Les organites semi-autonomes Mitochondrie-Chloroplaste

TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
Les organites semi-autonomes
Mitochondrie-Chloroplaste
I-Généralités
Les mitochondries sont des organites présents dans toutes les cellules eucaryotes
aérobies. Les plastes, en particulier les chloroplastes sont présents dans la cellule
végétale. Les mitochondries et les chloroplastes sont des organites semi-autonomes
c.à.d. en partie indépendants de l’ADN nucléaire, car ils contiennent leur propre
ADN et par conséquent, ces organites sont capables de synthétiser leurs protéines.
MITOCHONDRIE
II-Définition
La mitochondrie est un organite cellulaire possédant une double membrane. Elle est
responsable de la production sous forme d’ATP de la majeur partie de l’énergie
nécessaire à la cellule (la respiration).Elle possède son propre génome, elle est le
siège des étapes indispensables au métabolisme des différents molécules.
II : Structure de la mitochondrie
La mitochondrie est limitée par une enveloppe formée de deux membranes :
membrane externe et membrane interne. Elles sont très différentes dans leur
composition et leurs fonctions. Ces deux membranes délimitent trois milieux: l’espace
extra mitochondrial qui est le cytoplasme de la cellule, l’espace intermembranaire et
la matrice (Fig. 1). La membrane interne se replie pour former de nombreuses crêtes,
ce qui a pour conséquence d'augmenter sa surface totale. La base d'une crête est
souvent constituée par une structure tubulaire étroite appelée tube de jonction de crête
qui établit une communication entre l'espace intérieur de la crête et l'espace inter
membranaire périphérique de la mitochondrie.
Figure 1 : Schéma représentant l’ultrastructure d’une mitochondrie
III Membranes mitochondriales
Les principaux constituants chimiques des membranes de la mitochondrie sont les
lipides et les protéines.
1
TD 3 : Les organites semi-autonomes
constituants
lipides
Protéines
Caractéristiques
Biologie Cellulaire
Membrane mitochondrie externe
-Taux 40%
Membrane mitochondrie
-Taux 20%
-Phospholipides
-Peu de cholestérol
-Phospholipides
-Peu de cholestérol
-Taux 60%
-taux80%
*perméases passives : Porines
(molécules < 10000Da)
*complexe transporteur
(molécules > 10000Da)
*complexe d’entrée du cholestérol
*4 complexes enzymatiques de la chaine
respiratoire.
*complexe I : NADH désydrogénase
* complexe II :succinate déshydrogénase
*complexe III : complexe cytochrome
b-c1
*complexe IV: complexe cytochrome
oxydase.
*perméase spécifiques actives
(transporteurs ATP, ADP, pyruvate).
*Complexe enzymatique ATP
synthétase.
*Cytochrome P450 (synthèse des
hormones stéroïdes).
Très perméable
Perméabilité sélective
II-1- Contenu de l’espace inter-membranaire
Comme la membrane mitochondriale externe est très perméable ; la composition de
l’espace inter-membranaire est voisine du hyaloplasme. C’est un milieu de transit
pour toutes les molécules PM ≤ 10000 ; il contient des protons H+, ADP, ATP,
enzymes………etc.
II-2-Matrice mitochondriale
Granules denses aux éléctrons ; cations Ca+2 ; Mg+2 ; mitoribosomes ; ADN en
plusieurs copies (circulaire ; double hélice ; absence d’histones) ; ARN, et ARNt ;
nombreuses enzymes (cycle de Krebs ; duplication, transcription ; et traduction …..)
et de nombreux métabolites.
Chaîne respiratoire « chaîne de transfert d’électrons » (fig. 2)
C’est un ensemble de 5 complexes enzymatiques situés dans la membrane interne et
chacun de ces complexes est constitué de plusieurs sous-unités protéiques (le nombre
varie selon le complexe).
-Complexe I : NADH-ubiquinone oxydoréductase.
-Complexe II : succinate-ubiquinone oxydoréductase.
-Complexe III : ubiquitinol cytochrome c oxydoréductase.
-Complexe IV : cytochrome c oxidase.
