Les cellules eucaryotes des organismes vivants effectuent en permanence un grand nombre de réactions chimiques pour vivre, croître, se reproduire et combattre les maladies.
Tous ces processus nécessitent de l'énergie au niveau cellulaire. Chaque cellule qui s'engage dans l'une de ces activités tire son énergie des mitochondries, de minuscules organites qui agissent comme les centrales électriques des cellules. Le singulier des mitochondries est mitochondrie.
Chez l'homme, les cellules telles que les globules rouges n'ont pas ces minuscules organites, mais la plupart des autres cellules ont un grand nombre de mitochondries. Les cellules musculaires, par exemple, peuvent en avoir des centaines voire des milliers pour satisfaire leurs besoins énergétiques.
Presque tous les êtres vivants qui bougent, grandissent ou pensent ont des mitochondries en arrière-plan, produisant l'énergie chimique nécessaire.
Structure des mitochondries
Les mitochondries sont des organites membranaires entourés d'une double membrane.
Ils ont une membrane externe lisse renfermant l'organite et une membrane interne pliée. Les plis de la membrane interne sont appelés crêtes, dont le singulier est crête, et les plis sont l'endroit où se déroulent les réactions créant l'énergie mitochondriale.
La membrane interne contient un fluide appelé matrice tandis que l'espace intermembranaire situé entre les deux membranes est également rempli de fluide.
En raison de cette structure cellulaire relativement simple, les mitochondries n'ont que deux volumes de fonctionnement distincts: la matrice à l'intérieur de la membrane interne et l'espace intermembranaire. Ils reposent sur des transferts entre les deux volumes pour la production d'énergie.
Pour augmenter l'efficacité et maximiser le potentiel de création d'énergie, les plis de la membrane interne pénètrent profondément dans la matrice.
En conséquence, la membrane interne a une grande surface et aucune partie de la matrice n'est éloignée d'un pli de membrane interne. Les plis et la grande surface aident à la fonction mitochondriale, augmentant le taux potentiel de transfert entre la matrice et l'espace intermembranaire à travers la membrane interne.
Pourquoi les mitochondries sont-elles importantes ?
Alors que les cellules individuelles évoluaient à l'origine sans mitochondries ou autres organites liés à la membrane, des cellules multicellulaires complexes les organismes et les animaux à sang chaud tels que les mammifères tirent leur énergie de la respiration cellulaire basée sur la mitochondrie une fonction.
Les fonctions à haute énergie telles que celles des muscles cardiaques ou des ailes d'oiseau ont des concentrations élevées de mitochondries qui fournissent l'énergie nécessaire.
Grâce à leur fonction de synthèse d'ATP, les mitochondries des muscles et d'autres cellules produisent de la chaleur corporelle pour maintenir les animaux à sang chaud à une température constante. C'est cette capacité de production d'énergie concentrée des mitochondries qui rend possibles les activités à haute énergie et la production de chaleur chez les animaux supérieurs.
Fonctions mitochondriales
Le cycle de production d'énergie dans les mitochondries repose sur une chaîne de transport d'électrons ainsi que sur l'acide citrique ou le cycle de Krebs.
En savoir plus sur le cycle de Krebs.
Le processus de décomposition des glucides tels que le glucose pour produire de l'ATP est appelé catabolisme. Les électrons de l'oxydation du glucose sont transmis le long d'une chaîne de réaction chimique qui comprend le cycle de l'acide citrique.
L'énergie provenant des réactions de réduction-oxydation, ou redox, est utilisée pour transférer des protons hors de la matrice où les réactions ont lieu. La réaction finale dans la chaîne fonctionnelle mitochondriale est celle dans laquelle l'oxygène de la respiration cellulaire subit une réduction pour former de l'eau. Les produits finaux des réactions sont l'eau et l'ATP.
Les enzymes clés responsables de la production d'énergie mitochondriale sont le phosphate de nicotinamide adénine dinucléotide (NADP), nicotinamide adénine dinucléotide (NAD), adénosine diphosphate (ADP) et flavine adénine dinucléotide (MODE).
Ils travaillent ensemble pour aider à transférer les protons des molécules d'hydrogène dans la matrice à travers la membrane mitochondriale interne. Cela crée un potentiel chimique et électrique à travers la membrane avec les protons retournant à la matrice par l'enzyme ATP synthase, entraînant la phosphorylation et la production d'adénosine triphosphate (ATP).
Découvrez la structure et la fonction de l'ATP.
La synthèse d'ATP et les molécules d'ATP sont les principaux vecteurs d'énergie dans les cellules et peuvent être utilisées par les cellules pour la production des produits chimiques nécessaires aux organismes vivants.
•••Sciences
En plus d'être des producteurs d'énergie, les mitochondries peuvent aider à la signalisation de cellule à cellule grâce à la libération de calcium.
Les mitochondries ont la capacité de stocker le calcium dans la matrice et peuvent le libérer lorsque certaines enzymes ou hormones sont présentes. En conséquence, les cellules produisant de tels produits chimiques déclencheurs peuvent voir le signal d'une augmentation du calcium provenant de la libération par les mitochondries.
