Mitochondrie - Notes de cours PDF

Département de Pharmacie Faculté de Médecine Université de Batna 2 Chapitre II. Cytologie 6. Mitochondrie Dr. ZATOUT Asma Année universitaire : 2024-2025  I. Définition Les mitochondries sont des organites clos cytoplasmiques de toutes l...

Département de Pharmacie Faculté de Médecine Université de Batna 2 Chapitre II. Cytologie 6. Mitochondrie Dr. ZATOUT Asma Année universitaire : 2024-2025  I. Définition Les mitochondries sont des organites clos cytoplasmiques de toutes les cellules eucaryotes. sont généralement ellipsoïdales, mais peuvent aussi être sphériques, ou filamenteuses. La taille : est de 1 à 2 µm de longueur pour 0,5 à 1 µm de diamètre dans la plus part des cellules Joue un rôle primordial dans la vie et la mort cellulaire. Est abondante dans toutes les cellules ayant des besoins énergétiques permanents. Possède son propre génome. Le chondriome est l’ensemble des mitochondries d’une même cellule  I. Définition Le nombre de mitochondries dans une cellule est régulé en fonction de l'activité métabolique de celle-ci. Plus une cellule a des besoins énergétiques élevés, plus elle contient de mitochondries. dispersées dans le cytoplasme et leur nombre varie d’une cellule à une autre : de quelque unes dans les levures, à 1 millier dans les hépatocytes. Exemples : Hépatocyte : environ 1700 mitochondries (22 % du volume cellulaire), en raison de son rôle clé dans le métabolisme (synthèse de glucose, détoxification, etc.). Ovule : environ 3000 mitochondries, car il doit stocker de l'énergie pour les premières divisions embryonnaires. Pièce intermédiaire du spermatozoïde : 24 mitochondries, disposées en spirale pour fournir l'énergie nécessaire à la motilité du flagelle.  I. Définition La distribution: la répartition des mitochondries est différente d’un type cellulaire à un autre. Dans la cellule hépatique: elles se répartissent de façon uniforme dans le cytoplasme. Dans l’entérocyte: les mitochondries se retrouvent à chacun des deux pôles de la cellule. Dans cellules des tubes contournés du Rein: elles se disposent dans la région basale de la cellule. Destruction des Mitochondries: Les mitochondries ont une durée de vie limitée (par exemple, environ 10 jours dans les hépatocytes). Elles sont détruites par autophagie, un processus de dégradation au niveau du compartiment lysosomal.  II. Ultrastructure Le microscope électronique montre que les mitochondries sont des organites à double membrane. La membrane externe se trouve au contact du cytosol et a une structure de membrane plasmique. La membrane interne envoie à l’intérieur de la matrice des crêtes mitochondriales. Les 2 membranes sont séparées par un espace intermembranaire claire d’épaisseur variable. La membrane interne limite un espace interne appelé matrice mitochondriale.  III. Composition chimique La mitochondrie est limitée par deux membranes aux propriétés très différentes : 1. La membrane externe : de 6 à 7 nm d’épaisseur constituée de (40-50 % lipides, 50-60 % protéines). 1.1. Contient une protéine transmembranaire, la porine (pores volumineux d’un diamètre de 2 à 3 nm) , qui permet le passage des ions et des métabolites hydrosolubles de masse inférieur à 5 kDa (5000Da). les porines appartenant à la catégorie des "conductines" ou "protéines tunnel". 1.2. Contient des transporteurs de protéines impliquées dans l'import des protéines cytoplasmique et des translocases (Translocase of the Outer Membrane, TOM). la membrane externe est perméable aux protons (H⁺).  III. Composition chimique 2. La membrane interne : de 6 nm d’épaisseur, constituée de 25% de lipides Environ 75 % de protéines, sont impliquées dans le transport et la production d’énergie Quasiment imperméable aux ions et aux métabolites hydrosolubles: cela est dû à la présence de cardiolipines (phospholipides spécifiques représentent 18-20 % des lipides de la membrane interne). Nécessité de protéines de transport: les ions et métabolites hydrosolubles ne peuvent pas traverser la membrane interne librement. III. Composition chimique 2. La membrane interne Parmi les protéines de la membrane interne qui facilitent le transport on trouve : des perméases, qui servent aux échanges entre l’espace intermembranaire et la matrice, des symports (ex : pyruvate/H+), des antiports (ex : Transporteurs d’ADP/ATP (ANT: Adenine Nucleotide Translocase) les complexes de la chaîne respiratoire, qui sont des transporteurs d’électrons et de protons (complexes I à IV); les ATP synthases responsables de la synthèse d’ATP. III. Composition chimique 3. L’espace intermembranaire: de 4-7nm d’épaisseur, possède une composition similaire à celle du cytosol. Il contient : Des molécules issues du cytosol, qui franchissent la membrane externe grâce aux porines. Des protons (H⁺) provenant de la matrice mitochondriale, transportés à travers la membrane interne par certains complexes de la chaîne respiratoire. Des protéines impliquées dans l’apoptose, telle que le cytochrome c  III. Composition chimique 4. La Matrice Mitochondriale est particulièrement riche en enzymes, car elle est le siège de plusieurs processus métaboliques: 4.1.β-oxydation des acides gras : Cette série de réactions permet la dégradation des acides gras, conduisant à la production d’acétyl-CoA et de coenzymes réduits (FADH₂ et NADH,H⁺).  III. Composition chimique 4. La Matrice Mitochondriale 4.2.Décarboxylation du pyruvate : transforme le pyruvate, issu de la glycolyse (dans le cytosol), en acétyl-CoA, en libérant du CO₂ et en générant du NADH₂. 