MP210802 1 Biologie Cellulaire 1. Les membranes 2. La surface cellulaire 3. Les mitochondries 4. Le réticulum endoplasmique 5. L’appareil de Golgi-exocytose 6. Les lysosomes-endocytose MP210802 2 Objectifs particuliers: Chapitre 8 Les mitochondries 1. De décrire les fonctions physiologiques, la structure et la localisation intracellulaire des mitochondries. 2. De montrer comment les 4 compartiments des mitochondries peuvent être isolés pour analyse. 3. De localiser les principales activités enzymatiques ou structures dans chaque compartiment. 4. De décrire le mécanisme de division des mitochondries. 5. De décrire le mécanisme par lequel l’exercise (et d’autres processus consommant de l’ATP) augmente la consommation d’oxygène mitochondriale. MP210802 3 L‘adénosine triphosphate (ATP) L’ATP est constitué d’une base, dans ce cas une adénine, un ribose et une chaîne de phosphates. Figure 2-24 MP210802 4 L’ATP est une molécule riche en énergie MP210802 5 Génération d’ATP: Oxydation du glucose et des acides gras en CO2 + H2O. • La glycolyse est le stage initial du métabolisme du glucose -il a lieu dans le cytosol n’implique pas l’O2 • La glycolyse produit une petite quantité d’ATP et le composé à trois carbones: pyruvate. • Dans les cellules aérobies, le pyruvate est transporté dans les mitochondries, ou il est oxydé par l’O2 en CO2 et génère beaucoup d’ATP. MP210802 6 Le cycle de l’ATP 4 façons de faire de faire de l’ATP Plusieurs façons de consommer de l’ATP ATP • Synthèse des macromolécules • Phosphorylation oxydative • Pompage ionique (Mitochondries) • Glycolyse (cytosol) (pompe du Na) • Photosynthèse (chloroplastes) • Mobilité (amibes, spermato) • Contraction (muscles) • Cycle de Krebs • Production de chaleur (Mitochondries - GTP) (frissonnement) • Endocytose, exocytose ADP + Pi MP210802 7 Les mitochondries ont deux membranes distinctes Figure 16-7 MP210802 8 MP210802 9 Une mitochondrie typique 1. Membrane externe 3. L'espace entre les deux membranes 2. Membrane interne (crêtes ou cristae) 4. Matrice ADN Mitoribosomes F0 Phosphate de calcium F1= ATPase = ATP synthase 2 µm MP210802 10 Fractionnement des mitochondries DIGITONINE DIGITONINE Surnageant Centrifugation à basse vitesse (8000 g) Vésicules de la membrane externe + enzymes solubles situés entre les 2 membranes Centrifugation à haute vitesse Culot Surnageant Mitoplastes Ultrasons + centrifugation à haute vitesse Culot Membrane interne Membrane externe Culot Surnageant La matrice Espace entre les 2 membranes MP210802 11 Localisation des enzymes mitochondriales 2. L'ESPACE INTERMEMBRANAIRE 1. LA MEMBRANE EXTERNE L'adénylate kinase 1. Monoamine Oxidase : (-NH2 --> -OH) AMP + ATP ---> 2 ADP 2. Enzymes d'activation des acides gras CH3-(CH2)n-COOH ---> CH3-(CH2)n-COSCoA 3. La porine: laisse passer des molécules de p.m. < 10 000 3. LA MEMBRANE INTERNE 1. ATP Synthetase = ATP ase = F1/ F0 2. La chaîne respiratoire (les cytochromes) 3. Des transférases / translocases • Acyl carnitine transférase • ATP/ADP translocase • Phosphate translocase 4. 1. 2. 3. LA MATRICE MITOCHONDRIALE Enzymes solubles du cycle de Krebs Enzymes de la bêta-oxidation Enzymes impliqués dans la biosynthèse des protéines mitochondriales MP210802 12 Biogenèse des mitochondries Les mitochondries croissent et se divisent à partir de mitochondries parentales, indépendamment de la cellule Moins de 10 % des protéines mitochondriales sont synthétisées par les mitoribosomes, la majorité provenant des cytoribosomes (emploi du chloramphénicol et de la cycloheximide) La durée de vie des protéines mitochondriales peut varier de quelques minutes à plusieurs semaines (foie: 1 semaine, muscle: 4 semaines, en moyenne) MP210802 13 Théorie de l’origine procaryotique des mitochondries • Pas de noyau [2-10 molécules de ADN circulaire (5 µm) par mitochondrie] • ADN mitochondrial humain ne contient que 16 569 paires de bases, 100 000 fois moins que le DNA nucléaire. Il code pour une dizaine de polypeptides, 2 ARNr et 22 ARNt. • L ’antibiotique chloramphénicol inhibe la synthèse des protéines au niveau des ribosomes chez les procaryotes et des mitoribosomes chez les eucaryotes (sans affecter les cytoribosomes) • Absence de cholestérol et présence de cardiolipine (phospholipide) dans la membrane interne des mitochondries et dans la membrane cellulaire des bactéries MP210802 14 Régulation de la respiration mitochondriale NADH2 + 1/2 O2 - Exercice - Froid - Réactions anaboliques Photosynthèse NAD + H2O Si [ ATP ] [ ADP ] . [ Pi ] ADP + Pi ATP diminue, la consommation de O2 augmente MP210802 15 Mécanisme de phosphorylation oxydative Thermogénine ou Protéines découplantes (UCP1,2,3 etc.) Agents découplants (dinitrophénol) augmentent la perméabilité aux protons 2H+ 220 mV Déshydro génases NADH2 NAD b 2H+ c c1 2e a Fo a3 F1 O + 2e --> O= O=+ 2H+ --> H2O 2H+ Force motrice protonique (220 mV) = pot. transmembr. (160 mV) + pH 1 (60 mV) ADP + Pi 2H+ ATP NADH2 + 1/2 O2 + ADP + Pi --> NAD + H2O + ATP MP210802 16 Régulation de la respiration par les ATPases Adrénaline Noradrénaline Insuline Récepteurs adrénergiques +/- Ouabaïne 3 Na+ Récepteur insulinique Na+-K+ATPase -? Adenylate Cyclase 2 K+ ATP cAMP + PPi ATP • • La pompe du sodium contrôle environ 40 % de la respiration des hépatocytes L’augmentation de la consommation de O2 au cours de l’ hyperthyroïdisme est causée par une augmentation de l’activité des pompes du Na dans le foie ADP + Pi Autres ATPases ATP NAD + H2O ADP + Pi NADH2 + 1/2 O2 MP210802 17 MP210802 18 MP210802 19 MP210802 20 MP210802 21 MP210802 22 MP210802 23 MP210802 24 MP210802 25 MP210802 26 MP210802 27 MP210802 28