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Les mitochondries et les chloroplastes
Structure et fonction des mitochondries et des chloroplastes. Endosymbiose.
Les points clés :
- Les mitochondries sont les « centrales d'énergie » de la cellule. Elles décomposent les molécules "carburant" et capturent l'énergie lors de la respiration cellulaire.
- On trouve les chloroplastes dans les plantes et les algues. Ils sont responsables de la capture de l'énergie lumineuse pour produire des sucres grâce à la photosynthèse.
- Les mitochondries et les chloroplastes ont probablement d'abord existé sous forme de bactéries, qui ont été englouties par de plus grandes cellules (c'est la théorie endosymbiotique).
Introduction
Vous savez peut-être que votre corps est composé de cellules (des milliers de milliards de cellules). Vous savez peut-être aussi que la raison pour laquelle vous avez besoin de manger de la nourriture, comme des légumes, c'est qu'ainsi vous avez l'énergie nécessaire pour faire du sport, étudier, marcher et même respirer.
Mais que se passe-t-il exactement dans votre corps pour transformer l'énergie alimentaire stockée dans un légume comme un brocoli en une forme que votre corps peut utiliser ? Et comment l'énergie arrive-t-elle dans le brocoli et comment y est-elle stockée ?
Les réponses à ces questions sont liées à deux organites importants : les mitochondries et les chloroplastes.
- Les chloroplastes sont des organites présents dans les cellules du brocoli ainsi que dans celles des autres plantes et algues. Ils captent l'énergie de la lumière et la stockent sous forme de molécules "carburant" dans les tissus de la plante.
- Les mitochondries se trouvent à l'intérieur de vos cellules, ainsi que des cellules des plantes. Elles convertissent l'énergie stockée dans les molécules du brocoli (ou d'autres molécules "carburant") en une forme que la cellule peut utiliser.
Examinons de plus près ces deux organites très importants.
Les chloroplastes
Les chloroplastes ne se trouvent que dans les plantes et les algues photosynthétiques. (Les humains et les autres animaux n'ont pas de chloroplastes.) Le travail du chloroplaste est de réaliser un processus appelé la photosynthèse.
Lors de la photosynthèse, l'énergie lumineuse est collectée et utilisée pour construire des sucres à partir du dioxyde de carbone. Les sucres produits grâce à la photosynthèse peuvent être utilisés par la cellule végétale ou peuvent être consommés par les animaux qui mangent la plante, comme les humains. L'énergie contenue dans ces sucres est récoltée lors d'un procédé appelé respiration cellulaire, qui se produit dans les mitochondries des cellules végétales et animales.
Les chloroplastes sont des organites en forme de disque que l'on trouve dans le cytosol d'une cellule. Ils présentent une membrane externe et une interne, les deux étant séparées par un espace intermembranaire. Si vous traversiez les deux couches de membrane et que vous atteigniez l'espace au centre, vous verriez qu’il contient des disques membranaires appelés thylakoïdes, arrangés en piles interconnectées - qu'on appelle grana (granum au singulier).
La membrane d'un disque thylakoïde contient des complexes qui absorbent la lumière. Cela inclut la chlorophylle, un pigment qui donne aux plantes leur couleur verte. Les disques thylakoïdes sont creux et l'espace à l'intérieur de chaque disque est appelé espace thylakoïde ou lumen, alors que le fluide qui entoure les thylakoïdes est appelé stroma.
Vous pouvez en apprendre plus sur les chloroplastes, la chlorophylle et la photosynthèse dans la section sur la photosynthèse.
Les mitochondries
Les mitochondries sont souvent appelées les centrales ou usines énergétiques de la cellule. Leur travail est de fournir de façon constante l'adénosine triphosphate (ATP), la principale molécule d'énergie de la cellule. Le processus de fabrication de l'ATP à partir de l'énergie chimique de "carburants", tels que les sucres, s'appelle la respiration cellulaire. La plupart de ces étapes se produisent à l'intérieur des mitochondries.
Les mitochondries sont suspendues dans le cytosol de la cellule. Elles présentent une forme ovale et deux membranes : une externe entourant l'ensemble de l'organite et une interne, où de nombreuses protrusions intérieures, qu'on appelle les crêtes (ou cristae), augmentent la zone de surface.
On pensait autrefois que les crêtes étaient de larges plis ondulés, mais comme Sal l'explique dans sa vidéo sur les mitochondries, on sait maintenant que cela ressemble plutôt à des cavités profondes.
L'espace entre les membranes s'appelle l'espace intermembranaire, et le compartiment compris au sein de la membrane interne s'appelle la matrice mitochondriale. La matrice contient de l'ADN mitochondrial et des ribosomes. Nous allons bientôt parler des raisons pour lesquelles les mitochondries (et les chloroplastes) ont leurs propres ADN et ribosomes.
La structure de la mitochondrie, composée de plusieurs compartiments, peut nous paraître compliquée. C'est vrai, mais elle s'avère très utile pour la respiration cellulaire, assurant que les réactions restent séparées et maintenant des concentrations différentes de molécules dans chacune des « pièces ».
Bien que l'on trouve des mitochondries dans la plupart des types de cellules humaines (ainsi que dans la plupart des types de cellules d'autres animaux et de plantes), leur nombre varie en fonction du rôle de la cellule et de ses besoins énergétiques. Par exemple, les cellules musculaires ont généralement des besoins énergétiques élevés et ont du coup un grand nombre de mitochondries, alors que les globules rouges, hautement spécialisés dans le transport de l'oxygène, n'ont pas de mitochondrie du tout.
D'où proviennent ces organites ?
Les mitochondries et les chloroplastes contiennent leur propre ADN et leurs propres ribosomes. Pourquoi ces organites auraient-ils besoin d'ADN et de ribosomes alors qu'il y a de l'ADN dans le noyau et des ribosomes dans le cytosol ?
Des preuves solides indiquent que l'endosymbiose est la réponse à cette question.
La symbiose est une relation au sein de laquelle les organismes de deux espèces distinctes vivent une relation étroite et dépendante. L’endosymbiose (endo- = « intérieur ») est un type spécifique de symbiose où l’un des organismes vit à l’intérieur de l’autre.
Les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes sont de taille similaire. Les bactéries ont également de l'ADN et des ribosomes comparables à ceux des mitochondries et des chloroplastes.
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