Qu’est-ce que les mitochondries ?
Vous avez peut-être entendu associer les mitochondries au surnom de » centrale électrique de la cellule « . Comment ont-elles gagné ce surnom ?
Les mitochondries sont les centrales électriques ou usines miniatures de chacune des cellules de votre corps. Une cellule humaine vivante typique contient entre des centaines et des milliers de mitochondries.
De la même manière que votre système digestif, les mitochondries sont comme de petits systèmes digestifs dans votre cellule, transformant les aliments en énergie. Les sucres, les graisses et les acides aminés des protéines que nous mangeons sont convertis en énergie par les mitochondries. Elles sont si efficaces pour cela qu’elles génèrent environ 90 % de l’énergie dont nos cellules ont besoin.
À quoi ressemblent les mitochondries ?
Les mitochondries ressemblent à de petits haricots dans votre cellule. Elles sont constituées de deux membranes : la membrane externe et la membrane interne.
La membrane externe agit comme une paroi, recouvrant la totalité de l’organite.
La membrane interne ressemble à une série de plis, constituée de plusieurs compartiments. Cette forme en couches est destinée à maximiser la surface de la mitochondrie, soutenant une plus grande efficacité dans sa fonction.
A l’intérieur de la membrane interne se trouve un fluide appelé la matrice ; c’est là que la magie opère.
D’où viennent les mitochondries ?
Avant que les mitochondries ne deviennent précieuses pour les cellules humaines, elles existaient complètement en dehors d’elles, sous forme d’organismes unicellulaires indépendants. Elles ressemblaient beaucoup à des bactéries. Cependant, à un moment de l’histoire biologique ancienne, il y a plus de deux milliards d’années, elles ont fusionné avec une cellule simple pour former une relation symbiotique.
Au début, le plan n’était pas seulement de fusionner. Les mitochondries, en tant que bactéries, voulaient seulement voler l’énergie des cellules hôtes, puis les laisser mourir. Mais les bactéries ont vite compris l’avantage de travailler ensemble avec des cellules simples.
Les cellules simples leur fournissent des antioxydants pour les protéger des radicaux libres et des espèces réactives toxiques de l’oxygène que les mitochondries génèrent comme sous-produit de la production d’énergie. En retour, les mitochondries ont produit l’énergie dont les cellules simples avaient besoin. C’est un marché plutôt intéressant. C’est comme si les mitochondries payaient un loyer en échange d’un logement et de services publics.
Les mitochondries sont essentiellement des extraterrestres dans votre corps. Nos mitochondries possèdent même leur propre ADN, appelé ADNmt, ce qui leur confère un génome indépendant. De plus, l’ADN mitochondrial n’est transmis que de la mère à l’enfant, ce qui vous rend plus proche génétiquement de votre mère que de votre père. En fait, les sociétés modernes de tests d’ascendance s’appuient sur votre lignée ancestrale maternelle en utilisant l’ADN mitochondrial.
Le but des mitochondries.
Les mitochondries ont un but principal : produire de l’énergie. Afin de créer de l’énergie, elles créent une molécule indispensable appelée adénosine triphosphate ou ATP.
Qu’est-ce que l’ATP ?
Notre corps ne se contente pas de créer et d’exploiter l’énergie directement. Il stocke en fait l’énergie que nous produisons à partir de nos aliments dans une molécule. L’ATP, ou adénosine triphosphate, est la principale solution de stockage de l’énergie pour nos cellules. Elles sont comme de minuscules batteries flottant autour, attendant d’être utilisées. « Tri », qui signifie trois, indique qu’il y a trois phosphates dans la structure moléculaire.
Lorsque les cellules ont besoin d’énergie, l’ATP est décomposée par un processus appelé hydrolyse. Ce processus est en fait assez facile à réaliser car l’ATP est une molécule tellement instable. Les trois phosphates de l’ATP sont comme trois colocataires partageant une chambre. Ils ne s’aiment pas et n’attendent que d’être séparés.