2
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
-Complexe ATPase : facteur couplage : la synthèse de l’ATP dans la matrice, à
partir de l’ADP et du phosphate
Cette chaîne de transport contient également :
- Le coenzyme Q (CoQ) diffuse dans la membrane interne. Il établit une navette des
électrons du complexe I au complexe III.
- Le cytochrome c est situé dans l’espace intermembranaire. Il établit une navette des
électrons du complexe III au complexe IV.
Figure 2 : Organisation de la membrane mitochondriale interne.
IV-Fonctions de la mitochondrie
1-Respiration cellulaire (fig.3) : La respiration cellulaire comprend une série de
réactions chimiques assez complexes qui consistent à l'extraire l'énergie des
molécules complexes comme le glucose, et la convertir en ATP. Elle comprend trois
stades qui permettent de libérer l'énergie emmagasinée dans le glucose :
a. La glycolyse qui a lieu dans le cytosol.
b. Le cycle de Krebs qui a lieu dans la matrice de la mitochondrie.
c. La phosphorylation oxydative qui a lieu dans la membrane de la mitochondrie.
Figure 3 : Les étapes de la respiration
3
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
2-Synthèse protéique
La présence d’ADN et de mitoribosomes permet à la mitochondrie de synthétiser une
partie de ses protéines. Exemple : cytochrome b codé par le génome mitochondrial,
ATPase (une partie codé par ADN mitochondrial l’autre codé par ADN nucleaire).
3-synthèse de nombreux précurseurs
La mitochondrie assure la synthèse des précurseurs de la biogenèse des acides gras ;
acides aminés, des glucides de l’urée.
**Mitochondries participent, avec le réticulum endoplasmique à la biosynthèse des
hormones stéroïdiennes grâce à des cytochromes P450 mitochondriaux.
*** La mitochondrie est le lieu de la respiration cellulaire. Elle convertit grâce aux
enzymes ATP synthases, le glucose en molécule énergétique, l’ATP. Ce processus a
lieu au cours du « cycle de Krebs » (Fig.4).
Figure 4: Cycle de Krebs
4
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
Les chloroplastes
I-Définition
Les chloroplastes sont des organites présents dans le cytoplasme de cellules
eucaryotes végétales. Ils sont caractérisés par leurs pigments ; les chlorophylles et
les caroténoïdes ; qui assurent l’absorption de l’énergie solaire qu’ils transforment en
énergie chimique au cours de la photosynthèse.
-Les chloroplastes appartiennent à une famille d'organites appelés les plastes . On
distingue 3 types de plastes:
 Les chloroplastes, où a lieu la photosynthèse: ils contiennent chlorophylles et
caroténoïdes
 Les chromoplastes: ils contiennent une grande quantité de caroténoïdes.
 Les leucoplastes, sans pigment, servant au stockage de protéines, de lipides ou
d'amidon.
II-Structure des chloroplastes
La taille des chloroplastes est de l'ordre du micron. Ils prennent souvent la forme de
disques aplatis de 2 à 10 microns de diamètre. Le chloroplaste est un organite
composé de deux membranes séparées par un espace inter membranaire. Il contient un
réseau membraneux constitué de sacs aplatis nommés thylakoïdes qui baignent dans
le stroma (liquide intra-chloroplastique). Les thylakoïdes contiennent de la
chlorophylle (pigments verts) et des caroténoïdes (pigments jaune orange). Un
empilement de thylakoïdes se nomme granum (au pluriel : des grana) (Fig.1). De plus,
ces organites contiennent de l'ADN circulaire (dont la taille et la structure rappellent
celui d’une bactérie) et des ribosomes leur permettant de se dupliquer seuls. D'autre
part, le stroma contient quelques réserves sous forme d'amidon ou de gouttelettes
lipidiques.
Figure 1 : Schéma représentant l’ultrastructure d’un chloroplaste.
5
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
III-Composition chimique de membrane de l’enveloppe et des thylakoïdes
constituants
lipides
Protéines
Membranes
ENVELOPPE
(Mb externe perméable)
(Mb interne sélective)
(Composition globale)
- 60%
-Riche en glycolipides
-Pauvre en phospholipides
-Riche en sulfolipides
THYLAKOЇDES
(membrane sélective)
- 40%
Taux plus faible dans la Mb
externe
-glycosyltransferases
Transporteurs=perméases
passives er actives (controlent le
passage des molécules entre
stroma et yaloplasme)
50%
- PSII et PSI (protéines+pigments)
Capture de photons.
