La mitochondrie

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La mitochondrie
PLAN DU COURS
•Aspects morphologiques
•Caractéristiques de la double membrane
•Production énergétique par chimiosmose
–L’ATP
– Transformation du glucose et des acides gras en AcétylCoA
– La production de FADH2 et NADH
– La chaîne respiratoire
– La phosphorylation oxydative
•Autres fonctions des mitochondries
•L’ADN mitochondrial
•Les protéines mitochondriales
– Outils pharmacologiques
– Adressage des protéines cytoplasmiques vers la mitochondrie
•Origine des mitochondries (théorie endosymbiotique)
•Organite intracellulaire à double membrane
• Intervient dans la production énergétique de la
cellule
• Possède son propre génome
MOTS CLES Aspect
morphologique
en microscopie
optique
• Dans le cytoplasme
• Globulaires:
0,5 à 1µm de diamètre
• Filamenteux: jusqu’à 10µm
de long
• Nombre variable selon
type cellulaire (et besoins
énergétiques)
Aspect
morphologique
• Deux membranes
séparées par un espace
intermembranaire
• Membrane externe
uniforme et continue
• Membrane interne forme
des crêtes
Crêtes Espace
intermembranaire
Matrice
Membrane interne
Membrane externe
Aspect morphologique
en microscopie électronique
Matrice finement granuleuse:
- mitoribosomes
-ADN
- granules de grande taille
- cristaux protéiques
- cristaux de substances
minérales
- Nombreux systèmes
enzymatiques

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Variation
morphologique
d’une mitochondrie
dans le temps
Localisation des mitochondries
L’immunofluorescence
Antigène A fixé
Anticorps primaires
dirigés contre A
Anticorps secondaires,
couplés à des fluorochromes
et dirigés contre les primaires
Observation au microscope à fluorescence
Marquage de l’échantillon
excitation émission
Localisation dans le cytosol
actine
mitochondries
noyau
Lien avec les microtubules
mitochondries microtubules
Composition chimique
de la membrane externe
• Contient plus de protéines que la membrane
plasmique
• Riche en porine
• Perméable aux ions et molécules de masse
moléculaire inférieure à 10kDa

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Passage passif des petites molécules
par la porine de la membrane externe
Membrane externe
Espace
intermembranaire
Cytoplasme
ATP
ADP Pyruvate Acides gras Phosphate
ATP
ADP Pyruvate Acides gras Phosphate
Composition chimique
de la membrane interne
• Contient plus de protéines que la membrane externe
• Dépourvue de cholestérol mais riche en cardiolipine
(diphosphatidyl-glycerol)
• Riche en transporteurs et complexes protéiques
enzymatiques
• Faible fluidité (passage actif)
Passage actif des petites molécules à travers la
membrane interne
Membrane externe
Espace
inter-membranaire
Cytoplasme
ATP Pyruvate Acides
gras Phosphate
ADP Pyruvate Acides
gras Phosphate
Membrane interne
Matrice
Pyruvate Acides
gras Phosphate
ATP
ATP ADP
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Composition de l’espace
intermembranaire
• Composition en ions et petites molécules identique à
celle du hyaloplasme
• Contient les protons qui proviennent du fonctionnement
de la chaîne respiratoire mitochondriale
• Contient le cytochrome C qui circule entre les deux
membranes
Fractionnement des mitochondries
Matrice
Membrane externe
Membrane interne
Espace intermembranaire
Milieu de faible
osmolarité
Centrifugation
Espace
intermembranaire
Milieu de forte
osmolarité
Gradient de densité
Membrane
interne Matrice Membrane externe
Lyse et
centrifugation
• Organite intracellulaire à double membrane
•Intervient dans la production énergétique
de la cellule
• Possède son propre génome
MOTS CLES

