Les mitochondries, des aliens dans nos cellules

Les mitochondries qui sont présentes dans chacune de nos cellules sont un maillon essentiel de notre métabolisme. Mais on sait aujourd’hui qu’à l’origine elles étaient des organismes unicellulaires distincts et autonomes. Jusqu’à ce qu’un jour une cellule décide d’avaler une mitochondrie, et se mette à vivre en symbiose avec elle.

Un scénario que n’aurait pas renié Ridley Scott.

La centrale énergétique des cellules

Les mitochondries sont des petites structures présentes dans les cellules de tous les organismes eucaryotes, c’est-à-dire les organismes dont les cellules possèdent également un noyau. Leur taille peut varier de 0.5 à 10 microns, et si on ne trouve qu’une seule mitochondrie dans la plupart des organismes unicellulaires, on peut en trouver plusieurs milliers dans une cellule dans notre foie.

Les mitochondries remplissent plusieurs rôles dans le fonctionnement cellulaire, dont le plus connu est la production d’ATP (adénosine triphosphate), le combustible énergétique de nos cellules. Les mitochondries sont donc un maillon essentiel du phénomène de respiration, qui nous permet de produire l’énergie dont nous avons besoin.

Une cellule dans la cellule

Les mitochondries se trouvent toujours au sein des cellules, mais sur le plan de leur morphologie, elles ressemblent elles-même beaucoup à des petites cellules (voir ci-contre le schéma d’une cellule)

En effet elles possèdent une membrane, dont la structure chimique est comparable à celle de la membrane cellulaire, et elles sont capables, tout comme les cellules, de grossir et de fissionner pour se dupliquer.

C’est d’ailleurs exactement ce qui se produit quand une cellule s’apprête à se diviser : les mitochondries qu’elle contient grossissent puis se divisent en deux, afin que chaque cellule fille ait son quota de mitochondries.

Mais le fait le plus troublant, c’est que les mitochondries possèdent leur propre ADN, distinct de celui qui est abrité par le noyau de la cellule. Il se présente sous la forme d’un unique chromosome de petite taille (environ 16000 bases), et de forme circulaire, comme chez certaines bactéries.

Cet ADN mitochondrial comporte chez l’humain 37 gènes, codants pour seulement 13 protéines. Et pourtant certaines de ces protéines sont absolument indispensables au bon fonctionnement de nos cellules.

La théorie de l’endosymbiose

Pour expliquer la mystérieuse nature quasi-cellulaire des mitochondries, la théorie la plus communément admise aujourd’hui est celle de l’endosymbiose : à l’origine, les mitochondries auraient été des organismes unicellulaires distincts, sortes de bactéries ; mais un jour une cellule eucaryote aurait avalé une mitochondrie, et les deux se seraient mises à vivre en symbiose.

Le schéma ci-contre est une tentative pour imaginer ce qui a bien pu se passer à l’époque ! Selon les estimations, cette symbiose aurait pu se produire il y a environ 2 milliards d’années. Cette théorie de l’endosymbiose est d’ailleurs également avancée pour expliquer l’origine des chloroplastes, qui sont au cœur du mécanisme de photosynthèse.

On peut se demander ce qui a bien pu faire que ces formes de symbiose aient pu être sélectionnées par l’évolution pour conquérir une bonne partie du vivant. Dans les deux cas la réponse paraît claire: qu’il s’agisse des chloroplastes qui permettent la photosynthèse ou des mitochondries qui participent à la production d’ATP, l’endosymbiose a conduit à un mécanisme nouveau et très efficace de production d’énergie pour les organismes.

Il est réjouissant de penser que c’est en collaborant que le vivant a pu faire ses révolutions énergétiques. Une leçon à méditer…

Le schéma de la cellule provient de Wikimédia

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18 réponses à Les mitochondries, des aliens dans nos cellules

  1. taupossaft dit :

    Très sympa et didactique ce petit article sur ce gigantesque évènement dans l’histoire du vivant. Pour donner plus de poids à cette théorie, il faut savoir que les mitochondries possèdent un génome qui a gardé des traces de son origine bactérienne. Si on établit une reconstruction phylogénétique pour établir les liens de parentés des mitochondries avec l’ensemble des autres organismes vivant, on s’aperçoit qu’elles sont proches de bactéries appelées rickettsies.
    Il y a des théories semblables pour d’autres organelles des cellules eucaryotes (dont les chloroplastes, comme tu le mentionnes, mais également… le noyau!).
    Et pour redorer le blason de ces pauvres mitochondries, il n’est pas impossible que le premier évènement, au lieu d’être simplement de s’être fait bouffé, soit en réalité un parasitage effectué par l’ancêtre des mitochondries. Parasitage qui a terme aurait mené à cette endosymbiose.

  2. RuBisCO dit :

    Par contre, on écrit "eucaryote", même si c’est les membres du domaine "eukaryota".
    Sinon, c’est très instructif, merci beaucoup !

