1/  structure :

Au microscope optique, les mitochondries apparaissent comme des points ou des filaments. La  mitochondrie est un organite toujours permanent dans la cellule, de diamètre environ 05 micromètre et de longueur de 1 à 5 micromètres.

Au microscope électronique, on voit que la paroi est constituée de deux membranes, l'une interne et l'autre externe :

                       Photo mitochondrie INSERM 1991 Pitié Salpetrière Unité Biologie Cellulaire

La matrice est une substance homogène dans laquelle on trouve :

- des grains de danse aux électrons, comprenant des sels de calcium 

-des granulations fines pourvues de ribosome de type bactérien (mitoribosomes).

-de l'ADN, sous forme de chromosome circulaire

-Des enzymes d'oxydation de l'acide pyruvique, des acides gras et entrants dans le cycle citrique (krebs), pour la dégradation des acides aminés...

 Les deux membranes ont des propriétés différentes :

a/ les jeunes mitochondries sont sphériques ; la mitochondrie âgée est plus allongée, on vieillissant le nombre de crêtes augmentent, la membrane interne croît plus vite que celle externe.

 

b/Expérience mettant en évidence la différence de structure entre la membrane externe et la membrane interne.

à partir d'un homogène obtenu avec des cellules riches en mitochondrie on effectue une centrifugation différentielle.

Puis on étudie ces deux par technique de coloration négative vu en coupe

- pose d'un film mince de plastique sur une grille de cuivre

- le matériel dilué est déposé sur le film..  on laisse sécher la préparation, pour que les mitochondries adhèrent au film plastique.

- une goutte d'acide phosphotungstique (H 3 [PW 12 O 40 ]) est ajouté, l'acide s'infiltre dans les structures, mais ne traverse pas la membrane.

-Aspiration de l'excès d'acide.

On laisse sécher la préparation, il y a cristallisation du sel, là où il a pénétré.

Dans cette technique, le fond est sombre, des membranes sont transparentes, ce qui correspond à  un contraste négatif..

Au microscope électronique, on observe une différence de structure entre la membrane interne et la membrane externe. déstructures régulières collées à la membrane interne apparaissent, exemple de points une crête

La preuve que ces particules élémentaires ne sont pas des artefacts, est obtenue par un procédé de sous fractionnement avec C2 isolés et sédimenter avec une solution isotonique de saccharose à 0,32 moles.

On réalise un choc osmotique avec de l'eau distillée.

 on observe ainsi l'éclatement en premier de la membrane externe tandis que la membrane interne tant à se dérouler.

 

c/ Organisation moléculaire de la membrane interne de la mitochondrie. Comme nous l'avons vu, le fractionnement de la membrane interne mais en évidence des particules élémentaires.

On constate une perte de l'activité oxydative, celle-ci ne fonctionne qu'avec les deux sous fractions en présence sans isolement sur l'avion préalable..

En effectuant une réassociation des deux sous fractions,  on reforme spontanément la structure de départ, et on retrouve associé les cytochromes et l'activité ATPasique, mais il manque toujours l'activité oxydative.  Pour établir la phosphorylation, il faut ajouter le surnageant de la centrifugation..

Conclusion :

- la chaîne de transporteur d'électrons est lié à la membrane interne.

- une A.T.Pase à activité catalytique, est lié au sphère des particules, ce sont des sphères F1

- la phosphorylation oxydative qui nécessite un couplage énergétique n'existe que dans l'association complète des éléments, en présence d'un facteur présent dans le surnageant.

2/Composition chimique :

a/ Membrane externe :

Elle ressemble à la membrane du réticulum endoplasmique : phospholipide et un peu de cholestérol point elle contient des protéines de structure, et enzymatique  telle que la monoamine oxydase les enzymes de dégradation des catécholamines et cetera

Elle possède des porines qui sont des pores volumineux de 2 à 3 nm de diamètre qui permettent le passage d'ions et de molécules d'un poids inférieur à 10 KDa^*

b/ Espace inter-membranaire:

Il a une une épaisseur de 4 à 7 nm et est assez dense. Il contient des ions H⁺ qui interviennent dans phosphorylation oxydative, les molécules de la cytochrome oxydase C et des molécules d'un PM <10 KDa.