Lorsque la séparation se produit, la liaison moléculaire entre les phosphates du groupe triphosphate de l’ATP est rompue, ce qui élimine l’un des phosphates de la molécule d’ATP. Le trio devient un duo, transformant ainsi l’ATP en ADP ou adénosine di-phosphate.
Cette rupture libère une immense énergie et nos cellules utilisent cette énergie pour alimenter une activité cellulaire importante.
Nos mitochondries travaillent dur pour s’assurer que nos cellules ont suffisamment de ces « batteries » prêtes à l’emploi, ou ATP, flottant autour d’elles.
Comment les mitochondries créent-elles de l’ATP ?
Pour créer plus d’ATP, nos mitochondries passent par une série de réactions chimiques pour décomposer nos aliments, en particulier le glucose, les acides aminés et les acides gras. Le glucose est vraiment la principale molécule en laquelle notre nourriture est décomposée, alors concentrons-nous sur le glucose pour comprendre comment nos mitochondries convertissent la nourriture en énergie.
Nos mitochondries prennent nos molécules de glucose à travers un processus appelé respiration cellulaire qui est essentiellement juste un processus de décomposition et de conversion du glucose en combinant l’oxygène avec une molécule de glucose. L’oxygène provient de l’air que nous respirons.
Ce processus d’ajout d’oxygène au glucose produit une chaîne de molécules. Sous sa forme la plus rudimentaire, le processus ressemble à la formule suivante :
Glucose + oxygène = dioxyde de carbone, eau et ATP.
Le dioxyde de carbone et l’eau sont des sous-produits du processus. C’est la respiration cellulaire, simplifiée.
Cependant, nos mitochondries ne prennent pas le glucose sous sa forme brute. Il n’est pas utilisable dans son état normal, alors nos cellules décomposent encore plus le glucose avant de le transmettre à nos mitochondries. Ce processus est appelé glycolyse.
La forme décomposée du glucose est ce qui est réellement combiné avec l’oxygène pour produire un net de dioxyde de carbone, NADH, FADH2, et ATP. Ce processus est ce que l’on appelle le cycle de Krebs. Décomposons les produits de ce processus :
Dioxyde de carbone : Un de nos sous-produits. Vous l’expirez par la respiration.
NADH et FADH2 : Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) et la flavine adénine dinucléotide (FAD) sont des coenzymes qui aident à générer plus d’ATP. Le NADH et le FADH2 sont leurs formes chargées en électrons. Ignorez ceci pour l’instant. Nous parlerons de ces acteurs importants plus tard.
L’ATP : De l’énergie !
Le cycle de Krebs crée donc de l’énergie, mais il ne produit pas à lui seul suffisamment d’ATP dont nos cellules ont besoin. Les vrais prix sont le NADH et le FADH2 qui sont produits dans le processus. Ce sont eux qui nous produisent réellement la majorité de notre ATP à travers ce qu’on appelle la chaîne de transport d’électrons.
La chaîne de transport d’électrons est essentiellement un processus où notre mitochondrie « vole » constamment à ses invités. Le NADH et le FADH2 sont des molécules chargées en électrons et nos mitochondries « volent » ces électrons au NADH et au FADH2, les transformant en NAD+ et en FAD en conséquence.
En retour, nos mitochondries prennent ces électrons chargés et produisent une tonne d’ATP, transformant les citrons en limonade. Ce processus est si efficace pour produire de l’ATP que la chaîne de transport d’électrons produit la majorité de notre énergie ATP. Heureusement, les amis volontaires de la mitochondrie, le NAD+ et le FAD, continuent de revenir avec des cadeaux d’électrons chargés pour soutenir le processus. C’est une chaîne d’approvisionnement parfaite et le seul sous-produit de ce processus est l’eau, complétant ainsi notre formule :
Glucose + oxygène = dioxyde de carbone, eau et ATP.
Mitochondries et vieillissement.
