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| Notre
héritage évolutif |
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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.
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| L'ORIGINE DE NOS
MITOCHONDRIES |
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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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