MITOCHONDRIES ET CHLOROPLASTES: SITES DE

MITOCHONDRIES ET CHLOROPLASTES: SITES DE
CONVERSION DE L'ÉNERGIE
Toutes les activités cellulaires, synthèse de protéines, division, fonctionnement des
enzymes nécessitent de l'énergie. Une conversion: c'est une transformation d'une forme
d'énergie en une autre. Mitochondrie: conversion d'énergie chimique (énergie de liaison entre les
élément d'une molécule) et une énergie utilisable par la cellule: l'ATP. Chloroplastes: conversion
d'énergie lumineuse en ATP.
I) L'ATP: UNIQUE FORME D'ÉNERGIE UTILISABLE PAR LA
CELLULE
1) L'ATP: Adénosine triphosphate
L'ATP a été mis en évidence en 1929. C'est un nucléotide qui associe une base azotée
d'un sucre à trois groupements phosphate. De part la présence de charges négatives,
l'hydrolyse de l'ATP est simplifiée. P-O-P est une liaison polyphosphate qui libère de
l'énergie lors de l'hydrolyse de l'ATP: hydrolyse de l'ATP donne de l'ADP (adénosine
diphosphate) et hydrolyse l'ADP donne de l'AMP (acide adénylique).
2) Hydrolyse de l'ATP
ATP → ADP+Pi
Hydrolyse: Réaction exergonique, qui libère de l'énergie (30,5 KJ/mol)
Synthèse: Réaction endergonique, nécessite de l'énergie (30,5 KJ/mol)
3) Régénération de l'ATP
Couplage avec une réaction exergonique. Phophoénolpyruvate PEP se transforme en
pyruvate+Pi en libérant 61,9 KJ/mol.
L'ATP synthétase est situé dans la membrane interne des mitochondries et la membrane des
thylakoïdes des chloroplastes.
II) MITOCHONDRIE ET CHLOROPLASTES: DEUX ORGANITES SEMI
AUTONOMES
1) Structure d'une mitochondrie
La mitochondrie est délimitée par deux membranes (interne et externe). Elles définissent
deux compartiments à l'intérieur de la mitochondrie: la matrice et l'espace intermembranaire.
Ces deux membranes on une composition différentes. La membrane externe contient 60% de
protéines pour 40% de lipides. La membrane interne est repliée, chaque pli est appelé crête
mitochondriale. Elle est composé a 80% de protéines et à 20% de lipides. Il y a, dans la
membrane, de l'ATP synthétase ainsi qu'une chaîne de transport d'e-. La mitochondrie possède
une partie de l'information génétique sous forme d'ADN mitochondrial et compose 1 à 5% de
l'ADN total. Elle possède également ces propres ribosomes et peut ainsi synthétiser certaines
de ses protéines (5%)
Les mitochondries ont des dimensions très voisines d'une bactérie: de 1 à 2μm de long, de 0,5 à
1μm de large. La fixation des tissus au tétraoxyde d'osmium fait apparaître autour de chaque
mitochondrie un double système membranaire; chaque membrane a une épaisseur de 6 à 8 nm
(1 nm = 10-9 m). La membrane externe, régulièrement convexe, est séparée de la membrane
interne par l'espace intermembranaire, dont l'épaisseur peut varier selon les conditions imposées
à la mitochondrie. La membrane interne s'invagine en villosités ou crêtes délimitant la matrice.
On peut mettre en évidence dans la matrice de petites molécules d'ADN circulaire et des
ribosomes. La surface développée par la membrane interne peut être considérable, et cette
surface est d'autant plus élevée que les mitochondries sont actives sur le plan énergétique.
2) Principaux rôles au sein des cellules animales et végétales
3) Organisation d'un chloroplaste
Les chloroplastes sont toujours limités par deux membranes plasmiques, d'environ 6 à
8 nm d'épaisseur, concentriques et distantes d'environ 10 nm. La membrane interne émet dans le
stroma des replis en forme de crêtes, rappelant celles des mitochondries. Ces replis sont
toutefois rares dans les chloroplastes entièrement différenciés. Dans le stroma se trouvent
surtout de nombreuses lamelles, partiellement associées en empilements compacts. Une analyse
précise montre qu'il s'agit en réalité de saccules aplatis dont les profils sont plus ou moins longs
et parfois discontinus. Ces saccules sont les thylakoïdes. Les plus étendus traversent le plaste de
part en part, mais sont généralement des lames ajourées, ce qui se traduit par des interruptions
dans les sections transversales ultrafines. D'autres thylakoïdes ont la forme de disques de
dimensions plus restreintes. Chez les végétaux supérieurs, ces thylakoïdes ont ordinairement
tendance à s'associer étroitement sur la totalité ou sur une partie de leurs surfaces latérales.
