Biologie Cellulaire 1. Les membranes 2. La surface cellulaire 3. Les mitochondries 4. Le réticulum endoplasmique 5. L’appareil de Golgi-exocytose 6. Les lysosomes-endocytose

Objectifs particuliers: Chapitre 8 Les mitochondries 1. De décrire les fonctions physiologiques, la structure et la localisation intracellulaire des mitochondries. 2. De montrer comment les 4 compartiments des mitochondries peuvent être isolés pour analyse. 3. De localiser les principales activités enzymatiques ou structures dans chaque compartiment. 4. De décrire le mécanisme de division des mitochondries. 5. De décrire le mécanisme par lequel l’exercise (et d’autres processus consommant de l’ATP) augmente la consommation d’oxygène mitochondriale.

L‘adénosine triphosphate (ATP) L’ATP est constitué d’une base, dans ce cas une adénine, un ribose et une chaîne de phosphates. Figure 2-24

L’ATP est une molécule riche en énergie

Génération d’ATP: Oxydation du glucose et des acides gras en CO2 + H2O. La glycolyse est le stage initial du métabolisme du glucose -- il a lieu dans le cytosol n’implique pas l’O2 La glycolyse produit une petite quantité d’ATP et le composé à trois carbones: pyruvate. Dans les cellules aérobies, le pyruvate est transporté dans les mitochondries, ou il est oxydé par l’O2 en CO2 et génère beaucoup d’ATP.

Le cycle de l’ATP 4 façons de faire de faire de l’ATP Plusieurs façons de consommer de l’ATP ATP ADP + Pi Phosphorylation oxydative (Mitochondries) Glycolyse (cytosol) Photosynthèse (chloroplastes) Cycle de Krebs (Mitochondries - GTP) Synthèse des macromolécules Pompage ionique (pompe du Na) Mobilité (amibes, spermato) Contraction (muscles) Production de chaleur (frissonnement) Endocytose, exocytose

Les mitochondries ont deux membranes distinctes Figure 16-7

Une mitochondrie typique 1. Membrane externe 2. Membrane interne (crêtes ou cristae) 3. L'espace entre les deux membranes 4. Matrice Phosphate de calcium Mitoribosomes ADN F1= ATPase = ATP synthase F0 2 µm

Fractionnement des mitochondries DIGITONINE Mitoplastes Culot Surnageant Vésicules de la membrane externe + enzymes solubles situés entre les 2 membranes Centrifugation à basse vitesse (8000 g) Membrane interne La matrice Surnageant Culot Ultrasons + centrifugation à haute vitesse Membrane externe Espace entre les 2 membranes Surnageant Culot Centrifugation à haute vitesse

Localisation des enzymes mitochondriales LA MEMBRANE EXTERNE 1. Monoamine Oxidase : (-NH2 --> -OH) Enzymes d'activation des acides gras CH3-(CH2)n-COOH ---> CH3-(CH2)n-CO-SCoA 3. La porine: laisse passer des molécules de p.m. < 10 000 2. L'ESPACE INTERMEMBRANAIRE L'adénylate kinase AMP + ATP ---> 2 ADP 3. LA MEMBRANE INTERNE ATP Synthetase = ATP ase = F1/ F0 2. La chaîne respiratoire (les cytochromes) 3. Des transférases / translocases Acyl carnitine transférase ATP/ADP translocase Phosphate translocase 4. LA MATRICE MITOCHONDRIALE Enzymes solubles du cycle de Krebs 2. Enzymes de la bêta-oxidation 3. Enzymes impliqués dans la biosynthèse des protéines mitochondriales

Biogenèse des mitochondries Les mitochondries croissent et se divisent à partir de mitochondries parentales, indépendamment de la cellule La durée de vie des protéines mitochondriales peut varier de quelques minutes à plusieurs semaines (foie: 1 semaine, muscle: 4 semaines, en moyenne) Moins de 10 % des protéines mitochondriales sont synthétisées par les mitoribosomes, la majorité provenant des cytoribosomes (emploi du chloramphénicol et de la cycloheximide)

Théorie de l’origine procaryotique des mitochondries Pas de noyau [2-10 molécules de ADN circulaire (5 µm) par mitochondrie] ADN mitochondrial humain ne contient que 16 569 paires de bases, 100 000 fois moins que le DNA nucléaire. Il code pour une dizaine de polypeptides, 2 ARNr et 22 ARNt. L ’antibiotique chloramphénicol inhibe la synthèse des protéines au niveau des ribosomes chez les procaryotes et des mitoribosomes chez les eucaryotes (sans affecter les cytoribosomes) Absence de cholestérol et présence de cardiolipine (phospholipide) dans la membrane interne des mitochondries et dans la membrane cellulaire des bactéries

Régulation de la respiration mitochondriale NADH2 + 1/2 O2 ADP + Pi Exercice Froid - Réactions anaboliques Photo-synthèse NAD + H2O ATP diminue, la consommation de O2 augmente [ ATP ] [ ADP ] . [ Pi ] Si

Protéines découplantes Mécanisme de phosphorylation oxydative Thermogénine ou Protéines découplantes (UCP1,2,3 etc.) Agents découplants (dinitrophénol) augmentent la perméabilité aux protons 2H+ 2H+ c1 c b 2e Déshydro génases 220 mV Fo a a3 NADH2 F1 NAD O + 2e --> O= O=+ 2H+ --> H2O 2H+ 2H+ ADP + Pi NADH2 + 1/2 O2 + ADP + Pi --> NAD + H2O + ATP Force motrice protonique (220 mV) = pot. transmembr. (160 mV) + pH 1 (60 mV) ATP

Récepteurs adrénergiques Régulation de la respiration par les ATPases Ouabaïne Adrénaline Noradrénaline Insuline 3 Na+ Récepteurs adrénergiques Récepteur insulinique Na+-K+-ATPase +/- -? Adenylate Cyclase 2 K+ ATP cAMP + PPi ATP ADP + Pi Autres ATPases La pompe du sodium contrôle environ 40 % de la respiration des hépatocytes L’augmentation de la consommation de O2 au cours de l’ hyperthyroïdisme est causée par une augmentation de l’activité des pompes du Na dans le foie ATP ADP + Pi NAD + H2O NADH2 + 1/2 O2