Sa composition est différente des autres membranes, mais ressemble à la membrane bactérienne : 20 % de lipides, pas de cholestérol, 80 % de protéines dont les deux tiers sont des protéines hydrophobes fortement intégrés à la membrane interne.

3/La formation des mitochondries dans  une cellule :

Il y a deux hypothèses de formation:

-Les mitochondries s'assembleraient dans le cytoplasme et il s'agirait d'une formation de "novo".
-Les mitochondrie dérivent de mitochondries préexistantes par division d'elles mêmes.

Le précurseur et la colline radioactive, ajouter dans le milieu de culture du Neurospora. pour les trois expériences, le marquage est identique et s'effectue par une pulse d'environ 10 minutes, mais pour chacune de ces trois manipulations, le temps de lavage varie.

I/ le lavage est rapide, le nombre de mitochondries correspond à la quantité 1

II/ le lavage est suffisamment long dans la colline froide en excès, pour que le nombre de mitochondries soit multiplié par deux:  quantité 2

III/ Chasse de 4h pour que le nombre de mitochondries soit multiplié deux fois par deux: Quantité 4

 C2 est remis en suspension et l'on peut effectuer dans les trois cas, deux types d'observation :

- mesures de la radioactivité totale par un compteur à scintillation.

- Autoradiographie, avec émission de photons, est révélée après 10 jours.

La mesure de la radioactivité totale montre que la choline ne s'intègre que dans les mitochondries. Quand le nombre de mitochondries est multiplié par deux, la radioactivité diminue d'un demi.  Les mitochondries formées en milieu non radioactif se sont constituées par division de mitochondries préexistantes.

4/ Rôle du génome mitochondrial dans la cellule :

 Ceci pose le problème de l'origine des mitochondries, parasitisme ou symbiose.

 Le chromosome de la mitochondrie est circulaire, en double hélice, de petites tailles.

A/ similitude entre l'ADN nucléaire et l'ADN mitochondrial.

Des expériences d'hybridation montrent que si deux brins d'ADN séparés peuvent s'assembler avec deux brins d'ADN étrangers, ils réalisent ainsi une molécule chimère.

S'il y a complémentarité des brins, il y a formation d'ADN hybride. on définit ainsi un pourcentage de complémentarité, correspondant au pourcentage de gènes identiques.

La comparaison d'ADN nucléaire avec l'ADN mitochondrial donne très peu d'hybridation, étant donné que l'ADN mitochondrial est très différent de l'ADN nucléaire.

B/Comparaison entre les ADN mitochondriaux, de tissus différents dans une même espèce animale:

Lorsqu'on effectue l'hybridation il y a 100 % d'hybridation entre l'ADN mitochondrial 2 fois de rats et d'ADN mitochondrial de rein de rat, le contenu génétique est donc identique. 

C/Les parenté phylogénétiques :

 80 % des molécules  s'hybrident entre l'ADN mitochondrial de foie de rat et l'ADN mitochondrial de souris, il y a une différence spécifique, propre à l'espèce  mais beaucoup de concordance.

D/ en changeant de groupe d'espèces :

 20 % des molécules hybrides entre l'ADN mitochondrial de rat et l'ADN mitochondrial d'oiseau.

La spécificité diminue  en s'éloignant de l'espèce et  la coopération mitochondrie-cellule hôte est régulée.

Observations sur les interactions cellules hôtes et mitochondrie: 

Le chromosome mesure 5 à 6 micromètres de diamètre. L'ADN mitochondrial représente environ 1 % de l'ADN total de la cellule. La petite taille du chromosome montre qu'il porte peu d'informations, environ 100000 fois moins que l'information du noyau d'une même cellule.De plus, toutes les séquences de cet ADN ne sont pas transcrites.

a/Les ARN issus de l'ADN mitochondrial observations:

- ils sont presque tous des ARN ribosomaux. 

