Structure et compartiments mitochondriaux

Une mitochondrie est délimitée par deux membranes qui définissent des compartiments internes distincts, et c'est cette architecture qui rend possible la phosphorylation oxydative. La membrane externe lisse et la membrane interne profondément repliée séparent l'espace intermembranaire de la matrice centrale, et les replis de la membrane interne — les crêtes — augmentent considérablement la surface qui abrite la machinerie respiratoire.

Definition

La structure mitochondriale fait référence à l'organisation de l'organite en deux membranes (externe et interne) et aux compartiments qu'elles délimitent — l'espace intermembranaire et la matrice — la membrane interne étant repliée en crêtes qui contiennent la chaîne de transport d'électrons et l'ATP synthase.

Scope

Ce sujet aborde les membranes externe et interne, l'espace intermembranaire, les crêtes et leurs jonctions, ainsi que la matrice, de même que la manière dont cette compartimentation soutient la respiration et comment la forme mitochondriale est remodelée par la fusion et la fission. Il s'agit d'une référence structurelle et de biologie cellulaire, et non d'un guide clinique.

Core questions

• Quelles sont les membranes et les compartiments d'une mitochondrie ?
• Pourquoi la membrane interne forme-t-elle des crêtes ?
• Comment la compartimentation permet-elle un gradient de protons ?
• Comment la forme mitochondriale est-elle remodelée par la fusion et la fission ?

Key concepts

• Membrane mitochondriale externe
• Membrane mitochondriale interne
• Espace intermembranaire
• Crêtes et jonctions des crêtes
• Matrice mitochondriale
• ADN mitochondrial et ribosomes
• Fusion et fission (dynamique mitochondriale)

Mechanisms

La membrane externe est relativement perméable aux petites molécules via des porines, tandis que la membrane interne est hautement sélective et imperméable à la plupart des ions, ce qui lui permet de maintenir le gradient de protons dont dépend la conservation de l'énergie. La membrane interne se replie en crêtes, augmentant la surface disponible pour la chaîne de transport d'électrons et l'ATP synthase ; les jonctions des crêtes contribuent à organiser ce compartiment. La matrice contient les enzymes du cycle de l'acide citrique, l'ADN mitochondrial et la machinerie pour son expression. La morphologie mitochondriale n'est pas statique mais est continuellement remodelée par la fusion et la fission, qui ajustent le réseau aux besoins cellulaires.

Clinical relevance

L'intégrité structurelle des mitochondries est à la base de leur capacité à produire de l'ATP, et une morphologie mitochondriale altérée est observée dans de nombreux états cellulaires étudiés en recherche. Cette entrée décrit la structure et la dynamique à titre de référence et ne fournit pas de conseils diagnostiques ou thérapeutiques.

History

Les mitochondries ont été identifiées par microscopie optique à la fin du XIXe siècle, et la microscopie électronique au milieu du XXe siècle a révélé l'organisation à double membrane et les crêtes. Des travaux ultérieurs ont intégré cette image statique à la découverte que les mitochondries forment des réseaux dynamiques façonnés par une fusion et une fission continues.

Key figures

• Jennifer Nunnari
• Luca Scorrano

Seminal works

• nunnari-2012
• pernas-2016

Frequently asked questions

Pourquoi la membrane mitochondriale interne a-t-elle tant de replis ?

Les replis, appelés crêtes, augmentent la surface de la membrane qui contient la chaîne de transport d'électrons et l'ATP synthase, augmentant ainsi la capacité de l'organite à produire de l'ATP.

Quelle est la différence entre la matrice et l'espace intermembranaire ?

La matrice est le compartiment le plus interne, délimité par la membrane interne, et contient les enzymes du cycle de l'acide citrique et l'ADN mitochondrial ; l'espace intermembranaire se situe entre les membranes interne et externe et accumule les protons pompés lors de la respiration.