Quels sont les mitochondries?
Les mitochondries sont des structures spécialisées uniques aux cellules des animaux, des plantes et des champignons. Ils servent en tant que batteries, alimentant les différentes fonctions de la cellule et de l'organisme dans son ensemble. Bien que les mitochondries fassent partie intégrante de la cellule, il est prouvé qu'ils ont évolué à partir de bactéries primitives.
Occurrence
Tous les organismes vivants sont construits avec une brique fondamentale: la cellule. Dans certains cas, une seule cellule constitue un organisme entier. Les cellules contiennent du matériel génétique (ADN et ARN), et ils remplissent des fonctions essentielles, telles que le métabolisme et la synthèse protéique. Les cellules sont également capables d'autoréplication. Cependant, le niveau d'organisation varie à l'intérieur des cellules d'organismes différents. Sur la base de ces différences, les organismes sont divisés en deux groupes: les eucaryotes et les procaryotes.
Les plantes, les animaux et les champignons sont tous les eucaryotes et ont des cellules très ordonnée. Leur matériel génétique est emballé dans un noyau central. Ils ont également spécialisés composants cellulaires appelés organites, dont chacun exécute une tâche spécifique. Organites tels que les mitochondries, le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi servent respectivement à générer de l' énergie, de synthétiser des protéines et des protéines de l' emballage pour le transport vers les différentes parties de la cellule et au - delà. Le noyau, ainsi que la plupart des organites eucaryotes, est lié par des membranes qui régulent l'entrée et la sortie des protéines, des enzymes et autres matières cellulaires vers et depuis l'organite.
Les prokaryotes, d'autre part, sont des organismes unicellulaires tels que les bactéries et les archées. Les cellules procaryotes sont moins structurées que les cellules eucaryotes. Ils n’ont pas de noyau; au lieu de leur matériel génétique est flottant librement à l'intérieur de la cellule. Ils n’ont également pas les nombreux organites liés à la membrane trouvés dans des cellules eucaryotes. Ainsi, les procaryotes ne sont pas mitochondries.
Les parties d'une mitochondrie.
Structure
Dans une revue 1981 de l'histoire des mitochondries dans le Journal of Cell Biology, les auteurs Lars Ernster et Gottfried Schatz noter que la première véritable observation des mitochondries était par Richard Altmann en 1890. Alors que Altmann les appelait "bioblasts," leur courant, visuellement descriptive nom a été donné par Carl Benda en 1898, sur la base de ses observations de développement des spermatozoïdes.«Mitochondries» vient de deux mots grecs: "mitos" signifiant fil, et "chondros" signifiant granule. Comme décrit par Karen Hales, un professeur de biologie à Davidson College, dans l’éducation Nature , ces organites sont dynamiques, et fusionnent constamment ensemble pour former des chaînes, puis se séparent.
Les mitochondries individuelles sont en forme de capsule, avec une membrane externe et une membrane interne ondulée, qui ressemble à doigts en saillie. Ces plis membraneux sont appelés crêtes et servent à augmenter la surface totale de la membrane. Par rapport aux crêtes, la membrane extérieure est plus poreuse et est moins sélectif sur les matériaux qu'elle permet. La matrice est la partie centrale de l'organelle et est entourée par des crêtes. Il contient des enzymes et de l'ADN. Les mitochondries sont contrairement à la plupart des organites (avec une exception de chloroplastes de plantes) en ce qu'ils ont leur propre ensemble de l'ADN et les gènes qui codent pour des protéines.
Les mitochondries végétales ont d' abord été observés par Friedrich Meves en 1904, comme mentionné par Ernster et Schatz ( Journal of Cell Biology, 1981 ). Alors que les mitochondries végétales et animales ne diffèrent pas dans leur structure de base, Dan Sloan , professeure adjointe à l'Université du Colorado a dit, leurs génomes sont très différents. Ils varient en taille et de la structure.
Selon Sloan, les génomes de la plupart des plantes à fleurs sont environ 100.000 paires de bases dans la taille, et peut être aussi grand que 10 millions de paires de bases. En revanche, les génomes de mammifères sont d’environ 15 000 à 16 000 paires de bases en taille. De plus, alors que le génome mitochondrial animal a une configuration circulaire simple, Sloan dit que le génome mitochondrial de la plante, bien que décrit comme circulaire, pourrait prendre d’autres formes. "Leur structure réelle in vivo [dans la plante] est pas bien comprise. Ils pourraient être des molécules ramifiées complexes ", a-t- il dit.
Fonction
La fonction principale des mitochondries est de métaboliser ou briser des glucides et des acides gras dans le but de produire de l'énergie. Les cellules eucaryotes utilisent l'énergie sous la forme d'une molécule chimique appelée ATP (adénosine triphosphate).