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L’hydrolyse de l’ATP
fournit de l’énergie à la cellule
+31 kJ/mol
Electrons
hautement
énergétiques
Aliments
Lumière
Gradient
électrochimique
Transport
membranaire
actif
Synthèse Mouvement
flagellaire
La chimiosmose
Cycle de
Krebs
Acetyl-CoA
Pyruvate Acide gras
Pyruvate Acide gras
GTP
NADH
FADH2
e-e-
H+
Chaîne respiratoire
mitochondriale
ADP + Pi
H+
O2
H2O
H2O
O2
H+H+
H+
H+
H+
H+
H+
ATP
Glucose
H+ H+
Lors des réactions biochimique: Quand un e-est enlevé à une molécule (elle est
oxydée), il est immédiatement transféré à une autre molécule (qui est réduite).
La tendance à transférer des e- peut être mesurée expérimentalement:
Couple rédox A/A+
V
voltmètre
Pont salin
e-
Couple rédox de référence (B/B+)
Les potentiels rédox
Comment faire de l’ATP avec des e-?
Chaque fois qu’un e- réduit une molécule, il lui amène une charge négative.
Cette charge est alors compensée par l’apport d’un H+
Ce proton est libéré avec l’e- lors de l’oxydation.
Flux
d’e
-
Libération d ’énergie disponible
pour la synthèse d ’ATP
Transport d’e-le long de
la chaîne de transport
Les complexes de la chaîne de
transport « prennent » un H+
dans la matrice quand ils sont
réduit et le re-larguent dans
l’espace inter-membranaire
lorsqu’ils sont oxydés. Ils créent
ainsi un gradient
électrochimique de H+ à travers
la membrane interne.
Principe du couplage chimiosmotique
Niveau d’énergie des e-
Matrice
Espace inter-
membranaire
Membrane
interne Complexe IV
Niveau d’énergie des e-
Libération
de H+
Force proton motrice
Accepteur
final d’e-
La synthèse d ’ATP

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Le NADH est un donneur d’électrons hautement énergétiques qui vont
alimenter la chaîne respiratoire mitochondriale
Nicotinamide Adenine Dinucleotide Nicotinamide Adenine Dinucleotide reduit
Le FADH2est un autre donneur d’électrons hautement énergétiques…
NADH / FADH2: donneurs d’e-
e- sont maintenus dans une liaison à haute énergie.
* Potentiel rédox: très négatif faible affinité pour les e-.
* Potentiel rédox de O2: très positif accepteur d’e-/forte affinité pour e-.
Pourquoi une chaîne de transport d’e-?
La différence de potentiel rédox est très importante
la réaction est très favorable et l’énergie fournie énorme.
Supérieure à l’énergie nécessaire pour la synthèse d’ATP.
Explosion et dissipation sous forme de chaleur.
Ainsi à partir du NADH, les e- passent d’un complexe à l’autre en perdant peu à peu
leur énergie.
2 Pyruvates
2 Pyruvates + 2 NADH + 21 Glucose ATP
2 NADH
-2 ATP
Le pyruvate provient du catabolisme des acides aminés
et des sucres simples
glycolyse
2 AcetylCoA
2 NADH
CoA-SH
Krebs 2 GTP + 6NADH + 2FADH2
1 GTP + 1 ADP 1 GDP + 1 ATP
ATP
Chaîne respiratoire
mitochondriale NADH
FADH2
2e-2e-
H+
Chaîne respiratoire
mitochondriale
ADP + Pi
H+
O2
H2O
H2O
O2
H+H+
H+ H+
ATP
H+ H+
Le passage des électrons sur la chaîne respiratoire
mitochondriale conduit à la formation d’un gradient
électrochimique
FMP
Force motrice protonique
FMP =∆V-60∆pH (environ 220mV)
L’énergie d’oxydation du NADH et FADH2est transformée au
niveau de la membrane interne en énergie de liaison
phosphate sous forme d’ATP
1 molécule de NADH oxydée
1 molécule de FADH2oxydée
3 molécules d’
2 molécules d’
ATP
NADH
FADH2
2e-2e-
H+
Chaîne respiratoire
mitochondriale
ADP + Pi
H+
O2
H2O
H2O
O2
H+H+
H+ H+
ATP
H+ H+FMP
ATP
L’oxydation des acides gras dans la matrice est
une source de NADH et FADH2
Acyl-CoA
Acide gras
ATP
1 AcetylCoA
CoA-SH
Krebs 1 GTP + 3 NADH + 1 FADH2
1 GTP + 1 ADP 1 GDP + 1 ATP
ATP
Chaîne respiratoire
mitochondriale
-2
Acyl-CoA(-2C)
Lynen
1 FADH2
1 NADH