Biologie Cellulaire : Mitochondries et Peroxysomes

Fiches de vocabulaire couvrant la morphologie, la bioénergétique, le contrôle qualité, l'importation de protéines, la dynamique mitochondriale ainsi que la biogenèse des peroxysomes.

Mitochondrie

Organite délimité par deux membranes, siège du cycle de Krebs, de la chaîne respiratoire et de la phosphorylation oxydative, responsable de la production de la majorité de l'$ATP$ cellulaire.

Porines (VDAC)

Canaux protéiques de la membrane mitochondriale externe permettant le libre passage de la majorité des métabolites de petite taille.

Membrane mitochondriale interne

Membrane biologique imperméable aux métabolites présentant la plus forte teneur en protéines, abritant la chaîne de transport d'électrons et l'$ATP$ synthase.

Espace intermembranaire (IMS)

Compartiment mitochondrial délimité entre la membrane interne et la membrane externe, dans lequel sont pompés les protons lors du transport d'électrons.

Matrice mitochondriale

Espace interne très concentré en protéines, contenant l'$ADNmt$, les ribosomes mitochondriaux et les enzymes du cycle de Krebs.

Crêtes mitochondriales (cristae)

Invaginations spécialisées de la membrane mitochondriale interne formant des sous-domaines fonctionnels où se concentrent l'$ATP$ synthase et la chaîne respiratoire.

ADN mitochondrial humain (ADNmt)

Génome circulaire d'environ $16\,569\,\text{bp}$ codant pour 13 sous-unités de la chaîne respiratoire, 22 $ARNt$ et 2 $ARNr$.

D-Loop

Région régulatrice non codante de l'$ADNmt$ contenant le site d'initiation de la réplication ($OriH$) et les promoteurs de transcription.

POLG

ADN polymérase mitochondriale assurant la réplication spécifique du génome mitochondrial.

TFAM (Transcription Factor A, Mitochondrial)

Facteur protéique régulant la transcription, la réplication et l'organisation du génome mitochondrial sous forme de nucléoïdes.

Séquence signal mitochondriale

Séquence N-terminale s'organisant en hélice $\alpha$ amphipatique portant des charges positives d'un côté et des résidus hydrophobes de l'autre, généralement clivée après l'import.

Complexe TOM

Translocase de la membrane externe (Translocase of the Outer Membrane) assurant la reconnaissance et le passage initial de toutes les protéines importées dans la mitochondrie.

Complexe SAM

Machinerie protéique de la membrane externe responsable de l'insertion et du repliement correct des protéines en tonneaux $\beta$ (porines).

Complexe TIM23

Translocase de la membrane interne guidant l'importation de la majorité des protéines matricielles et transmembranaires simples, dépendante du potentiel de membrane et de $mtHsp70$.

Complexe TIM22

Translocase de la membrane interne spécialisée dans l'insertion des transporteurs métaboliques hydrophobes possédant 6 segments transmembranaires (famille SLC25a).

Complexe OXA

Complexe de la membrane interne responsable de l'insertion des protéines synthétisées dans la matrice mitochondriale par les ribosomes mitochondriaux ainsi que de certaines protéines importées.

Complexes de translocation mitochondriaux

Systèmes membranaires spécialisés (TOM, SAM, TIM23, TIM22, OXA) coordonnant l'adressage et le transport des précurseurs protéiques vers leurs compartiments cibles.

mtHSP70

Chaperonne de la matrice mitochondriale consommant de l'$ATP$ pour exercer une traction mécanique sur le polypeptide entrant et assister son repliement.

Protéasome

Complexe enzymatique multiprotéique en forme de cylindre creux dégradant les protéines mal repliées ou altérées préalablement étiquetées par polyubiquitination.

Ubiquitination

Modification post-traductionnelle consistant en l'attachement covalent d'une protéine de 76 acides aminés sur des résidus lysine cibles via une cascade enzymatique E1-E2-E3.

Protéases mitochondriales (ex. i-AAA, m-AAA, Lon)

Enzymes endogènes de la membrane interne et de la matrice constituant la première ligne de défense de contrôle qualité en dégradant les polypeptides non fonctionnels ou endommagés par les $ROS$.

Vésicules dérivées des mitochondries (MDV)

Vésicules de petite taille émises par les mitochondries transportant sélectivement des cargos oxydés vers les lysosomes ou les peroxysomes pour dégradation ou présentation d'antigènes.

Mitophagie

Forme d'autophagie sélective régulée par PINK1 et Parkin permettant l'élimination lysosomale d'une mitochondrie entière dépolarisée et dysfonctionnelle.

Chaîne de transport d'électrons

Ensemble de complexes membranaires ($I$, $II$, $III$, $IV$) et de transporteurs mobiles acheminant des électrons jusqu'à l'$O_2$ tout en générant un gradient de protons à travers la membrane interne.

Complexe I (NADH déshydrogénase)

Premier complexe de la chaîne respiratoire oxydant le $NADH$ en $NAD^+$ avec transfert d'électrons à l'ubiquinone et pompage de 4 protons vers l'$IMS$; site majeur de production de $ROS$.

Complexe II (succinate déshydrogénase)

Enzyme du cycle de Krebs et de la chaîne respiratoire transférant directement les électrons du $FADH_2$ à l'ubiquinone sans pomper de protons.

ATP synthase (Complexe V)

Moteur moléculaire composé d'un rotor et d'un stator exploitant la force proton-motrice pour catalyser la synthèse d'$ATP$ à partir d'$ADP$ et de phosphate inorganique ($P_i$).

Superoxyde dismutase (SOD)

Enzyme antioxydante catalysant la conversion du radical superoxyde ($O_2^{\bullet-}$) en peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$), présente sous forme SOD1 ($Cu\text{-}Zn$) dans le cytosol/IMS et SOD2 ($MnSOD$) dans la matrice.

OPA1

GTPase mitochondriale associée à la membrane interne indispensable à la fusion membranaire interne et au maintien de la structure des crêtes.

DRP1

GTPase cytosolique recrutée à la surface mitochondriale pour former un anneau contractile responsable de la fission de l'organite.

Mitofusines (MFN1/2)

GTPases intégrées à la membrane externe médiant l'accolement et la fusion des membranes externes mitochondriales.

MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization)

Perméabilisation de la membrane externe déclenchée par l'oligomérisation de BAX et BAK lors de la voie intrinsèque de l'apoptose, provoquant la libération du cytochrome $c$.

Apoptosome

Complexe multiprotéique formé par l'oligomérisation d'APAF1 en présence de cytochrome $c$, responsable de l'activation de la caspase-9.

Hétéroplasmie

Coexistence de molécules d'$ADNmt$ sauvages et de molécules d'$ADNmt$ mutées au sein d'une même cellule ou mitochondrie.

MELAS

Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like episodes; pathologie mitochondriale caractérisée par des accidents vasculaires cérébraux, une myopathie et une acidose lactique causée par des mutations de l'$ADNmt$.

Peroxysome

Organite cellulaire délimité par une membrane simple, impliqué dans la $\beta$-oxydation des acides gras à très longue chaîne et la détoxification de substances nocives grâce à des oxydases et des catalases.

PEX19

Récepteur cytosolique et protéine chaperonne guidant l'insertion des protéines membranaires peroxysomales (PMPs) vers leur site d'amarrage PEX3.

Séquence PTS1

Signal d'adressage C-terminal constitué du motif consensus $Ser\text{-}Lys\text{-}Leu$ ($SKL$) reconnu par PEX5 pour l'import de protéines repliées dans la matrice des peroxysomes.