- il y a seulement 12 ARNt  (transmetteurs).

-Il y a des ARNm  (messager) pour la traduction d'environ 10 peptides dont certains sont indispensables au métabolisme et des ARMm codant pour le cytochrome B, le cytochrome oxydase et les bases hydrophobes de la particule élémentaire.

b/Constituant synthétisé dans la cellule et incorporer dans la mitochondrie:

- enzyme de réplication de l'ADN mitochondrial

- enzyme de la matrice

- ARN polymérase

- protéine des membranes externes et interne

- protéines des mitoribosomes

- des lipides sont synthétisés dans le REL et migrent vers la mitochondrie.

5/Origine des mitochondries:

Théorie d'Altman:

 au microscope optique, la fushing color les mitochondries comme les bactéries. on établit une analogie au microscope électronique:

- membrane interne identique

- ADN circulaire

- dans la cellule, la mitochondrie est le seul organite aérobie et donc la théorie symbiotique  et donc de rigueur.  À l'origine, on admet que des bactéries aérobies auraient parasité des cellules anaérobies primitives. il y a environ 1 milliard d'années.  cette association aurait donné les cellules eucaryotes évoluées aérobie. il y aurait symbiose par partage des métabolisme aérobie et anaérobie.

Récemment, des objections à cette théorie ont été formulés :

- les analogies ne sont pas si évidentes, il peut s'agir de phénomènes de convergence en relation entre eux.

- en cherchant dans la synthèse des protéines, on s'aperçoit que les ribosomes des mitochondries sont différents des autres espèces.

On note une différence notable avec les bactéries.

- dans la cellule, le cytoplasme n'est pas totalement un aérobie, il y a des possibilités de transport d'électrons par le REG. 

À ce jour la théorie la plus récente fait à l'appel à une  filiation et non à une symbiose. 

C'est la théorie du plasmide.

Dans certains colibacilles, en plus du chromosome principal, se trouve un petit chromosome refermé en anneau, ayant un contenu informationnel en rapport avec le contenu du chromosome mitochondrial. Ce plasmide peut se répliquer indépendamment du chromosome principal comme l'ADN mitochondrial.

Cette hypothèse est non symbiotique, il n'y a pas de bactérie aérobie à l'origine des mitochondries mais seulement l'injection d'un plasmide dans le cytoplasme. D'ailleurs, certains antibiotiques agissent sur les mitochondries et les bactéries ds souches résistantes. On en conclut que la résistance est portée par le plasmide.

“La pensée actuelle est que nous sommes le fruit du chaos, les descendants d'épidémie, avec un génome où tous nos 2 % de gènes sont surclassés par 98 % de séquences parasites. Mystérieuse, incontournable, ces séquences ont permis l'apparition du placenta chez les mammifères ou la formation d'un embryon différent chez l'homme et les grands singes. Aujourd'hui, elle expliquerait le diabète, les allergies, l'obésité ou la baisse de l'intelligence qui a amené l'Occident à perdre 10 points de QI depuis un siècle.”

Homo Chaoticus par Didier Raoult édition Michel LAFON. 

Je me dois de parler de la chaîne respiratoire appelée également phosphorylation oxydative.

Ces réactions biochimiques se passent au niveau de la membrane interne de la mitochondrie et est formée de 5 complexes enzymatiques.

Des électrons fournis par des coenzymes FADH H⁺ et NADH H⁺  vont circuler au travers de ces 5 complexes et vont subir des réactions d'oxydoréduction en  créant  alors une force électromotrice qui va activer la pompe à  H⁺  (proton). Cela va générer un gradient de force H⁺   appelée proton-motrice. Ce gradient va permettre de produire de l'ATP. Ce processus consomme de l'O₂  et produit de l'eau. Le FADH H⁺ et NADH H⁺   sont des coenzymes que l'on retrouve partout dans le cellule, elles sont issues de réactions biochimiques telles que FAD + 2H⁺   à   FADH H⁺     et  NAD + 2H⁺   à   NADH H⁺    , les protons ou H⁺ proviennent de la dégradation de composants tels que le glucose.