Selon l'endroit où vous vous situez dans votre propre formation en sciences de la vie, vous savez peut-être déjà que les cellules sont les composants structurels et fonctionnels de base de la vie. Vous savez peut-être également que dans des organismes plus complexes tels que vous-même et d'autres animaux, les cellules sont hautement spécialisées, contenant un variété d'inclusions physiques qui remplissent des fonctions métaboliques et autres spécifiques pour maintenir les conditions dans la cellule hospitalières pour vie.
Certains composants des cellules d'organismes "avancés" appelés organites ont la capacité d'agir comme de minuscules machines et sont responsables de l'extraction de l'énergie des liaisons chimiques du glucose, la source ultime de nourriture dans toutes les cellules vivantes. Vous êtes-vous déjà demandé quels organites aident à fournir de l'énergie aux cellules, ou quel organite est le plus directement impliqué dans les transformations énergétiques au sein des cellules? Si oui, rencontrez le
mitochondries et le chloroplaste, les principales réalisations évolutives des organismes eucaryotes.Cellules: procaryotes contre eucaryotes
Organismes du domaine Procaryote, qui comprend les bactéries et les Archées (anciennement appelées "archaebactéries"), sont presque entièrement unicellulaires et, à quelques exceptions près, doivent tirer toute leur énergie de glycolyse, un processus qui se produit dans le cytoplasme cellulaire. Les nombreux organismes multicellulaires de la eucaryote domaine, cependant, ont des cellules avec des inclusions appelées organites qui effectuent un certain nombre de fonctions métaboliques et autres fonctions quotidiennes dédiées.
Toutes les cellules ont ADN (matériel génétique), un membrane cellulaire, cytoplasme (le "goo" constituant la majeure partie de la substance de la cellule) et ribosomes, qui fabriquent des protéines. Les procaryotes n'ont généralement pas grand-chose de plus que cela, alors que les cellules eucaryotes (plans, animaux et champignons) sont celles qui possèdent des organites. Parmi ceux-ci figurent les chloroplastes et les mitochondries, qui participent à la satisfaction des besoins énergétiques de leurs cellules mères.
Organelles de traitement de l'énergie: mitochondries et chloroplastes
Si vous savez quelque chose sur la microbiologie et que l'on vous donne une photomicrographie d'une cellule végétale ou d'un animal cellule, il n'est pas vraiment difficile de deviner quels organites sont impliqués dans l'énergie conversion. Les chloroplastes et les mitochondries sont des structures d'apparence active, avec une grande surface totale de la membrane en raison d'un pliage méticuleux et une apparence globale "occupée". Il est évident en un coup d'œil, en d'autres termes, que ces organites font bien plus que simplement stocker des matières cellulaires brutes.
On pense que ces deux organites partagent la même histoire évolutive fascinante, comme en témoigne le fait que ils ont leur propre ADN, distincte de celle du noyau cellulaire. On pense que les mitochondries et les chloroplastes étaient à l'origine des bactéries autonomes à part entière avant d'être engloutis, mais pas détruits, par des procaryotes plus gros (les théorie des endosymbiotes). Lorsque ces bactéries "mangées" se sont avérées remplir des fonctions métaboliques vitales pour les plus gros organismes et, inversement, tout un domaine d'organismes, eucaryote, est né.
Structure et fonction des chloroplastes
Les eucaryotes participent tous à la respiration cellulaire, qui comprend la glycolyse et les trois étapes de base de respiration aérobie: la réaction de pont, le cycle de Krebs et les réactions de transport d'électrons chaîne. Les plantes, cependant, ne peuvent pas obtenir du glucose directement de l'environnement pour alimenter la glycolyse, car elles ne peuvent pas « manger »; au lieu de cela, ils fabriquent du glucose, un sucre à six carbones, à partir de dioxyde de carbone, un composé à deux carbones, dans des organites appelés chloroplastes.
Les chloroplastes sont l'endroit où le pigment chlorophylle (qui donne aux plantes leur aspect vert) est stocké, dans de minuscules sacs appelés thylakoïdes. Dans le processus en deux étapes de photosynthèse, les plantes utilisent l'énergie lumineuse pour générer de l'ATP et du NADPH, qui sont des molécules porteuses d'énergie, puis utilisent cette énergie pour construire glucose, qui est ensuite disponible pour le reste de la cellule ainsi que des réserves sous forme de substances que les animaux peuvent éventuellement manger.
Structure et fonction des mitochondries
Le traitement de l'énergie chez les plantes est fondamentalement le même que chez les animaux et la plupart des champignons: le « but » ultime est de décomposer le glucose en molécules plus petites et d'extraire l'ATP au cours du processus. Les mitochondries le font en servant de « centrales électriques » des cellules, car elles sont les sites de la respiration aérobie.
Dans les mitochondries oblongues "en forme de football", le pyruvate, principal produit de la glycolyse, est transformé en acétyl CoA, transporté à l'intérieur de l'organite pour le cycle de Krebs, puis déplacé vers la membrane mitochondriale pour le transport des électrons chaîne. Au total, ces réactions ajoutent 34 à 36 ATP aux deux ATP générés à partir d'une seule molécule de glucose en glycolyse seule.