Biologie Cellulaire - Cours 11: Mitochondries et Chloroplastes

Biologie Cellulaire - Cours 11: Mitochondries et Chloroplastes

• Mitochondrie: Un organite à deux membranes et deux compartiments. La matrice, le compartiment intérieur, contient l'ADN circulaire et des ribosomes, et est le lieu du cycle de Krebs. L'espace intermembranaire est riche en H+. La mitochondrie est responsable de la respiration aérobique.

• Respiration: Un processus catabolique et aérobique, produisant de l'énergie métabolique (ATP) à partir de molécules organiques complexes (sucres, lipides et acides aminés). L'équation générale est: Composé organique + O2 → CO2 + H2O + énergie.

• Matrice mitochondriale: Contient les mito-ribosomes et l'ADN mitochondrial (circulaire). Le génome mitochondrial humain code pour 2 ARNr, 22 ARNt et 13 protéines. Le nombre et le type de gènes mitochondriaux varient selon les espèces.

• Transfert des gènes mitochondriaux: La majorité des gènes mitochondriaux ont été transférés au noyau au cours de l'évolution. Les protéines mitochondriales sont synthétisées dans le cytoplasme et importées dans la mitochondrie. Hypothèses pour ce transfert: Les mitochondries produisent des dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) = mutations et il n'y a pas de reproduction sexuée chez les mitochondries.

• Cycle de Krebs: Les enzymes de la matrice produisent de l'acétyle CoA à partir des acides gras ou du pyruvate. Les acides aminés sont convertis en pyruvate ou en d'autres intermédiaires du cycle de Krebs ou de la glycolyse si nécessaire pour la respiration. La glycolyse produit du pyruvate, 2 ATP et 2 NADH.

• Intermédiaires du cycle de Krebs: Certains intermédiaires du cycle de Krebs et de la glycolyse servent de squelette carboné pour la synthèse d'acides aminés. La production de certains acides aminés est essentielle et d'autres sont insuffisants chez les humains.

• Chaîne de transport d'électrons (CTE): Située dans les crêtes mitochondriales, utilise le pouvoir réducteur (NADH, FADH2) pour créer un gradient de H+, nécessaire au fonctionnement de l'ATP synthétase. Les électrons sont cédés à des protéines localisées dans les crêtes (complexes I à IV). Le transfert des électrons et le pompage de H+ génèrent une force proton-motrice (gradient H+).

• Complexité de la CTE: Les électrons, issus du cycle de Krebs ou de la glycolyse, entrent par les complexes I et II. Il y a différentes voies pour les électrons, notamment l'oxydase alternative (AOX) présente surtout chez les plantes.

• Oxydase à cytochrome C: Le complexe final de la chaîne de transport d'électrons, qui utilise l'O2 comme accepteur final d'électrons, générant de l'eau. Les H+ sont pompés de la matrice vers l'espace intermembranaire pour ATP synthétase via les complexes I, III, et IV.

• Risques associés aux ROS: L'oxydation de l'O2 peut produire des dérivés réactifs de l'oxygène (ROS - Anion superoxyde O2-, Peroxyde H2O2, et Radical hydroxyle OH) qui peuvent endommager la mitochondrie.

• Voie de l'oxydase alternative (AOX): Chez certaines espèces, particulièrement les plantes, les électrons peuvent sortir de la CTE via la voie de l'AOX, cela réduit les ROS mais réduit également la production d'ATP. Cette voie est utilisée pour réduire le stress oxydatif et produire de la chaleur.

• ATP synthétase: Le cycle de Krebs produit un peu d'ATP, mais surtout du pouvoir réducteur (NADH et FADH2). Ces molécules libèrent des électrons à la CTE qui génèrent les H+ nécessaires à l'ATP synthétase pour produire de l'ATP via phosphorylation oxydative.

Chloroplastes

• Structure: Les chloroplastes sont généralement plus grands que les mitochondries. Ils possèdent une double membrane et un compartiment intérieur (stroma) contenant des thylakoïdes, similaire aux crêtes mitochondriales.

• Fonction: Site de la conversion de l'énergie solaire, analogue aux crêtes mitochondriales. Les chloroplastes convertissent l'énergie solaire en énergie chimique (ATP et NADPH) grâce à la photosynthèse.

• Photosynthèse: L'eau et le dioxyde de carbone sont utilisés comme substrats. L'oxydation de l'eau produit de l'oxygène. Les protons sont concentrés dans l'espace thylakoïde et le gradient de protons est utilisé par l'ATP synthase pour produire de l'ATP et du NADPH.

• Production de nourriture: Le chloroplaste produit les nutriments pour la plupart des organismes de la planète. Le CO2 atmosphérique est utilisé pour produire des molécules organiques.