STRUCTURE DES MITOCHONDRIES

De la partie externe vers la partie interne de la mitochondrie on distingue:

- deux membranes (couches bilipidiques), une externe et une interne ayant des compositions et des fonctions très différentes.

- un espace intermembranaire, délimité parles deux membranes.

- la matrice.

• La membrane mitochondriale externe

Elle est constituée:

1. 1. de protéines (60%), dont quelques enzymes (en particulier celles qui sont impliquées dans le métabolisme des lipides) et des transporteurs de protéines (TOM, translocase of the outer membrane).
   Ce sont des complexes protéiques qui permettent le transport de protéines synthétisées dans le cytosol et qui seront soit insérées dans la membrane externe, soit dirigées vers la membrane interne ou la matrice.
3. 2. de lipides (40%), essentiellement des phospholipides. Leur synthèse a lieu au niveau du réticulum endoplasmique et ils sont transférés dans la membrane au niveau de contacts entre le réticulum et la mitochondrie (MAM= mitochondria-associated membranes). Elle contient aussi du cholestérol.

La membrane externe a la propriété d’être perméable, et ceci grâce à la présence d’une protéine transmembranaire VDAC (Voltage-Dependent Anion Channel) encore nommée porine car elle ressemble aux porines de la membrane externe des bactéries. Elle forme un canal qui laisse passer les molécules de petite taille (< à 10kDa) telles que des anions, des cations, différents métabolites (acides gras, pyruvate…) et des nucléotides. C’est donc un canal non spécifique. Il en résulte que la composition de l’espace inter membranaire est comparable à celui du cytosol. La protéine VDAC est aussi un composant du complexe PTP (permeability transition pore).

La membrane mitochondriale interne

a) Morphologie

Elle est formée de replis, souvent nommés crêtes, dirigés vers l’intérieur de la mitochondrie et disposés, le plus souvent, perpendiculairement à son plus grand axe.
Le nombre de crêtes varie selon l’activité mitochondriale (respiration cellulaire, oxydation des acides gras…).

Les crêtes se présentent sous des formes très variées (laminaire, sacculaire, tubulaire, et triangulaire), qui peuvent co-exister dans la même mitochondrie et elles semblent fusionner entre elles et se diviser. La signification fonctionnelle de ces structures reste inconnue à ce jour.

La base d'une crête est souvent constituée par une structure tubulaire étroite appelée tube de jonction de crête qui établit une communication entre l'espace intérieur de la crête et l'espace intermembranaire.

La surface de la membrane interne représente entre 5 à 10 fois celle de la membrane externe.

Les membranes interne et externe peuvent occasionnellement être en contact pour former un pore de perméabilité transitoire (PTP= Permeability Transition Pore).
C’est le cas de la jonction entre la translocase ( ANT =Adenine Nucleotide Translocase) située dans la membrane interne et la porine ou VDAC (Voltage-Dependent Anion Channel) située dans la membrane externe. Dans les conditions normales cette translocase, qui est un système antiport, permet l’échange d’un ATP (provenant de la matrice) pour un ADP (de l’espace intermembranaire). Lors d’un excès de Ca⁺⁺ ou d’espèces réactives de l’oxygène dans la matrice l’ouverture de ce pore est stimulée.

b) constitution

La membrane interne est constituée de:

• - 70 à 80% de protéines, dont les plus représentatives sont:

* les complexes protéiques de la chaîne respiratoire
* des transporteurs « classiques ».

La membrane interne a la propriété d’être imperméable à toutes les molécules polaires (ATP ADP, Pi), aux anions (pyruvate) et aux cations (Ca⁺⁺, H⁺ K⁺), c’est donc une barrière entre le cytosol et la matrice. Le passage de l’ensemble des molécules requiert des transporteurs, bien que certaines molécules non chargées (de faible poids moléculaire) peuvent la traverser.

Des protéines de transport, type antiport et symport, assurent le passage des molécules à travers la membrane interne.

Exemples :

- le pyruvate est transporté à l’intérieur de la mitochondrie par le transporteur de type symport : H⁺/pyruvate translocase.

- l’ADP entrant et l’ATP sortant sont transportés par l’ ANT (adenine nucleotide translocase) de type antiport.

- le Phosphate inorganique (H₂PO₄) nécessaire à la phosphorylation de l’ADP est apporté par le transporteur de type symport H⁺/H₂PO₄^-

- les acides gras sont transportés par la carnitine-acylcarnitine translocase (CACT)

Tous les métabolites du cycle de Krebs utilisent des protéines de transport spécifiques. Le calcium utilise un transporteur de type uniport car il n’y pas d’autre ion impliqué dans le transport.

* des transporteurs de protéines : TIM (Translocase of the Inner Membrane) qui assurent le transport des protéines en provenance des TOM et qui seront dirigées vers la matrice ou insérées dans la membrane interne.

• - 20 à 30% de lipides.

• Ils proviennent en majorité du réticulum endoplasmique.
  Cependant deux phospholipides sont synthétisés in situ :
  1) la phosphatidyléthanolamine qui provient de la décarboxylation de la phosphatidylsérine (présence de la phosphatidylsérine décarboxylase)
  2) la cardiolipine qui est caractéristique de cette membrane et qui représente environ 20% des lipides totaux.
  Elle est indispensable au fonctionnement de la cytochrome c oxydase.

La membrane interne contient très peu de cholestérol contrairement à la membrane externe.

• La matrice

Ce compartiment contient:

• - de nombreuses enzymes qui sont impliquées dans le cycle de Krebs, la β oxydation des acides gras, le cycle de l’urée, la cétogenèse…
• - l’ADN mitochondrial (plusieurs copies) ainsi que les composants nécessaires à la transcription et la traduction.

• L’espace intermembranaire

C’est un micro-environnement qui est très peu étudié. Il retient cependant de nombreuses protéines qui peuvent avoir un rôle dans la physiologie cellulaire, en particulier le cytochrome c, et un important groupe d’enzymes qui métabolisent l’ATP : la créatine kinase, la myokinase et nucléoside diphosphate kinase.

Créatine kinase : ATP+créatine ADP + créatine phosphate (PCr)

Myokinase : ATP+ AMP ADP+ADP

Cytidine diphosphate kinase : CDP+ATP CTP+ADP

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