La mitochondrie
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La mitochondrie Objectifs : - définir mitochondrie-chondriome - faire un schéma de l’ultrastructure de la mitochondrie - décrire les phosphorylations oxydatives - citer 4 fonctions de la Mitochondrie - expliquer le rôle de la Mitochondrie dans l’apoptose - donner 2 exemples de l’implication de la Mitochondrie en pathologie Introduction Les mitochondries, véritables ateliers mobiles sont des organites subcellulaires siège de réaction de phosphorylation oxydative qui aboutissent à la production d’énergie sous forme d’ATP. La Mitochondrie participe à l’initiation du processus d’apoptose sous l’influence d’un stimulus apoptotique que celui-ci soit endogène à la cellule ou dû à un stress environnemental. LA Mitochondrie participe également à de nombreuses autres voies métaboliques notamment la synthèse des stéroïdes et des phospholipides. I) Structure et organisation de la Mitochondrie Au microscope optique, on peut se rendre compte de la localisation de l’abondance de l ‘aspect des Mitochondries dans une cellule en utilisant des colorants vitaux à une culture cellulaire tel que le vert janus ou en utilisant des techniques d’immunofluorescence à la rhodamine 123. On peut également utiliser des techniques d’immunoenzymoligie qui tire parti de la connaissance que l’on a des enzymes de la Mitochondrie. La microscopie électronique permet d’étudier l’ultrastructure de la Mitochondrie : -entourée de deux membranes : une interne et une externe Ces membranes s’accolent de temps en temps au niveau des zones d’accolement transitoire. Ces deux membranes délimitent deux chambres : un espace inter membranaire encore appelé chambre externe et à l’intérieur une matrice mitochondriale. A la face matricielle de la membrane mitochondriale interne on a des pédoncules appelés . On voit . On retrouve des ribosomes qui sont particuliers à la Mitochondrie, ce sont des et à forte magnitude on retrouve dans cette partie mitochondriale Ultrastructure de la Mitochondrie L’aspect des crêtes mitochondriales dépend du type de cellules et de son activité. Les cellules qui élaborent des hormones lipidiques (les cellules de la cortico sur une algue II) Composition biochimique et organisation moléculaire 1) La membrane mitochondriale externe a la structure générale d’une membrane biologique c’est-a-dire une bicouche phospholipidiques contenant des édifices protéiques (des perméases) qui autorisent l’entrée du cytosol vers l’espace inter membranaire. On observe aussi des récepteurs de la membrane externe. Au niveau des zones d’accolement entre les deux membranes mitochondriales on a les TOM et les TIM La membrane mitochondriale externe présente une translocase de la membrane externe. 2) La membrane mitochondriale interne est plus riche en édifices protéiques que la membrane mitochondriale externe. On a une dizaine d’édifices protéiques, certains sont des symports, ils utilisent l’énergie produite par l’envoi des ions protons dans l’espace inter membranaire, des antiports ATP/ ADP, il y a 4 qui sont des protéines de la chaîne respiratoire : on a un ATP synthase, des cytochromes P450 et une protéine de découplage UCP. Par ailleurs on a sur la membrane mitochondriale interne diverses navettes permettant de transporter l’ATP, les protons etc et un mégacanal qui reste normalement fermé. 3) Ces deux membranes délimitent un espace inter membranaire. On a ici des substances qui normalement restent le cytochrome C, des substances pro apoptogènes qu’on appelle des procaspases et l’AIF. On a également des protons. 4) Dans la matrice mitochondriale il y a un ADN particulier, bicaténaire, nu, circulaire, sans protéine associé. L’ADN mitochondrial chez l’homme : 16569 paires de bases, 37 gênes codant pour 13 protéines mitochondriales et 24 ARN. Les gênes ne sont pas morcelées. Hérédité à transmission maternelle. On a toute une série d’enzymes dans la matrice mitochondriale ; les enzymes qui participent au cycle de Krebs ou cycle tricarboxylique ou cycle de l’acide citrique, les enzymes de la Beta oxydation des acides gras : l’hélice de Lynen, les enzymes de la glycolyse (et toute une série d’enzymes à retenir). III) Fonctions et fonctionnement de la mitochondrie 1) La production d’énergie sous forme d’ATP est la fonction essentielle. La production d’énergie dans la Mitochondrie a lieu lors des réactions de phosphorisation oxydative. Ces reactions se produisent au niveau des protéines de la chaîne respiratoire située à la face matricienne de la membrane mitochondriale interne. Ces réactions de phosphorisation oxydatives sont liées à la production