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Métabolisme des mitochondries


Métabolisme des mitochondries : Les mitochondries sont entourées d’une membrane double : l’une externe, relativement perméable, l’autre interne imperméable et de structure plissée de surface d’autant plus importante que l’activité énergétique est développée. Elle contient les éléments protéiques fonctionnels nécessaires à la synthèse d’ATP. La matrice est le siège des métabolismes oxydatifs intermédiaires. Des petites molécules d’ADN circulaire et des ribosomes y sont présents.
Les étapes du métabolisme mitochondrial se déroulent en 5 phases :
– traversée active de la membrane par les métabolites ;
– oxydation des métabolites dans la matrice ;
– production d’un métabolite commun, l’acétylcoenzyme A, qui est oxydé dans le cycle de Krebs ;
– passage des produits réduits par la chaîne respiratoire où se déroule une série de réactions après lesquelles l’accepteur d’hydrogène est l’oxygène, ce qui produit de l’eau ;
– l’énergie libérée dans cette suite de réductions et d’oxydations est destinée à la pompe à protons transmembranaire et sert à la production d’ATP. Selon le type d’exercice entrepris, l’énergie provient des sucres, des graisses ou des protéines.
Lors d’un exercice court et intense, le pyruvate venu du cytoplasme traverse la membrane interne grâce à une translocase.
Ensuite, il subit une décarboxylation oxydative qui aboutit à la production de gaz carbonique et d’acétylcoenzyme A, et aussi à la réduction de NAD (nicotinamide-adéninedinucléotide) en NADH-H+.
Dès lors, l’acétylcoenzyme A est oxydé dans le cycle de Krebs. Un exercice d’endurance, de longue durée et d’intensité non maximale utilise les acides gras stockés sous forme de triglycérides dans des vacuoles proches de la mitochondrie, libérés grâce à une triglycéride-lipase puis transformés en acylcoenzyme A (acyl-Co A) grâce à une ligase sur la membrane externe.
La traversée de la membrane interne nécessite l’aide d’un transporteur, la carnitine, qui joue un rôle de navette. Cette translocation s’effectue sous la direction d’une enzyme, la CPT (carnitine-palmityl-transférase). La CPT I assure par un processus d’accrochage le transfert de l’acide gras à la carnitine dans la membrane externe, tandis que la CPT II restitue, par un processus de décrochage, la carnitine qui a ainsi traversé la membrane interne.
À ce stade intervient, dans la matrice, une bêta-oxydation qui réduit la longueur des chaînes d’acides gras de deux atomes de carbone à chaque cycle en libérant (comme pour les pyruvates) de l’acétylcoenzyme A.
Enfin, les acides aminés subissent un métabolisme complexe aboutissant également à la production d’acétylcoenzyme A et d’autres dérivés.
Cet acétylcoenzyme A, qui est ainsi le produit commun du métabolisme intramitochondrial, va être oxydé par les réactions se produisant dans le cycle de Krebs tandis que sont libérés des électrons et des ions H+ pris en charge par des transporteurs : NAD et FAD (flavine-adénine-dinucléotide).
Ainsi, le cycle citrique de Krebs est la voie finale commune et c’est dans la matrice que se déroule l’oxydation de l’acétylcoenzyme A, venu des trois voies métaboliques précédentes.
C’est alors que le NADH-H+, et le FADH-H+, libérés par l’oxydation des sucres et des graisses, doivent être en permanence réoxydés en entrant dans la chaîne respiratoire des mitochondries.
Celle-ci, comportant dans la membrane interne une série de transporteurs d’électrons, est organisée en cinq complexes principaux :
– le complexe I, ou NADH coenzyme Q-réductase, transfère les électrons du NADH au coenzyme Q (encore dit ubiquinone).
Il est composé de 25 polypeptides ;
– le complexe II, ou succinate coenzyme Q-réductase, transfère les électrons du FADH au coenzyme Q (qui joue donc un rôle de navette).
Il est composé de quatre ou cinq polypeptides ;
– le complexe III, ou coenzyme Q cytochrome C-réductase, assure alors l’oxydation du coenzyme Q (qui a précédemment pris en charge les électrons).
Il est composé de 9 ou 10 protéines ;
– le complexe IV, ou cytochrome oxydase COX, transfère les électrons du complexe III à l’oxygène.
Il est composé de 13 protéines et comporte aussi deux atomes de cuivre ;
– parallèlement au transfert d’électrons de la chaîne respiratoire, les ions H+ sont extraits de la matrice vers l’espace intermembranaire, ce qui crée un gradient de pH entre l’intérieur et l’extérieur de la mitochondrie.
C’est alors que se situe l’intervention du complexe V ou ATP-synthétase qui assure la synthèse de l’ATP, donc la production finale d’énergie.
Il comprend 12 à 15 sous-unités protéiques. Il préside au retour vers la matrice des ions H+ qui étaient dans l’espace intermembranaire, ce qui libère l’énergie nécessaire à la resynthèse d’ATP (aux dépens de l’ADP et du phosphore inorganique [Pi]).
Ceci caractérise la phosphorylation oxydative.
Le couplage entre oxydation et phosphorylation est lié au gradient d’ions H+, qu’a créé la chaîne respiratoire et qu’a utilisé le complexe V.


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