-Chaine photosynthétique transporteurs
d électrons et/ou de H+.
-cytochrome ou complexe b6-f
-ferredoxine (Fd)
-plastocyanine (PC)
-plastoquinone (PQ)
38 %
- glycolipides
-Pauvre en phospholipides
-Riche en sulfolipides
-ATP synthétase
Pigments
Caroténoïdes (faible%)
Absence de chlorophylles
12%
-Chlorophylles (10%)
-Caroténoïdes (2%)
Associés aux PSII et PSI
Contenu de l’espace intermembranaire
Contenu aqueux formé par les constituants qui transitent entre le stroma et le
cytoplasme : CO2 ; O2 ; ATP ; ADP ; H2O ; ions ; protéines ect.
Contenu du stroma
Solution aqueuse renfermant : enzymes de cycle du Calvin ; acides aminés ; acides
gras ; oses ; nucléotides ; ADN ; ARN ; grains d’amidon ; plastoribosomes ;
plastoglobules (granules lipidiques) ; ions Mg++.
IV-Rôle des chloroplastes
1-Photosynthèse
La photosynthèse, processus par lequel la plupart des végétaux (dont les algues) et
Certaines bactéries transforment l’énergie lumineuse en énergie chimique. Les
organismes photosynthétiques sont dits autotrophes, car ils sont capables de fabriquer
leur propre matière organique en utilisant l’énergie d’origine lumineuse.
6
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
-En présence d’eau et dioxyde de carbone ; les végétaux photosynthétiques
convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique et produisent des sucres
(amidons). Ce processus appelé photosynthèse s’accompagne d’une libération
d’oxygène.
Lumière
6CO2 +12H2O
C6H12O12+6O2 + 6H20 + énergie
La photosynthèse comporte 02 phases:
A-Phase Claire ou primaire (Fig.2)
-Absorption de lumière par les pigments au niveau des PSI et PSII.
-Formation de NADPH+H+
Dégagement d’oxygène.
-Production d’ATP
Figure 2 : Chaine de transfert des électrons et/ou de protons
PS I et PS II : photosystèmes I et II ; b6-f : cytochromes ;
:plastoquinone ;
: plastocyanine ;
: ferrédoxine ; NADPr : NADP réductase
B - Phase sombre :
Le cycle ce Calvin (Fig.3) se fait dans le stroma des chloroplastes ; c’est la dernière
étape de la Photosynthèse où l'ATP et le NADPH, produits pendant les réactions
photochimiques, sont utilisés.Ce cycle est une succession de réactions biochimiques,
régulées par différents enzymes pour permettre la réduction et l'incorporation du CO2
atmosphérique dans des molécules organiques.
 L'enzyme clé de ce cycle est la Rubisco car elle permet la fixation du CO2 au
RuBP: cette Rubisco ou ribulose-1-5-biphosphate carboxylase représente
jusqu'à 16 % des protéines totales du chloroplaste; c'est une des protéines les
plus importantes et abondantes sur terre.
 Ce cycle se répète 6 fois (donc 6 incorporation de CO2) pour former une
molécule de glucose par exemple. Ce glucose pourra ensuite servir dans la
synthèse de polysaccharides, d'acides gras, d'acides aminés, nucléotides et
toutes les autres molécules nécessaires à la vie de la plante.
7
TD 3 : Les organites semi-autonomes
Biologie Cellulaire
Figure 3 : Le cycle de Calvin.
Les molécules de G3P produites par le cycle de Calvin ont deux destinées possibles :
 soit elles sont converties dans le stroma en amidon.
 soit elles sont exportées dans le cytosol et servent à la synthèse de saccharose.
2-Synthèse des protéines
La présence de l’ADN permet de synthétiser une partie des protéines plastidiales.
Les plastoribosomes synthétisent :
-Une partie de certaines protéines du stroma.
- Quelques protéines de structure des plastoribosomes.
-Une partie des PS1 ; PSII ; du cytochrome b6-f de l’ATP synthétase.
8