d’électrons et de protons issus du cycle de Krebs. En effet, on a 3 molécules en provenance du cytosol sont utilisés au sein de la matrice mitochondrial (Pyruvate ; acide gars et ADP). Ces pyruvates sont transformés en acetyl CoenzymeA et les acides gras sont transformés en Acetyl co enzymeA. L’acétyle coA va alimenter le cycle de Krebs pour sortir duquel l’acétyl coA est transformé en coenzymes réduites NADH et FADH2 avec beaucoup d’électrons et beaucoup de protons. Ces électrons sont récupérés par les enzymes de la chaîne respiratoire pour servie de source d’énergie à la création d’un gradient en protons en faveur de l’espace inter membranaire. Cet excès de protons dans l’espace inter membranaire va être utilisé par l’ATP synthase ou phosphorylé. Ces réactions de phosphorisation consomment de l’oxygène moléculaire qui sert d’accepteur d’électrons et produit de l’eau. 2) Autres fonctions : - mécanismes de l’apoptose L’apoptose est la mort programmée de la cellule qui s’oppose à la nécrose cellulaire qui est la mort accidentelle. Dans le processus de l’apoptose, la Mitochondrie joue un rôle essentiel. En effet, l’apoptose peut être déclenché par un stimulus apoptotique. Ce stimulus peut être interne (anomalie de l’ADN) ou externe à la cellule (stress environnemental). Tout stimulus apoptotique déclenche au niveau de la mitochondrie des ouvertures des pores de perméabilité provisoires permet la sortie des substances proapoptogène de l’espace inter membranaire vers le cytosol. Des lors elles deviennent actives et déclenchent une cascade de réaction qui aboutit à la mort de la cellule. 3) Synthèse des stéroïdes Elle est le fruit d’une collaboration entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique lisse Cette synthèse se fait à partir du cholestérol. L’essentiel du cholestérol vient de notre alimentation. Cette synthèse se fait grâce à la présence de trois familles de cytochromes P450, deux situés à la face matricielle de la membrane interne et une troisième à la face cytosolique du réticulum endoplasmique. Le cholestérol arrive à la matrice par translocation au niveau du col Sous l’effet de la première famille de cytochrome P450, il est transformé en prégnenolone. Le prégnenolone ressort de la matrice mitochondrial en direction du cytosol. Dans le cytosol, sous l’effet de la deuxième famille de cytochrome P450 situé à la face cytosolique du réticulum endoplasmique Lisse il est transformé en divers métaboliques intermédiaires. Deux voies sont alors possibles : - soit il rentre dans le cycle de pentoses où ils vont donner lieu aux stéroïdes sexuels - ce métabolique intermédiaire peut retourner à la matrice mitochondriale et sous l’effet de la troisième famille de cytochromes P450 ils sont transformés en cortisol ou aldostérone 4) Les autres fonctions de la mitochondrie La Mitochondrie assure beaucoup de rôles : - métabolisme des lipides - production des coenzymes réduits, - production de précurseurs l’uréogenèse, - biosynthèse de protéines de l’hème et des protéines, - concentrations et stockage de substances diverses (CA, colorants, sels d’or..), - la thermogénèse du fait du fonctionnement des protéines de découpage UCP de la mb mitochondriale interne. IV) Biogénèse et renouvellement des mitochondries Toute mitochondrie provient de la fusion d’une mitochondrie préexistante. LA biogénèse de la M se fait en 2 temps : pendant un temps de synthèse des différents constituants moléculaires puis une division. 1) Synthèse et mise en place des éléments moléculaires de la Mitochondrie. C’est une fois qu’ils sont mis en place que la M se divise par cissiparité. V) Implications cliniques Les pathologies de la M, deux grands types : - les maladies mitochondriales acquises : elles peuvent être liées à l’utilisation d’un médicament : ex : la cytopathie mitochondriale qui se manifeste chez les sujets vivants avec le VIF et qui sont sous antirétroviraux) ex de la cyrhose biliaire primitive (maladie auto-immune) où le sujet développe des anticorps dirigés contres ses propres mitochondriales - les maladies mitochondriales génétiques : anomalie de l’ADN mitochondrial (transmission maternelle) qui se transmet sur un mode d’hérédité cytoplasmique ex : le diabète familiale, sujets de la même lignée maternelle qui apparaît autour de la cinquantaine qu’on peut gérer avec le régime, les corps, donc les petits moyens. Ex : les myopathies mitochondriales, la maladie apparaît progressivement et conduit progressivement à des degrés variables selon des types, ça atteint des muscles Ex : en rapport avec l’ADN génomiques : une maladie l’ataxie de Freidrich, du à une anomalie de l’ADN.
