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18.1.2. Les mitochondries sont le résultat d’un événement endosymbiotique

Les mitochondries sont desorganelles semi-autonomes qui vivent dans une relation endosymbiotique avec la cellule hôte. Ces organites contiennent leur propre ADN, qui code pour une variété de protéines et d’ARN différents. La taille des génomes mitochondriaux varie considérablement d’une espèce à l’autre. Le génome mitochondrial du protiste Plasmodium falciparum est constitué de moins de 6000 paires de bases (6 kbp), tandis que celui de certaines plantes terrestres comprend plus de 200 kbp (figure 18.4). L’ADN mitochondrial humain comprend 16 569 pb et code 13 protéines à chaîne respiratoire ainsi que les petits et grands ARN ribosomiques et suffisamment d’ARNt pour traduire tous les codons. Cependant, les mitochondries contiennent également de nombreuses protéines codées par l’ADN nucléaire. Les cellules qui contiennent des mitochondries dépendent de ces organelles pour la phosphorylation oxydative, et les mitochondries dépendent à leur tour de la cellule pour leur existence même. Comment cette relation symbiotique intime est-elle venue à exister ?

Figure 18.4

Tailles des génomes mitochondriaux. Les tailles de trois génomes mitochondriaux comparées au génome deRickettsia, un parent de la présuméeancestrice de toutes les mitochondries. Pour les génomes de plus de 60 kbp, la région codante de l’ADN pour les gènes à fonction connue (plus…)

On pense qu’un événement endosymbiotique s’est produit par lequel un organisme vivant capable de phosphorylation oxydative a été englouti par une autre cellule. La double membrane, l’ADN circulaire (à quelques exceptions près), et les mécanismes de transcription et de traduction spécifiques aux mitochondries vont dans le sens de cette conclusion. Grâce à l’accumulation rapide de données sur les séquences des génomes mitochondriaux et bactériens, il est désormais possible de spéculer sur l’origine de la mitochondrie « originelle » avec une certaine autorité. Le génome bactérien le plus proche de la mitochondrie est celui de Rickettsia prowazekii, responsable du typhus des souris. Le génome de cet organisme fait plus d’un million de paires de bases et contient 834 gènes codant pour des protéines. Les données de séquence suggèrent que toutes les mitochondries existantes sont dérivées d’un ancêtre de R.prowazekii à la suite d’un événement endosymbiotique unique.

La preuve que les mitochondries modernes résultent d’un événement unique provient de l’examen du génome mitochondrial le plus proche de celui des bactéries, celui du protozoaire Reclinomonas americana. Son génome contient 97 gènes, dont 62 spécifient des protéines qui comprennent tous les gènes codant pour des protéines que l’on retrouve dans tous les génomes mitochondriaux séquencés (figure 18.5). Pourtant, ce génome code pour moins de 2 % des gènes codant pour des protéines de la bactérie E. coli. Il semble peu probable que les génomes mitochondriaux résultant de plusieurs événements endosymbiotiques aient pu être réduits indépendamment au même ensemble de gènes que l’on trouve chez R. americana.

Figure 18.5

Compléments génétiques superposés des mitochondries. Les gènes présents dans chaque ovale sont ceux présents dans l’organisme représenté par l’ovale. Seuls les gènes codant pour les ARNr et les protéines sont représentés. Le génome de Reclinomonascontenu tous les gènes codant pour les protéines (suite…)

Notez que l’engloutissement transitoire de cellules procaryotes par des cellules plus grandes n’est pasuncommon dans le monde microbien. En ce qui concerne les mitochondries, une telle relation transitoire est devenue permanente lorsque la cellule bactérienne a perdu son ADN, ce qui l’a rendue incapable de vivre de manière indépendante, et que la cellule hôte est devenue dépendante de l’ATP généré par son locataire.