Fiche de révision : La mitochondrie

📋 Plan du Cours

1. Généralités et fonctions mitochondriales
2. Morphologie et compartimentation
3. Membranes et matrice mitochondriales
4. ATP et phosphorylation oxydative
5. Chaîne respiratoire et gradient protonique
6. ATP synthase et transports couplés
7. Découplage et autres rôles
8. Génome mitochondrial et hérédité
9. Import, formation et renouvellement

📖 1. Généralités et fonctions mitochondriales

🔑 Notions clés & Définitions

• Mitochondrie : Organite des cellules eucaryotes, absent des globules rouges et des bactéries, qui possède deux membranes et constitue le principal lieu de production d’ATP par phosphorylation oxydative.

📝 Points essentiels

• La mitochondrie participe aussi à: la synthèse des hormones stéroïdiennes, des phospholipides et du cholestérol, le stockage et le relargage du Ca2+, la voie intrinsèque de l’apoptose

📌 L’ATP n’est pas une molécule riche en énergie : son énergie utilisable est d’environ 30 kJ.mol-1, contre environ 400 kJ.mol-1 pour une liaison covalente et 10 kJ.mol-1 pour une liaison hydrogène.

💡 Astuce mémo

Une centrale énergétique à double membrane, autonome mais dépendante du noyau

📖 2. Morphologie et compartimentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Compartimentation mitochondriale : Séparation de l’espace intermembranaire, relativement étroit, et de la matrice mitochondriale, indispensable au fonctionnement de l’organite.

★ À maîtriser

• La fusion et la fission mitochondriales assurent le fonctionnement métabolique et apoptotique, la création de nouvelles mitochondries et l’élimination des parties endommagées par mitophagie.

Compléments

• Les mitochondries ont une taille de l’ordre du micron, un nombre variable selon le type et l’activité cellulaires, et un hépatocyte humain en contient environ 1700 occupant environ 20 % du volume cellulaire.

💡 Astuce mémo

Grain ou filament : la mitochondrie alterne fusion et fission

📖 3. Membranes et matrice mitochondriales

🔑 Notions clés & Définitions

• Matrice mitochondriale : Contient les enzymes de la bêta-oxydation, de la transformation du pyruvate en acétyl-CoA et du cycle de Krebs, ainsi que l’ADN mitochondrial, des ARN, des mitoribosomes et des granules de Ca2+ et Mg2+.

📝 Points essentiels

• La membrane externe mitochondriale contient des porines qui forment des pores permettant le transport passif d’ions et de petites molécules de masse inférieure à 10 kDa entre le cytosol et l’espace intermembranaire.

• La membrane interne mitochondriale est riche en protéines, qui représentent 80 % de son poids sec, et contient les complexes I à IV de la chaîne respiratoire ainsi que l’ATP synthase ou complexe V.

📖 4. ATP et phosphorylation oxydative

📝 Points essentiels

📌 La phosphorylation oxydative produit environ 36 molécules d’ATP par molécule de glucose, alors que la glycolyse anaérobie n’en produit qu’environ 2.

• 🔄 La phosphorylation oxydative comprend trois étapes:
  1. production d’acétyl-CoA à partir des molécules alimentaires
  2. production de NADH et de FADH2 par le cycle de Krebs avec rejet de CO2
  3. production d’ATP par la chaîne respiratoire avec consommation d’O2

💡 Astuce mémo

OXPHOS : lent et rentable ; glycolyse : rapide et peu rentable

📖 5. Chaîne respiratoire et gradient protonique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient électrochimique : Le gradient électrochimique mitochondrial résulte d’une concentration de H+ environ 10 fois plus faible dans la matrice, d’un pH d’environ 8 dans la matrice contre 7 dans l’espace intermembranaire, et d’un côté matriciel négatif.

📝 Points essentiels

• La chaîne respiratoire transfère les électrons du NADH ou du FADH2 vers l’oxygène à travers les complexes I, II, III et IV, tandis que les complexes I, III et IV expulsent des protons vers l’espace intermembranaire.

