La mitochondrie

Dans une usine, il est essentiel qu'il y ait une source d'énergie qui l'alimente. Il pourrait s'agir par exemple d'une génératrice d'électricité. Dans ce cas, l'énergie électrique peut être convertie en énergie mécanique pour faire fonctionner des machines ou en énergie lumineuse pour éclairer l'usine ou encore en énergie thermique pour chauffer la même usine. D'une façon générale, on doit comprendre que l'énergie existe sous une forme ou une autre et peut être transformée d'une forme à une autre.

Dans la cellule, il en va de même. Il ne peut y avoir de vie cellulaire sans énergie. Les mitochondries sont les organites cellulaires spécialisés dans l'extraction de l'énergie chimique contenue dans les liens chimiques des molécu­les combustibles comme le glucose et dans le transfert de cette énergie dans une autre molécule, soit l'ATP.

D'un point de vue structurale, les mito­chondries ressemblent à de petits grains ovoïdes dont la taille et la forme varient d'une cellule à l'autre voir même à l'intérieur de la même cellule. Les mitochondries sont dispersées dans le cytoplasme mais demeurent en place soutenues par les fibrilles du cytosquelette.

Chaque mitochondrie est une petite vésicule creuse entièrement entourée par une double membrane lipidique: une première membrane externe entoure complètement la mitochondrie alors que la membrane interne se replie en divers points à l'intérieur même de la mitochondrie. Ces replis constituent des cloisons appelées "crêtes mitochondriales"; ces nombreuses crêtes constituent un moyen efficace d'augmenter la surface de travail de la membrane interne sans augmenter le volume total de la mitochondrie. 

Les parois des crêtes mitochondriales servent de support physique à des chaînes d'enzymes dites "respiratoires" lesquelles enzymes catalysent les différentes réactions chimiques menant à la transformation de l'énergie. Le milieu intramitochondrial est occupé par une solution aqueuse appelée la "matrice" qui est très riche en différentes molécules. Fait particulier, on trouve à l'intérieur des mitochondries, une petite molécule d'ADN (matériel génétique) qui rend les mitochondries capables de se diviser et d'augmenter leur nombre selon les besoins de la cellule.  

Cette capacité de se dédoubler est particulièrement intéressante lors d'une demande accrue d'énergie, moment où le nombre de mitochondries disponibles est sûrement très important.  Il n'est donc pas surprenant de constater d'une part, que les mitochondries soient plus nombreuses dans les cellules prenant une part active aux activités vitales comme c'est le cas pour les cellules glandulaires et les cellules musculaires par exemple ou encore dans les spermatozoïdes étant donné l'énorme quantité d'énergie qu'il leur faut dépenser pour rejoindre l'ovule; d'autre part, les mitochondries tendent à disparaître lorsque la cellule vieillit. 

D'un point de vue fonctionnel, les mitochondries sont responsables de la production de l'énergie indispensable au travail cellulaire. L'énergie utilisée par les cellules est une énergie de nature chimique qui est emmagasinée dans une molécule appelée ATP. Cette molécule d'ATP est obtenue après la combustion de molécules combustibles disponibles à la cellule transportées par le sang comme le glucose, les acides gras et les acides aminés, le glucose constituant par ailleurs la molécule combustible de choix pour les cellules humaines.

Cette combustion des molécules combustibles nécessite la participation des nombreux enzymes respiratoires contenus dans les mitochondries. Ces enzymes se retrouvent associées en particules localisées sur la membrane interne des crêtes mitochondriales. Elles catalysent les réactions chimiques qui permettent de libérer progressivement et de façon contrôlée l'énergie contenue dans les molécules combustibles. Ainsi, environ 40% de l'énergie contenue dans la molécule de glucose est réinvestie dans la synthèse d'une molécule d'ATP ou adénosine triphophate. C'est cette énergie contenue dans l'ATP qui est alors utilisée par les cellules pour assumer leur fonction spécifique.

En vue de servir à la cellule, pour la synthèse d'une protéine par exemple où il faut attacher des acides aminés ensemble, les molécules d'ATP formées dans la mitochondrie doivent diffuser dans le cytoplasme vers toutes les régions où s'accomplit du travail. L'utilisation des molécules d'ATP fournit l'énergie nécessaire à la cellule en se brisant en molécules d'ADP et en phosphate inorganique. Cet ADP et ce phosphate inorganique retournent alors dans une mitochondrie pour servir de nouveau à la synthèse de nouvelles molécules d'ATP; et le cycle recommence. La réaction est donc réversible c'est-à-dire dans le sens de la synthèse de l'ATP et dans le sens de la dégradation de l'ATP.