Que sont les mitochondries ?

Vous avez peut-être déjà entendu parler des mitochondries associées à l'expression « centrale énergétique de la cellule ». D'où vient cette expression ?

Les mitochondries sont les centrales énergétiques miniatures présentes dans chacune des cellules de votre corps. Une cellule humaine vivante typique contient de quelques centaines à plusieurs milliers de mitochondries.

Les mitochondries sont comme des systèmes digestifs microscopiques présents dans nos cellules, transformant les aliments en énergie. Les sucres, les graisses et les acides aminés issus des protéines que nous consommons sont convertis en énergie par les mitochondries. Elles sont si efficaces qu'elles produisent environ 90 % de l'énergie nécessaire à nos cellules.

À quoi ressemblent les mitochondries ?

Les mitochondries ressemblent à de petits haricots dans vos cellules. Elles sont constituées de deux membranes : la membrane externe et la membrane interne.

La membrane externe fait office de paroi, recouvrant l'intégralité de l'organite.

La membrane interne présente une structure en couches, composée de plusieurs compartiments. Cette structure a pour but de maximiser la surface de la mitochondrie, favorisant ainsi une meilleure efficacité de son fonctionnement.

À l'intérieur de la membrane interne se trouve un fluide appelé matrice ; c'est là que la magie opère.

D'où viennent les mitochondries ?

Avant de devenir indispensables aux cellules humaines, les mitochondries existaient en dehors de celles-ci, sous forme d'organismes unicellulaires et indépendants. Elles ressemblaient beaucoup à des bactéries. Cependant, à une époque reculée de l'histoire biologique, il y a plus de deux milliards d'années, elles ont fusionné avec une cellule simple pour former une relation symbiotique.

Au départ, le plan n'était pas simplement de fusionner. Les mitochondries, sous forme de bactéries, voulaient seulement dépouiller les cellules hôtes de leur énergie puis les laisser mourir. Mais les bactéries ont rapidement compris l'intérêt de collaborer avec des cellules simples.

Les cellules simples leur fournissent des antioxydants pour les protéger des radicaux libres et des espèces réactives de l'oxygène toxiques que les mitochondries produisent comme sous-produit de la production d'énergie. En retour, les mitochondries produisent l'énergie dont les cellules simples ont besoin.

C'est une affaire plutôt avantageuse. C'est comme si les mitochondries payaient un loyer en échange du logement et des services publics.

Les mitochondries possèdent leur propre ADN

Les mitochondries sont en quelque sorte des étrangères à notre organisme. Elles possèdent même leur propre ADN, appelé ADNmt, ce qui leur confère un génome indépendant. De plus, l'ADN mitochondrial est transmis uniquement de la mère à l'enfant, ce qui explique que vous soyez plus proche génétiquement de votre mère que de votre père. D'ailleurs, les entreprises modernes de tests d'ascendance s'appuient sur la lignée maternelle en utilisant l'ADN mitochondrial.

Le rôle unique des mitochondries

Les mitochondries ont une fonction principale : produire de l’énergie. Pour ce faire, elles produisent une molécule essentielle appelée adénosine triphosphate ou ATP.

Qu'est-ce que l'ATP ?

Notre corps ne se contente pas de créer et d'exploiter l'énergie immédiatement. Il stocke en réalité l'énergie que nous produisons à partir de notre alimentation dans une molécule.

L'ATP, ou adénosine triphosphate, est la principale forme de stockage d'énergie pour nos cellules. Ces molécules sont comme de minuscules batteries qui flottent dans nos cellules, prêtes à être utilisées. Le terme « tri », qui signifie trois, indique la présence de trois groupes phosphate dans sa structure moléculaire.

Lorsque les cellules ont besoin d'énergie, l'ATP est dégradé par un processus appelé hydrolyse. Ce processus est relativement facile à réaliser car l'ATP est une molécule très instable. Les trois phosphates qui le composent sont comme trois colocataires qui ne s'entendent pas et qui n'attendent qu'à être séparés.

Lors de la scission, la liaison moléculaire entre les phosphates du groupe triphosphate de l'ATP se rompt, libérant ainsi l'un des phosphates de la molécule d'ATP. Le trio devient un duo, transformant ainsi l'ATP en ADP, ou adénosine diphosphate.

Cette rupture libère une énergie immense, que nos cellules utilisent pour alimenter d'importantes activités cellulaires.

Nos mitochondries travaillent dur pour s'assurer que nos cellules disposent de suffisamment de ces « batteries » prêtes à l'emploi, ou ATP, en circulation.

Comment les mitochondries produisent-elles de l'ATP ?

Pour produire davantage d'ATP, nos mitochondries subissent une série de réactions chimiques pour décomposer nos aliments, notamment le glucose, les acides aminés et les acides gras.

Le glucose est la principale molécule issue de la décomposition de nos aliments. Concentrons-nous donc sur le glucose pour comprendre comment nos mitochondries transforment les aliments en énergie.

Nos mitochondries transforment les molécules de glucose grâce à un processus appelé respiration cellulaire , qui consiste essentiellement à décomposer et à convertir le glucose en combinant une molécule de glucose avec de l'oxygène. Cet oxygène provient de l'air que nous respirons.

Ce processus d'ajout d'oxygène au glucose produit une chaîne de molécules. Dans sa forme la plus simple, il se présente sous la forme suivante :

Glucose + Oxygène = Dioxyde de carbone, Eau et ATP.

Le dioxyde de carbone et l'eau sont des sous-produits de ce processus. Il s'agit de la respiration cellulaire, en résumé.

Parlons de la glycolyse.

