Une cellule a besoin d’énergie pour grandir, se déplacer, fabriquer des substances ou simplement rester en vie. Chez les animaux, les plantes et les champignons, une grande partie de cette énergie est fournie par de petits éléments appelés mitochondries. Mais qu’est-ce qu’une mitochondrie, exactement ? C’est un organite présent à l’intérieur de nombreuses cellules, souvent comparé à une centrale énergétique. Cette image est pratique, à condition de comprendre ce qu’elle recouvre : la mitochondrie transforme l’énergie contenue dans les nutriments en une forme que la cellule peut utiliser.
À quoi sert une mitochondrie ?
La mitochondrie produit surtout de l’ATP, une molécule qui fournit de l’énergie utilisable aux activités cellulaires. Une cellule peut s’en servir pour faire fonctionner ses muscles, transporter des substances à travers sa membrane ou construire de nouvelles molécules. L’ATP n’est pas une réserve d’énergie à long terme : il est fabriqué et consommé en permanence.
La plupart des cellules humaines possèdent des mitochondries, mais pas toutes en même quantité. Les cellules musculaires, qui ont de grands besoins énergétiques, en contiennent beaucoup. Les globules rouges matures, eux, n’en ont pas. Une mitochondrie ne « crée » donc pas l’énergie à partir de rien : elle rend exploitable une partie de l’énergie déjà présente dans les aliments.
De quoi est-elle composée ?
Une mitochondrie est généralement trop petite pour être observée avec un microscope scolaire classique. Elle possède deux membranes : une membrane externe qui l’entoure et une membrane interne repliée. Ces replis, appelés crêtes, augmentent la surface disponible pour les réactions qui contribuent à produire l’ATP.
L’espace situé à l’intérieur de la membrane interne s’appelle la matrice. On y trouve des enzymes, mais aussi un petit ADN propre à la mitochondrie. Cet ADN mitochondrial ne remplace pas l’ADN du noyau : il contient seulement une partie des instructions nécessaires à son fonctionnement.
- Membrane externe : elle délimite l’organite et permet le passage de certaines molécules.
- Membrane interne : ses replis accueillent des éléments essentiels à la production d’ATP.
- Matrice : elle contient notamment des enzymes et l’ADN mitochondrial.
Comment fabrique-t-elle de l’énergie utilisable ?
Après un repas, la digestion fournit à l’organisme des nutriments, comme le glucose. La cellule peut en tirer de petites molécules qui entrent dans la mitochondrie. Une série de réactions y récupère progressivement leur énergie. Lors de la respiration cellulaire, l’oxygène joue un rôle indispensable dans les dernières étapes du processus.
Pour se représenter le mécanisme, on peut imaginer une batterie que l’on recharge : des réactions créent une différence de concentration de protons de part et d’autre de la membrane interne. Le retour de ces protons fait fonctionner une sorte de machine moléculaire, l’ATP synthase, qui fabrique l’ATP. Cette comparaison aide à comprendre le principe, même si une mitochondrie est bien plus complexe qu’une batterie.
La respiration cellulaire produit aussi du dioxyde de carbone, que nous rejetons en expirant, ainsi que de l’eau. Voilà pourquoi respirer et se nourrir sont liés aux besoins énergétiques de nos cellules.
Les plantes ont-elles aussi des mitochondries ?
Oui. Les cellules végétales possèdent des mitochondries en plus des chloroplastes. Les chloroplastes utilisent la lumière pour fabriquer des sucres lors de la photosynthèse. Les mitochondries, elles, participent à l’utilisation de l’énergie contenue dans ces sucres pour produire de l’ATP.
Une plante ne cesse donc pas d’utiliser ses mitochondries quand elle reçoit de la lumière. Et la nuit, lorsque la photosynthèse ne peut plus avoir lieu, ses cellules continuent de respirer. Les deux organites ont des rôles différents et complémentaires : fabriquer des sucres grâce à la lumière n’est pas la même chose que fournir de l’ATP aux activités de la cellule.
Pourquoi parle-t-on de l’origine des mitochondries ?
Les scientifiques pensent que les mitochondries descendent de bactéries qui vivaient autrefois librement. Il y a très longtemps, une cellule ancestrale aurait intégré l’une de ces bactéries. Au fil de l’évolution, les deux organismes ont développé une relation durable : c’est l’hypothèse endosymbiotique.
Plusieurs indices soutiennent cette idée. Les mitochondries possèdent leur propre ADN, sont entourées de deux membranes et se multiplient en se divisant. Elles restent toutefois dépendantes de la cellule qui les abrite : beaucoup de leurs protéines sont fabriquées grâce aux instructions contenues dans le noyau.
Enfin, leurs besoins énergétiques expliquent pourquoi certaines cellules sont particulièrement sensibles à un mauvais fonctionnement des mitochondries, notamment dans les muscles ou le cerveau. Étudier ces organites aide ainsi à comprendre à la fois le fonctionnement quotidien des cellules et certaines maladies rares.