La génération d’ATP se produit au sein de la matrice mitochondriale, bien que les étapes initiales de glucides (glucose), le métabolisme se produisent en dehors de l'organite. Selon Geoffrey Cooper dans « The Cell: une approche moléculaire 2ème Ed " (Sinauer Associates, 2000), leglucose est d' abord converti en pyruvate et ensuite transporté dans la matrice. Les acides gras, d'autre part, entrent dans les mitochondries est.
ATP est produite par le cours de trois étapes liées. Tout d' abord, en utilisant des enzymes présentes dans la matrice, de pyruvate et d’acides gras sont convertis en une molécule connue comme l’acétyl-CoA. Cela devient alors le matériau de départ pour une deuxième réaction chimique connue sous le cycle de l’acide citrique ou le cycle de Krebs. Cette étape produit beaucoup de dioxyde de carbone et de deux molécules supplémentaires, NADH et FADH 2 , qui sont riches en électrons. Les deux molécules se déplacent vers la membrane mitochondriale interne et commencent la troisième étape: la phosphorylation oxydative. Dans cette dernière réaction chimique, NADH et FADH 2 donnent leurs électrons à l'oxygène, ce qui conduit à des conditions appropriées pour la formation d'ATP.
Une fonction secondaire des mitochondries est de synthétiser des protéines pour leur propre usage. Ils travaillent de façon indépendante, et d'exécuter la transcription de l'ADN en ARN et la traduction de l'ARN en acides aminés (les éléments constitutifs des protéines), sans utiliser de composants de la cellule. Cependant, ici aussi, il y a des différences au sein des eucaryotes. La séquence de trois nucléotides d'ADN UAG (uracile-adénine-guanine) est une instruction de traduction pour arrêter dans le noyau eucaryote.
Selon les auteurs de « Molecular Cell Biology 4ème Ed " (WH Freeman, 2000), alors que cette séquence arrête également la traduction dans les mitochondries végétales, elle code pour le tryptophane, un acide aminé dans les mitochondries des mammifères, les mouches des fruits et des levures. En outre, des transcrits d'ARN qui découlent de gènes mitochondriaux sont traités différemment dans les plantes que chez les animaux. "Beaucoup de modifications doivent se produire dans les mitochondries de plantes pour les gènes d'être fonctionnelle", a déclaré Sloan LiveScience. Par exemple, dans les plantes, les nucléotides individuels de transcrits d'ARN sont édités avant la synthèse de la traduction ou de la protéine a lieu. En outre, des introns, ou des portions d'ARN mitochondrial qui ne portent pas des instructions pour la synthèse des protéines, sont épissés destination.
Origines de mitochondries: La Théorie endosymbiont
Dans son document de 1967, «Sur les origines de cellules Mitosing», publié dans le Journal of Theoretical Biology, scientifique Lynn Margulis a proposé une théorie pour expliquer comment les cellules eucaryotes ainsi que leurs organites ont été formés. Elle a suggéré que les mitochondries et les chloroplastes végétaux étaient une fois libre-vie des cellules procaryotes qui ont été avalés par une cellule hôte eucaryote primitive.
". Théorie de endosymbiont" l'hypothèse Margulis de est maintenant connu sous le nom Dennis Searcy , professeur émérite à l' Université du Massachusetts à Amherst, a expliqué comme suit: "Deux cellules ont commencé à vivre ensemble, en échangeant une sorte de substrat ou métabolite [produit du métabolisme, comme ATP]. L'association est devenue obligatoire, de sorte que maintenant, la cellule hôte ne peut pas vivre séparément. "
Même à l'époque que Margulis proposa, les versions de la théorie d’endosymbiont étaient déjà en existence, dont certains remontent à 1910 et 1915. "Bien que ces idées ne sont pas nouvelles, dans ce papier, ils ont été synthétisés de façon à être cohérente avec des données récentes sur la biochimie et la cytologie des organites intracellulaires », écrit- elle dans son journal. Selon un 2012 article sur l’évolution mitochondrial par Michael Gray dans la revue Cold Spring Harbor Perspectives en biologie, Margulis a fondé son hypothèse sur deux éléments clés de la preuve. Tout d' abord, les mitochondries ont leur propre ADN. En second lieu, les organites sont capables de traduire les messages codés dans leurs gènes aux protéines, sans utiliser les ressources de la cellule eucaryote.
Le séquençage du génome et des analyses de l'ADN mitochondrial ont établi que Margulis était correcte sur les origines des mitochondries. La lignée de l'organite a été retracée à un ancêtre bactérien primitive connue sous le nom Alphaproteobacteria (α-protéobactéries).
Malgré la confirmation du patrimoine bactérienne de la mitochondrie, la théorie de endosymbiont continue d'être étudié. «Une des plus grandes questions en ce moment est:« Qui est la cellule hôte? "Sloan dit LiveScience. Comme Gris a noté dans son article, les questions qui persistent sont si mitochondries est née après la cellule eucaryote née (comme hypothèse dans la théorie de endosymbiont) ou si les mitochondries et cellule hôte ont émergé ensemble, dans le même temps.