4.3.Cycle de Krebs (cycle de l’acide citrique) : Cette suite de réactions utilise l’acétyl-CoA pour produire du CO₂, du GTP, ainsi que des coenzymes réduits (FADH₂ et NADH₂), indispensables à la production d’énergie.  4. La Matrice Mitochondriale contient des acides nucléiques (ADN et ARN). L’ADN mitochondrial est bicaténaire, circulaire de petite taille (chez l’Homme, environ 16 500 paires de bases). Il n’est pas associé à des histones se retrouve en plusieurs copies par mitochondrie (5 à 10). Cet ADN code un nombre limité de gènes, et sa transcription permet la production de 13 ARNm, 22 ARNt et 2 ARNr (de type 12S et 16S). le lieu de la réplication et de la transcription de leur ADN, mais aussi de la traduction, grâce à la présence de ribosomes. L’ADN mitochondrial code 10 à 15 % de protéines mitochondriales, les autres sont codées par l’ADN nucléaire.  III. Composition chimique 5. Les crêtes sont des invaginations de la membrane interne augmentation la surface de la membrane interne (la surface de la membrane interne dépasse environ trois fois celle de la membrane externe.) ont des morphologies variables selon l’activité et le type cellulaire: tubulaires dans les cellules stéroïdogènes et lamellaires (en feuillets) dans les cellules musculaires. sont en nombre variable en fonction de la demande en ATP.  IV. Fonctions des mitochondries IV. 1. Respiration cellulaire Elles génèrent la majeure partie de l'énergie nécessaire à la cellule en synthétisant de l'ATP via la phosphorylation oxydative, un processus aérobie. IV.2. Apoptose (mort cellulaire programmée) Les cellules déclenchent leur autodestruction en réponse à un signal (intra ou extracellulaire). Des corps apoptotiques (éléments cytoplasmiques et nucléaires) sont libérés, puis phagocytés par les cellules voisines.  IV. Fonctions des mitochondries IV. 3. Participation à certaines voies métaboliques en collaboration avec d’autres compartiments (cytosol, réticulum endoplasmique lisse, appareil de Golgi, enveloppe nucléaire, peroxysomes) : 1. Synthèse du cholestérol, des hormones stéroïdes, de certains phospholipides membranaires et de la partie phospholipidique des lipoprotéines. 2. Régulation de la concentration cytosolique en Ca²⁺. La mitochondrie est capable de capturer le calcium, de le stocker dans la matrice et de le libérer dans le cytosol à partir de canaux ioniques dans la membrane interne, PTP (permeability transition pore), et des échangeurs Na+/ca+. 3. Production et dégradation des ions superoxyde (O₂⁻), (qui peuvent être toxiques pour la cellule) par la superoxyde dismutase qui est une enzyme qui transforme (O₂⁻) en peroxyde d'hydrogène. (H₂O₂).  V. Biogénèse des Mitochondries La division mitochondriale est précédée par une duplication de l’ADN mitochondrial. Les mitochondries se divisent selon deux modalités: VI.1. La partition Débute par la croissance d'une crête qui après avoir fusionné avec la membrane interne sur toute sa périphérie, partage la matrice en deux compartiments distincts puis la membrane externe s'invagine au niveau de cette crête particulière et forme une constriction de plus en plus profonde qui finit par séparer en deux la mitochondrie. V. biogénèse des Mitochondries VI.2. La segmentation, qui se fait par: -l’étranglement progressif d'une région de la mitochondrie puis -fusion des membranes au fond de cet étranglement  VII. Division et fusion des mitochondries Les mitochondries sont capables de se diviser ou de fusionner de manière indépendante des divisions de la cellule hôte. Ces processus sont régulés par des protéines G monomériques : La division mitochondriale : (fission =scissiparité) permet de créer de nouvelles mitochondries pour répondre aux besoins énergétiques de la cellule et aide à réparer les mitochondries endommagées. Elle est contrôlée par des protéines appelées dynamines, qui aident à séparer une mitochondrie en deux. La fusion mitochondriale permet à deux mitochondries de s’unir pour partager leur contenu, ce qui aide à réparer les mitochondries endommagées. Ce processus est facilité par des protéines appelées mitofusines.  ❑ Endosome est une vésicule intracellulaire formée lors de l'endocytose Lorsqu'une cellule capture une particule externe, celle-ci est englobée par la membrane plasmique pour former une vésicule appelée vésicule d'endocytose. Cette vésicule se fusionne ensuite avec un autre compartiment membranaire interne, appelé endosome. Une fois formés, les endosomes tri des substances et décident si elles doivent être dégradées, recyclées ou envoyées à d'autres parties de la cellule. On distingue différents types d'endosomes : endosomes précoces (pH est 7,4) qui sont proches de la membrane plasmique et servent au tri initial endosomes tardifs (pH 6,5) qui sont plus proches des lysosomes et servent à la préparation de la dégradation des substances. Les molécules retrouvées dans les endosomes tardifs proviennent de vésicules ayant deux origines : endocytose et l’AG  ❑ Lysosome sont des organites cellulaires remplis d'enzymes digestives (pH 5) qui permettent la dégradation de substances étrangères ou des composants cellulaires défectueux. Les lysosomes sont des sacs membraneux contenant des hydrolases acides, des enzymes qui dégradent des macromolécules (protéines, lipides, acides nucléiques, etc.) en leurs composants de base (acides aminés, acides gras, nucléotides). Les lysosomes permettent à la cellule de se débarrasser des déchets internes et externes, de recycler les éléments nécessaires et de maintenir ainsi son fonctionnement optimal.