Matrice mitochondriale

Définition

La matrice mitochondriale est l'espace intérieur d'une mitochondrie entouré par la membrane interne mitochondriale, qui contient plusieurs protéines, telles que des enzymes impliquées dans le cycle de l'acide tricarboxylique, l'oxydation des acides gras, la dégradation des acides aminés et d'autres réactions biochimiques.

Les membranes interne et externe des mitochondries définissent trois compartiments au sein de l'organite, chacun avec son rôle distinct et les composants protéiques correspondants. Le compartiment le plus interne, entouré par la membrane interne, est la matrice mitochondriale.

La matrice mitochondriale d'une mitochondrie :

Compartiments membranaires dans la mitochondrie. La membrane mitochondriale externe sépare les mitochondries du cytoplasme. Elle entoure la membrane mitochondriale interne, qui sépare l'espace intermembranaire de la matrice centrale dense en protéines. La membrane interne se différencie en membrane limite interne et en crêtes. Les deux régions sont continues aux jonctions d'une crête mitochondriale. Les crêtes s'étendent plus ou moins profondément dans la matrice et sont les principaux sites de conversion d'énergie mitochondriale. Le gradient de protons peu profond entre l'espace intermembranaire (pH 7,2–7,4) et la matrice (pH 7,9–8) entraîne la production d'ATP par l'ATP synthase dans les membranes des crêtes.

Explications

La matrice mitochondriale est un site de respiration cellulaire. Chaque pyruvate de la glycolyse pénètre dans la matrice mitochondriale, le compartiment le plus interne des mitochondries. Là, il est converti en une molécule à deux carbones liée à la coenzyme A, connue sous le nom d'acétyl-CoA. Le dioxyde de carbone est libéré et le NADH est généré. Voir le cycle de l'acide citrique car la matrice mitochondriale est le compartiment de la mitochondrie entouré par la membrane interne et contenant des enzymes et des substrats pour le cycle de Krebs.

✅ La matrice mitochondriale est le site de la phosphorylation oxydative, où l'ATP est produit à partir de l'ADP et du Pi par l'ATP synthase dans un mécanisme impliquant les complexes de la chaîne respiratoire et la force motrice du proton.

⭐ Les protéines de la matrice mitochondriale utilisent des préséquences N-terminales pour les diriger vers leur destination au sein de l'organelle. Après avoir traversé la membrane mitochondriale externe, la préséquence cible les protéines précurseurs vers une translocase spécifique dans la membrane interne pour une translocation ultérieure : la préséquence translocase ou complexe TIM23. La translocase de préséquence forme un pore dans la membrane interne à travers lequel les précurseurs sont transportés vers la matrice. Une fraction mineure des protéines de préséquence n'est pas complètement transportée dans la matrice, mais s'intègre latéralement dans la membrane interne. Deux états distincts de la translocase semblent fonctionner dans ces deux voies de transport différentes : le complexe TIM23SORT intègre les protéines membranaires de manière dépendante du potentiel membranaire. Pour la translocation d'une protéine matricielle, le complexe TIM23PAM se lie au complexe moteur associé à la translocase préséquence (PAM), qui est nécessaire pour fournir une force motrice supplémentaire pour la translocation complète à travers la membrane interne.

La matrice mitochondriale est le site du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) (également connu sous le nom de cycle de Krebs, d'après son découvreur), une série de réactions enzymatiques initiées par la conversion du pyruvate et des acides gras en acétyl coenzyme A (acétyl-CoA). Le pyruvate et les acides gras sont transportés dans les mitochondries à partir du cytoplasme par des perméases liées à la membrane. Le groupe acétyle de l'acétyl-CoA est oxydé en plusieurs étapes pour produire du dioxyde de carbone (CO₂) et les transporteurs d'électrons réduits nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et flavine adénine dinucléotide (FADH₂). Ces coenzymes sont la source des électrons qui sont transportés le long de la chaîne respiratoire de la membrane mitochondriale interne, dans une voie qui conduit finalement à la formation d'ATP. Les électrons passent à travers une série de donneurs et d'accepteurs organisés en quatre complexes (I-IV), avec une variété de transporteurs d'électrons, y compris des cytochromes, servant à transporter les électrons d'un complexe à l'autre.

Dans la réaction finale, catalysée par le complexe IV (cytochrome c oxydase), les électrons sont transférés du cytochrome c réduit à l'oxygène moléculaire (O₂), avec formation d'eau (H₂O). Dans la membrane interne mitochondriale, les complexes individuels interagissent physiquement les uns avec les autres de sorte que des "supercomplexes" actifs contenant, par exemple, les complexes I et III ou les complexes I, III et IV, peuvent être isolés en perturbant soigneusement les membranes mitochondriales.

L'oxydation des substrats à travers la chaîne respiratoire est couplée à la formation d'ATP par le processus connu sous le nom de phosphorylation oxydative. Le transport d'électrons est directement lié au pompage de protons à travers la membrane mitochondriale interne (de la matrice à l'espace intermembranaire). Le pompage de protons crée un gradient électrochimique de protons, également connu sous le nom de force proton-motrice. La dissipation ultérieure de ce gradient par le mouvement des protons à travers la membrane mitochondriale interne (vers le bas du gradient de concentration de protons) est à son tour couplée à la formation d'ATP à partir d'adénosine diphosphate (ADP) et de phosphate inorganique (Pi). Cette réaction est catalysée par le complexe ATP synthase (complexe V) de la membrane interne. La force proton-motrice est également utilisée pour alimenter le transport par transporteur de l'ADP et du Pi dans la mitochondrie à partir du cytoplasme, en échange d'ATP.

En plus de la production d'ATP par le transport couplé d'électrons et la phosphorylation oxydative, les mitochondries jouent un rôle essentiel dans diverses voies métaboliques, notamment la biosynthèse de l'hème, des stéroïdes et des grappes fer-soufre. Les mitochondries ont une fonction importante dans l'homéostasie du calcium cellulaire, servant de puits de Ca²⁺ transitoire si nécessaire. Enfin, la mitochondrie a été impliquée comme acteur clé de l'apoptose (mort cellulaire programmée).

En rapport avec "matrice mitochondriale"

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