Nos mitochondries n'absorbent pas le glucose sous sa forme brute. Il n'est pas utilisable tel quel ; nos cellules le décomposent donc davantage avant de le transmettre à nos mitochondries. Ce processus s'appelle la glycolyse .

La forme dégradée du glucose est combinée à l'oxygène pour produire du dioxyde de carbone, du NADH , du FADH2 et de l'ATP. Ce processus est appelé cycle de Krebs . Analysons les produits de ce processus :

• dioxyde de carbone

Un de nos sous-produits. Vous expirez ceci.

• NADH et FADH2

Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) et le flavine adénine dinucléotide (FAD) sont des coenzymes qui contribuent à la production d'ATP. Le NADH et le FADH2 sont leurs formes chargées en électrons. Pour l'instant, nous n'y reviendrons pas. Nous aborderons ces éléments importants plus tard.

• ATP

Énergie!

L'énergie véritable provient du NADH et du FADH2

Le cycle de Krebs produit de l'énergie, mais à lui seul, il ne génère pas suffisamment d'ATP pour répondre aux besoins de nos cellules. Les véritables atouts résident dans le NADH et le FADH2 produits au cours de ce processus. Ce sont eux qui nous fournissent la majeure partie de notre ATP grâce à la chaîne de transport d'électrons .

La chaîne de transport d'électrons est un processus par lequel nos mitochondries « volent » constamment des électrons à leurs hôtes. Le NADH et le FADH2 sont des molécules chargées d'électrons, et nos mitochondries « volent » ces électrons au NADH et au FADH2, les transformant ainsi en NAD+ et FAD.

Nos mitochondries captent ensuite ces électrons chargés et produisent une grande quantité d'ATP, transformant ainsi une situation difficile en une situation favorable. Ce processus est si efficace pour produire de l'ATP que la chaîne de transport d'électrons fournit la majeure partie de notre énergie.

Heureusement, les alliés fidèles des mitochondries, le NAD+ et le FAD, continuent de leur apporter des électrons pour alimenter le processus. C'est une chaîne d'approvisionnement idéale et le seul sous-produit est l'eau, ce qui complète notre formule.

Glucose + Oxygène = Dioxyde de carbone, Eau et ATP.

Mitochondries et vieillissement

Des recherches menées par l'École de kinésiologie et des sciences de la santé de l'Université York montrent que nous produisons moins de mitochondries en vieillissant.

Vos mitochondries se détériorent progressivement avec l'âge, ce qui oblige les quelques mitochondries restantes à travailler d'autant plus. De fait, le dysfonctionnement mitochondrial est considéré comme une caractéristique du vieillissement.

Les mêmes chercheurs de l'Université York pensent que cela résulte d'un déséquilibre entre le nombre de radicaux libres présents dans notre organisme et la capacité de nos cellules à les éliminer.

Mais la plupart des scientifiques s'accordent à dire que les mitochondries deviennent moins efficaces avec le temps en raison de leur capacité réduite à produire de l'ATP.

Les mitochondries répondent à vos besoins énergétiques

Dans la plupart des cas, le nombre de mitochondries que nous produisons est corrélé à la quantité d'énergie dont nous avons besoin.

Cela signifie que, dans une large mesure, notre activité quotidienne détermine le nombre de mitochondries que nous créons et maintenons. Chaque fois qu'un changement important survient dans notre mode de vie ou nos habitudes, le nombre de nos mitochondries s'adapte.

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 qui se produisent dans l'organisme et qui signalent un besoin accru d'ATP, et donc de mitochondries. Nos mitochondries se clonent en quelque sorte par un processus d'auto-réplication afin de répondre à cette nouvelle demande énergétique.

Cependant, l'inverse est également vrai.

Un mode de vie sédentaire peut signaler à l'organisme que ses besoins en ATP sont moindres et inhiber la réplication des mitochondries. Par conséquent, les mitochondries produisent globalement moins d'énergie cellulaire , ce qui entraîne un dysfonctionnement métabolique plus général.

Mitochondries et NAD+

Bien que les mitochondries soient essentielles à la production d'énergie, le processus est plus complexe qu'il n'y paraît. De nombreuses réactions chimiques et coenzymes interviennent, notamment une molécule cruciale : le nicotinamide adénine dinucléotide, ou NAD+ .

Comme mentionné précédemment, deux coenzymes sont produites lors de la respiration cellulaire : le FAD et le NAD+. Cependant, nous produisons beaucoup plus de NAD+ que de FAD.

Si les mitochondries étaient des usines, les molécules de NAD+ seraient la flotte de camions de livraison et les molécules de FAD les chauffeurs temporaires qui ne travaillent qu'à temps partiel.

Le NAD+ est comme le plus fidèle allié de la mitochondrie, fournissant constamment des électrons chargés pour produire une abondance d'ATP dans la chaîne de transport d'électrons.

Le taux de NAD+ diminue avec l'âge.

Malheureusement, la quantité de NAD+ que nous produisons naturellement diminue avec l'âge.

Tout comme les mitochondries, le nombre de NAD+ présents dans nos cellules est également fortement influencé 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 facteurs comme l'âge, le stress métabolique, le stress immunitaire , la consommation d'alcool et la suralimentation peuvent tous contribuer à l'épuisement du NAD+.

Afin de mieux comprendre la science du vieillissement et la manière de le gérer au mieux, la communauté scientifique s'est fortement intéressée à la recherche sur le NAD+ et à sa relation avec le dysfonctionnement mitochondrial.

Il est largement admis que la santé mitochondriale joue un rôle primordial dans notre santé humaine globale et le NAD+ fait partie intégrante de cette histoire.

Heureusement, il est possible de préserver une fonction mitochondriale saine en modifiant légèrement son mode de vie. Voici quelques conseils pour favoriser la santé de vos mitochondries .