Les recherches de l’École de kinésiologie et des sciences de la santé de l’Université York montrent que nous fabriquons moins de mitochondries en vieillissant. Vos mitochondries se détériorent aussi progressivement avec l’âge, ce qui fait que les quelques mitochondries qui vous restent travaillent d’autant plus. En fait, le dysfonctionnement mitochondrial est considéré comme une caractéristique du vieillissement.
Les mêmes chercheurs de l’université de York pensent que cela résulte d’un déséquilibre entre notre nombre de radicaux libres et la capacité de nos cellules à les éliminer. Mais la plupart de la communauté scientifique s’accorde à dire que les mitochondries deviennent moins efficaces avec le temps en raison de la diminution de leur capacité à fabriquer de l’ATP.
Les mitochondries répondent à vos besoins énergétiques.
Dans la plupart des cas, le nombre de mitochondries que nous créons est corrélé à la quantité d’énergie dont nous avons besoin. Cela signifie, en grande partie, que notre activité quotidienne dicte le nombre de mitochondries que nous créons et entretenons. Dès qu’il y a un changement important dans notre mode de vie ou nos habitudes, nos mitochondries ajustent leur nombre.
David A. Hood, de l’Université York, pense qu’il existe un lien entre les routines d’exercice et la biogenèse mitochondriale. La biogenèse mitochondriale est une série de réactions chimiques complexes dans le corps qui signalent le besoin de plus d’ATP et donc de plus de mitochondries. Nos mitochondries se clonent essentiellement par un processus d’auto-réplication afin de répondre à la nouvelle demande énergétique.
Cependant, l’inverse est également vrai. Un mode de vie sédentaire peut signaler au corps que nous n’avons pas besoin d’autant d’ATP et empêcher les mitochondries de se répliquer. Par conséquent, vos mitochondries produisent globalement moins d’énergie cellulaire, ce qui entraîne un dysfonctionnement métabolique plus général.
Les mitochondries et le NAD+.
Aussi cruciales que soient les mitochondries pour créer de l’énergie, ce n’est pas aussi simple qu’un seul organite. Un tas de réactions chimiques différentes et de coenzymes sont en jeu, à savoir une molécule critique connue sous le nom de nicotinamide adénine dinucléotide ou NAD+.
Comme mentionné précédemment, deux coenzymes sont créés dans la respiration cellulaire, le FAD et le NAD+. Cependant, entre les deux, nous produisons beaucoup plus de NAD+ que de FAD. Si les mitochondries étaient des usines, les molécules de NAD+ sont la flotte de camions de livraison et les molécules de FAD sont les chauffeurs intérimaires qui ne travaillent qu’à temps partiel.
Le NAD+ est comme l’ami le plus fiable de la mitochondrie, délivrant constamment des électrons chargés pour produire de l’ATP en abondance dans la chaîne de transport des électrons.
Malheureusement, la quantité de NAD+ que nous produisons diminue naturellement avec l’âge. Comme les mitochondries, le nombre de NAD+ dont nous disposons dans nos cellules est aussi largement affecté par notre mode de vie et nos habitudes. Une étude publiée dans Physiological Reports montre que l’entraînement physique peut augmenter naturellement les niveaux de NAD+. À l’inverse, des éléments comme l’âge, le stress métabolique, le stress immunitaire, la consommation d’alcool, la suralimentation peuvent tous contribuer à l’épuisement du NAD+.
Dans la poursuite de la compréhension de la science du vieillissement et de la meilleure façon de le gérer, la communauté scientifique a mis un grand accent sur la recherche sur le NAD+ et sa relation avec le dysfonctionnement mitochondrial. Il est largement admis que la santé des mitochondries joue un rôle important dans la santé globale de l’homme, et le NAD+ en fait partie. Heureusement, il est possible de maintenir une fonction mitochondriale saine en modifiant quelque peu son mode de vie. Voici quelques conseils sur la façon de soutenir la santé mitochondriale.