Dans l'ensemble, les mitochondries sont un composant vital des cellules vivantes, aidant aux interactions cellulaires, distribuant des produits chimiques complexes et produisant l'ATP qui constitue la base énergétique de toute vie.
Les membranes mitochondriales interne et externe
La double membrane mitochondriale a des fonctions différentes pour la membrane interne et externe et les deux membranes et est constituée de substances différentes.
La membrane mitochondriale externe renferme le fluide de l'espace intermembranaire, mais elle doit permettre aux produits chimiques dont les mitochondries ont besoin de la traverser. Les molécules de stockage d'énergie produites par les mitochondries doivent pouvoir quitter l'organite et fournir de l'énergie au reste de la cellule.
Pour permettre de tels transferts, la membrane externe est constituée de phospholipides et de structures protéiques appelées porines qui laissent de minuscules trous ou pores à la surface de la membrane.
L'espace intermembranaire contient un fluide qui a une composition similaire à celle du cytosol constituant le fluide de la cellule environnante.
Les petites molécules, les ions, les nutriments et la molécule d'ATP porteuse d'énergie produite par la synthèse d'ATP peuvent pénétrer la membrane externe et la transition entre le fluide de l'espace intermembranaire et le cytosol..
La membrane interne a une structure complexe avec des enzymes, des protéines et des graisses permettant uniquement à l'eau, au dioxyde de carbone et à l'oxygène de traverser librement la membrane.
D'autres molécules, y compris les grosses protéines, peuvent pénétrer dans la membrane mais uniquement grâce à des protéines de transport spéciales qui limitent leur passage. La grande surface de la membrane interne, résultant des plis des crêtes, laisse place à toutes ces structures protéiques et chimiques complexes.
Leur grand nombre permet un haut niveau d'activité chimique et une production efficace d'énergie.
Le processus par lequel l'énergie est produite par des transferts chimiques à travers la membrane interne est appelé la phosphorylation oxydative.
Au cours de ce processus, l'oxydation des glucides dans les mitochondries pompe des protons à travers la membrane interne de la matrice vers l'espace intermembranaire. Le déséquilibre des protons provoque la diffusion des protons à travers la membrane interne dans la matrice à travers un complexe enzymatique qui est une forme précurseur de l'ATP et est appelé ATP synthase.
Le flux de protons à travers l'ATP synthase est à son tour la base de la synthèse d'ATP et produit des molécules d'ATP, le principal mécanisme de stockage d'énergie dans les cellules.
Qu'y a-t-il dans la matrice ?
Le fluide visqueux à l'intérieur de la membrane interne s'appelle la matrice.
Il interagit avec la membrane interne pour réaliser les principales fonctions de production d'énergie des mitochondries. Il contient les enzymes et les produits chimiques qui participent au cycle de krebs pour produire de l'ATP à partir du glucose et des acides gras.
La matrice est l'endroit où se trouve le génome mitochondrial constitué d'ADN circulaire et où se trouvent les ribosomes. La présence de ribosomes et d'ADN signifie que les mitochondries peuvent produire leurs propres protéines et se reproduire en utilisant leur propre ADN, sans dépendre de la division cellulaire.
Si les mitochondries semblent être de minuscules cellules complètes à elles seules, c'est parce qu'elles étaient probablement des cellules séparées à un moment où des cellules individuelles étaient encore en évolution.
Les bactéries ressemblant à des mitochondries sont entrées dans les cellules plus grandes en tant que parasites et ont été autorisées à rester parce que l'arrangement était mutuellement bénéfique.
Les bactéries ont pu se reproduire dans un environnement sécurisé et ont fourni de l'énergie à la plus grande cellule. Au cours de centaines de millions d'années, les bactéries se sont intégrées dans des organismes multicellulaires et ont évolué pour devenir les mitochondries d'aujourd'hui.
Parce qu'ils se trouvent aujourd'hui dans les cellules animales, ils constituent un élément clé de l'évolution humaine précoce.
Étant donné que les mitochondries se multiplient indépendamment sur la base du génome mitochondrial et ne participent pas à la cellule division, les nouvelles cellules héritent simplement des mitochondries qui se trouvent dans leur partie du cytosol lorsque la cellule divise.
Cette fonction est importante pour la reproduction des organismes supérieurs, y compris les humains, car les embryons se développent à partir d'un œuf fécondé.
L'ovule de la mère est gros et contient beaucoup de mitochondries dans son cytosol tandis que le spermatozoïde fécondant du père n'en a pratiquement pas. En conséquence, les enfants héritent de leurs mitochondries et de leur ADN mitochondrial de leur mère.
Par leur fonction de synthèse d'ATP dans la matrice et par la respiration cellulaire à travers la double membrane, les mitochondries et la fonction mitochondriale sont un élément clé des cellules animales et contribuent à rendre la vie telle qu'elle existe possible.
La structure cellulaire avec des organites liés à la membrane a joué un rôle important dans l'évolution humaine et les mitochondries ont apporté une contribution essentielle.
