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Chercheur : Lynn Margulis

Les mitochondries sont responsables de la respiration cellulaire, un processus qui a permis aux cellules eucaryotes de s’affranchir du processus relativement inefficace et ancien de la glycolyse.

Dans le cas d'une fermentation alcoolique qui utilise cette voie par exemple, le glucose, qui est le substrat de départ, sera transformé par la levure, en absence d'oxygène, en alcool éthylique. L'alcool servira donc d'accepteur interne pour les électrons. La fermentation est un processus anaérobie encore utilisé aujourd'hui par certains micro-organismes qui produit un bilan énergétique net de deux Adénosine Tri-Phosphate (ATP).

Avec la respiration cellulaire qui se déroule dans le mitochondrie, la molécule d'oxygène est utilisée comme accepteur final d'électrons. Cette molécule offre l'avantage de permettre une oxydation complète de la molécule de glucose qui sera complètement transformée en CO2 et H2O en présence d'oxygène. Un bilan net de 38 ATP, soit 19 fois plus que la glycolyse !

La matrice de la mitochondrie contient les enzymes nécessaires à la dégradation de l'acide pyruvique (qui provient du glucose et des acides gras) tandis que les crêtes contiennent les transporteurs d'électrons où se réalise la synthèse d’ATP.

Lien : Compartimentage et isolement Lien : La respiration cellulaire Lien : La respiration cellulaire
Lien : Les mitochondries Lien : La glycolyse anaérobie
L'ORIGINE DE NOS MITOCHONDRIES

Les cellules eucaryotes, avec leurs nombreux organites intracellulaires, ont longtemps été considérées comme des descendantes des procaryotes qui se seraient complexifiés suite à des mutations génétiques. Mais à partir des années 1960, la biologiste Lynn Margulis proposa une explication alternative qui fut d’abord reçue froidement par la communauté scientifique. Sa théorie endosymbiotique, proposée d’une façon plus formelle dans un livre paru en 1981, propose que les cellules eucaryotes telle qu’on la connaît aujourd’hui seraient le résultat d’une suite d’associations symbiotiques avec différents prokaryotes.

Ainsi, non seulement les mitochondries, mais aussi les chloroplastes et peut-être d’autres organites comme les lysosomes ou les flagelles seraient d’anciens procaryotes qui auraient trouvé refuge à l’intérieur de cellules plus volumineuses riches en nutriments. Ces grosses cellules anaérobies auraient pour leur part bénéficié des capacités aérobies ou photosynthétiques de ce petits procaryotes qui seraient devenu dans le premier cas les mitochondries et dans le second les chloroplastes des plantes.

Cette symbiose entre les ancêtres anaérobies des cellules eucaryotes et les procaryotes aérobies devrait offrir aux deux des avantages de survie dans un environnement nouvellement rempli d’oxygène. L’hypothèse de Margulis, qui a aujourd’hui rallié la majorité des biologistes, a recueillie de nombreuses évidences en sa faveur.

Ainsi, des analyses phylogénétiques ont clairement démontré que plastes et mitochondries dérivent de lignées bactériennes apparentées respectivement aux cyanobactéries et aux - protéobactéries actuelles.

La double membrane de la mitochondrie ou du chloroplaste serait quant à elle un vestige de la phagocytose initiale : la membrane interne maintenant repliée sur elle-même serait l’ancienne membrane bactérienne, tandis que la membrane externe proviendrait de la cellule hôte elle-même.

Les mitochondries et les chloroplastes possèdent aussi leur propre ADN qui n’est pas emprisonné dans un noyau, ce qui est aussi le cas des procaryotes. Toutefois, les protéines codées par cet ADN ne couvrent pas l'ensemble des protéines mitochondriales. On pense que le procaryote aurait perdu certains gènes au profit du noyau de la cellule, un processus connu sous le nom de « transfert de gènes endosymbiotique ». Pour cette raison, les mitochondries et les chloroplastes sont aujourd’hui dépendants de leur hôte pour la synthèse de la plupart de leurs composants.


Source : Saunders College Publishing

La cellule eucaryote apparaît donc comme une chimère génétique, issue de la réunion de plusieurs organismes. Cet endosymbiose, événement fondateur de nature associative, est certainement l’un des plus important de toute l’histoire du vivant.

Elle a toutefois un corollaire moins intéressant pour la cellule hôte. Bien sûr, celle-ci bénéficie du système énergétique hautement efficace de ses mitochondries. Mais les déchets que produisent ces dernières, les fameux radicaux libres, sont aussi très toxiques pour la cellules et sont considérés comme une des causes importantes du vieillissement.

Les mitochondries de nos cellules proviennent toutes de l’ovule de notre mère, qui elle les avait reçu de sa mère, etc. En se basant sur le taux de mutation dans l’ADN mitochondrial, on peut estimer le nombre d’années qui sépare les êtres humains d’un ancêtre commun. Cette démarche, celle de la quête de « l’Ève mitochondriale » a permis de calculer que le groupe humain d’Homo sapiens qui a donné lieu à toute l’humanité a vécu il y a environ 200 000 ans. Cette date est toutefois encore débattue.

De plus, ce sont les population africaines qui ont la plus grande diversité dans leur ADN mitochondrial, ce qui appuie l’hypothèse d’une origine africaine pour l’humanité. Une hypothèse d’ailleurs très bien soutenue par le registre fossile.

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