Ils forment ainsi des empilements lamellaires grossièrement cylindriques.
4) Principaux rôles dans les cellules végétales
III) LA RESPIRATION CELLULAIRE DANS LES MITOCHONDRIES
1) Prise en charge du pyruvate issu de la glycolyse
2) Devenir des composants réduits
3) Bilan
Cf schéma
IV) LA PHOTOSYNTHÈSE DANS LES CHLOROPLASTES
Les cellules végétales sont chlorophylliennes. La photosynthèse est un processus au cour
duquel on voit la synthèse de molécules organiques en présence de lumière à partir de substance
minérale.
Ex: glucose 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
1) La photosynthèse: un processus en deux étapes
On distingue deux grands types de réaction. Certaines réaction dépendent de l'intensité
lumineuse : se sont des réactions photochimiques. D'autres réactions différentes ne dépendent
pas de l'intensité lumineuse mais de la température. Et de la concentration en CO2 : se sont des
réactions non photochimiques. Les réactions photochimiques ou phase photochimique s'effectue
dans les thylakoïdes et les réactions non photochimiques ou phase non photochimique dans le
stroma.
2) La phase photochimique de la photosynthèse: phase claire
Cette phase a lieu dans les thylakoïdes et nécessite de énergie lumineuse. C'est au cour de cette
phase que l'énergie lumineuse est convertie en énergie utilisable par la cellule.
a) Capture de l'énergie lumineuse
Elle fait intervenir des pigments contenus dans la membrane du thylakoïde, ils sont de
nature diverse : chlorophylle (vert), carotène (orange), xanthophylle (jaune). Ils sont regroupés
au sein de complexe nommé photosystèmes (PS I et PS II), ils constituent les unités
photoréceptrices du chloroplaste. La capture de l'énergie lumineuse au sein des photosystèmes
va engendrer un transfert d'e-.
b) Transfert d'e- de la membrane des thylakoïdes
Les pigments comme la chlorophylle passent à l'état existé lorsqu'ils capturent des photons, état
non stable, ils libèrent des e- pour redevenir stable. Le déficit en e- est comblé grâce à un
donneur en e-. Il s'agit de l'eau : 2H20 → O2 + 4e- + 4H+
Les e- libérés vont être transférés le long d'une chaîne de transfert qui inclue différentes
protéines (plastoquinone, plastocyannine, PS I et II). Le transfert se fait par une série
d'oxydoréductions. En bout de chaîne, l'accepteur final est le NADP+ qui est réduit en NADPH
(NADP: nicotine adénine dinucléotide phosphate, on le trouve uniquement dans les cellules
végétale).
c) Production d'ATP par phosphorylation
Au cours du transfert des e- dans la membrane du thylakoïde, des protons son libérés dans
l'espace intra-thylakoïde. Cela crée un gradient électrochimique de protons, il permet le
fonctionnement des ATP synthétases situées dans la membrane du thylakoïde.
Cf schéma
3) La phase non photochimique de la photosynthèse (phase sombre)
C'est la phase au cour de laquelle le CO2 est incorporé aux molécules organiques et qui permet la
synthèse de molécules organiques. Elle a lieu dans le stroma. Au cour de cette phase de synthèse
sont produits le glucose, des acides aminés et des acides gras. Cette synthèse nécessite de
l'énergie, il y a donc une consommation D'ATP et de pouvoir réducteur (NADPH). Le CO2 est
incorporé sur une molécule a 5 carbones : ribulose biphosphate ou Rudi-P qui va donner deux
composés à trois carbones : acide phosphoglycérique. Il rentre dans la série de réaction nommé
le cycle de Calvin qui va former le 3-phosphoglycéraldéhyde (cycle de Calvin)
4) Bilan