• Le transfert suit l’organisation suivante: complexe I reçoit les électrons du NADH, complexe II reçoit les électrons du FADH2, coenzyme Q transfère les électrons aux complexes III, cytochrome c transfère les électrons au complexe IV, complexe IV réduit l’oxygène en eau

• Le transfert de deux électrons issus du NADH expulse 10 protons, tandis que celui de deux électrons issus du FADH2 en expulse 6.

💡 Astuce mémo

NADH/FADH2 → I-II → Q → III → cytochrome c → IV → O2

📖 6. ATP synthase et transports couplés

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP synthase : Utilise le reflux des protons vers la matrice pour produire de l’ATP par phosphorylation de l’ADP.

★ À maîtriser

• La synthèse d’une molécule d’ATP nécessite le reflux de 3 protons H+ ; ainsi, 10 protons issus d’un NADH produisent 3 ATP et 6 protons issus d’un FADH2 produisent 2 ATP.

• Dans l’ATP synthase, le passage des protons fait tourner le rotor, modifie la conformation de la tête enzymatique et permet la synthèse d’ATP.

Compléments

• Le gradient permet:
  • le symport du pyruvate avec H+
  • le symport des acides gras avec H+
  • le symport du phosphate avec H+
  • l’antiport ADP/ATP

💡 Astuce mémo

Retour des H+ → rotation de l’ATP synthase → production d’ATP

📖 7. Découplage et autres rôles

★ À maîtriser

• Dans le tissu adipeux brun, les protéines UCP ou thermogénines permettent le retour des protons sans passer par l’ATP synthase, ce qui diminue la production d’ATP et dissipe l’énergie sous forme de chaleur.

• La mitochondrie participe à la synthèse des hormones stéroïdes en hydroxylant le cholestérol en prégnénolone dans la matrice grâce à une cytochrome P450, puis la prégnénolone rejoint le réticulum endoplasmique lisse pour être transformée en hormones stéroïdes.

Compléments

• Les mitochondries du tissu adipeux brun sont abondantes chez les animaux hibernants et les nourrissons, qui ont besoin de chaleur sans forte production d’ATP.

💡 Astuce mémo

UCP → retour des H+ sans ATP synthase → chaleur

📖 8. Génome mitochondrial et hérédité

📝 Points essentiels

• L’ADN mitochondrial humain est une molécule circulaire double brin de 16 569 paires de bases, dépourvue d’histones et d’introns, présente en 5 à 10 copies par mitochondrie.

• Le génome mitochondrial contient:

  • 2 gènes d’ARNr
  • 22 gènes d’ARNt
  • 13 gènes codant des protéines mitochondriales

📌 Chez l’Homme, le génome mitochondrial est transmis par la mère, car les mitochondries de l’œuf fécondé proviennent principalement de l’ovule ; cette transmission est dite cytoplasmique et non mendélienne.

• L’hétéroplasmie correspond à la coexistence d’ADN mitochondriaux mutés et normaux, et la gravité de la maladie dépend de leur pourcentage, avec par exemple un syndrome NARP au-delà de 70 % d’ADN mitochondrial muté.

💡 Astuce mémo

Génome mitochondrial réduit, génome nucléaire majoritaire

📖 9. Import, formation et renouvellement

★ À maîtriser

• 🔄 L’importation d’une protéine matricielle comprend: reconnaissance d’une séquence d’adressage, passage par TOM, passage par TIM, traction par des chaperons et clivage de la séquence d’adressage, repliement par mHsp60 et mHsp10

📌 La plupart des protéines mitochondriales, soit plus de 1000 sur environ 1500, sont codées par l’ADN nucléaire, synthétisées dans le cytosol puis importées dans la mitochondrie.

• Les mitochondries ne sont pas fabriquées de novo : elles proviennent de mitochondries préexistantes par fission, puis leurs constituants sont renouvelés et les organites usés sont détruits par mitophagie.

Compléments

• La durée de vie estimée d’une mitochondrie est d’environ 10 jours dans un hépatocyte, et le nombre de mitochondries d’une cellule musculaire peut être multiplié par cinq lors d’un effort.

💡 Astuce mémo

TOM → TIM → chaperons → repliement

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des voies de production d’ATP