoivent l’information sous forme d’ARN afin de la traduire en ADN.

Les mitochondries possèdent leur propre ADN. En effet, elles constituent le seul organite à disposer d’un ADN propre. Celui-ci coopère toujours avec l’ADN nucléaire afin de coordonner les activités et il est petit et circulaire. Cet ADN mitochondrial se transmet uniquement par la mère, et non par le père, et il n’est pas transmis par recombinaison génétique.

Dans cet ADN mitochondrial peuvent apparaître des anomalies génétiques entraînant des maladies comme la maladie de Parkinson, en raison de son lien avec le métabolisme oxydatif. Il présente aussi un manque d’ histones protectrices, à la différence de l’ADN nucléaire qui en possède.

Cet ADN a suscité un grand intérêt évolutif, puisqu’il a été expliqué selon les principes de la théorie de l’endosymbiose : une cellule procaryote a englouti une bactérie respiratoire aérobique afin d’obtenir ses organites, donnant naissance à une cellule eucaryote et une relation symbiotique. Il est donc compréhensible que la mitochondrie soit un organite spécial abritant plusieurs micro-organites à l’intérieur, comme une petite cellule en soi.

Maintenant que vous savez quelle est la fonction des mitochondries, dans cet autre article d’EcologieVerde, vous pouvez trouver plus d’informations sur la recombinaison génétique : qu’est-ce que c’est et quels types.

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