    • Oups, pardon pour la faute, qui provient de mes lectures trop anglo-saxonnes ! J’ai corrigé dans le texte. Pour le schéma, j’attendrai d’être dans un endroit plus confortable qu’un bar…

  3. H dit :

    Quelques faits en vrac pour donner envie :

    * les mitochondries fonctionnent comme des petites cellules, non seulement comme tu le dis elles se divisent, mais elles ont leurs propres ribosomes ;
    * le code génétique des mitochondries est légèrement différent du code utilisé par tout le reste du vivant (quelques codons seulement diffèrent) ;
    * l’immense majorité des gènes qui codent les protéines qui constituent les mitochondries sont maintenant intégrés à l’ADN nucléaire, il ne reste que 13 gènes et une vingtaine de séquences qui codent des ARN (dont les ARN ribosomiques et les ARN de transfert nécessaire au fonctionnement du code génétique propre) ;
    * chez les plantes, les chloroplastes (qui réalisent la photosynthèse) ont le même genre d’histoire : anciennes bactéries endosymbiotiques, ayant conservé une partie de leur génome ;
    * il existe chez certains êtres vivants des bactéries endosymbiotiques qui n’ont pas atteint ce niveau d’intégration ; cela laisse entrevoir comment cela a pu commencer… (?) ;
    * les mitochondries, comme tous les organites, sont transmises par la mère (elles sont présentes dans l’ovule), d’où une utilisation particulière de l’ADN mitochondrial en phylogénie…

    • Oui effectivement, cette histoire de code génétique alternatif me trouble beaucoup…moi qui ait toujours cru que le code génétique était universel ! Quant à la transmission de l’ADN mitochondrial, il faudra que je refasse un autre billet dessus, car cela produit ce fait intéressant : puisqu’on reçoit son ADN mitochondrial de sa mère, les caractères défavorables aux mâles ne sont pas supprimés par l’évolution. Ce que certains appellent "mother’s curse" !

      • H dit :

        Si tu as intéressé par ce genre de phénomène, tu as intérêt à regarder aussi du côté de l’empreinte (genetic imprinting). Pour en rester aux mitochondries, la neuropathie optique de Leber est beaucoup moins grave chez les femmes, je trouve que c’est un exemple frappant.

  4. Christophe dit :

    Franchement, l’endosymbiose est une théorie des scientifiques pour ne pas dire "on ne sait pas". Parce que les mécanismes sont tellement imbriqués qu’on a du mal à voir comment ils ont pu vivre d’abord séparément puis s’intégrer sans se détruire puis en plus muter pour s’imbriquer peu à peu…. C’est de la foi evolutionniste !

    • H dit :

      D’ailleurs Carl Woese a des idées là-dessus : http://www.pnas.org/content/95/12/6854.short (en accès libre).

      Mais tu exagères : s’il est clair que pour l’apparition des eucaryotes on est dans le flou, on a en revanche de sérieuses raisons de penser que les mitochondries ont pour ancêtres des bactéries autonomes. On sait également comment des bactéries peuvent être endosymbiotiques, puisqu’on en a des exemples contemporains (cf ci-dessus) ; on a également des exemples où chez certains animaux, la bactérie est un parasite, et chez d’autres (proches parents) elle est devenue un symbiote. On a également des idées sur la façon dont les gènes peuvent migrer d’un génome vers l’autre, les phénomènes de transfert sont bien étudiés maintenant. Il reste cependant beaucoup de « degrés de liberté »… Il est évident pour tout le monde que l’idée de l’endosymbiose soulève le problème de « l’avant ». Tu sais, « les scientifiques » ne sont, dans l’ensemble, pas plus naïfs que toi.

      • Christophe dit :

        Merci pour cette réponse. Quand à la naïveté supposée, je pense plutôt au a priori dont nous sommes tous naturellement remplis. Ce qui me dérange dans toutes ces théories c’est le fait que l’on produit de l’information à partir de rien, comme si un mystérieux processus "naturel" créait de l’information utile par simple évolution au cours du temps, où comme si la vie représentait un maximum stable entropique (or c’est tout le contraire).
        Je connais plus ce problème avec l’informatique : plus tu donnes de degré de liberté à un système, moins il fait de choses utiles…
        L’autre truc, c’est que souvent la Science présente ses théories comme vérité, et lorsqu’on fait une nouvelle découverte qui remet en question les théories précédentes, la Science (en fait les scientifiques) présentent ça comme un progrès. En gros, ils ont toujours raison. Malgré mon travail, je me sens de moins en moins un scientifique :)

      • H dit :

        Ce que tu remarques est sans doute assez juste, et très particulièrement en biologie où les connaissances sont constamment mises à jour… on a parfois tendance à manquer d’humilité :)

  5. Benoît dit :

    Juste pour signaler que le mondes des mitochondries est extrêmement vaste et qu’il ne se réduit pas à ce qui a été dit! Le génome peut être bien plus grand que 16kb par exemple et la transmission uniquement maternelle n’est pas la règle partout. Pareil pour le code génétique, il est universel dans les mitos de plantes. Par contre pour réagir à c qui vient d’être dit, pour l’endosymbiose on a quand même des arguments de plus en plus fort.

    • H dit :

      Merci pour les infos, je ne savais pas cette histoire du code génétique chez les mitochondries des plantes !

  6. Nicolas dit :

    Excellente piqûre de rappel, merci.

    Deux remarques :
    Cette théorie formulée par Lynn Margulis il y a plus de 50 ans fut très mal acceptée car elle montre que l’évolution ne se fait pas uniquement par divergence des branches de l’arbre mais aussi par fusion, ce qui est nouveaux et difficilement acceptable à l’époque. De plus je crois avoir entendu que l’évolution par hybridation revient en force outre-atlantique.

    L’article termine par "Une leçon à méditer…", les derniers à ma connaissance à avoir méditer sur les leçons de l’évolution et à les avoir appliquées ont donné l’eugénisme du début du 20ème siècle… Pour reprendre une formule d’Ameisen "les sciences décrivent mais elles ne prescrivent pas les conduites à avoir les uns envers les autres".

  7. Jamie dit :

    pourquoi certaines cellules possedent-elles plus de mitochondries que d’autres?

    • poil dit :

      parce que votre Mitochondrie c un fake monumentale tous simplement.
      referez vous a M Tisso Jules dans la lignée d’un certain Antoine Bechamp, qui fut mise au placard par ce pasteur même pas docteur en plus. Les VACCIN c du business.
      apprenez vous même svp.

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