Les scientifiques comparent les mitochondries aux batteries Tesla
Une nouvelle recherche révèle que les mitochondries, les minuscules centrales électriques qui vivent à l'intérieur des cellules et leur donnent de l'énergie, fonctionnent plus comme une batterie Tesla que le type de batterie que vous mettez dans une lampe de poche.
Hormis les globules rouges, toutes les cellules du corps humain contiennent une ou plusieurs mitochondries, et certaines en contiennent des milliers. Ces structures cellulaires internes, ou organites, utilisent l'oxygène pour fabriquer des unités chimiques d'énergie pour la cellule.
Les mitochondries sont inhabituelles en ce qu'elles ont deux membranes: une lisse à l'extérieur et une plissée et pliée à l'intérieur.
Les scientifiques appellent les plis des crêtes de membrane interne d’une mitochondrie. Jusqu'à récemment, ils pensaient que le but du pliage était d'augmenter la surface de production d'énergie.
Cependant, les auteurs d'un récent Journal EMBO papier d'étude dissipe cette idée.
Au lieu de cela, ils proposent que les crêtes ressemblent plus à des batteries indépendantes travaillant ensemble dans un réseau, similaires aux batteries Tesla qui alimentent les voitures électriques.
Une gamme de batteries autonomes
Les chercheurs sont arrivés à cette conclusion après avoir visualisé la production d'énergie à l'intérieur des mitochondries à l'aide de la microscopie à haute résolution.
«Ce que les images nous ont dit, c'est que chacune de ces crêtes est électriquement indépendante, fonctionnant comme une batterie autonome», explique l'auteur principal de l'étude, le Dr Orian S. Shirihai, professeur de médecine en endocrinologie et pharmacologie à la David Geffen School of Medicine à l'Université de Californie, Los Angeles.
«Une crista», ajoute-t-il, «peut être endommagée et cesser de fonctionner pendant que les autres conservent leur potentiel membranaire.»
Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que chaque mitochondrie comprenait une seule unité bioénergétique. Les auteurs se réfèrent à des expériences précédentes typiques, dont les résultats ont conduit les chercheurs à conclure que «l'organite entier fonctionne comme une unité électrochimique».
En effet, ce que le Dr Shirihai a pu voir avec la microscopie traditionnelle semble le confirmer. L'observation de cellules fonctionnant bien avec quelques mitochondries très longues ne suggérait pas l'idée de beaucoup de petites batteries.
«Personne n'avait envisagé cela auparavant parce que nous étions tellement enfermés dans cette façon de penser; l'hypothèse était qu'une mitochondrie signifiait une batterie », explique-t-il.
Imagerie haute résolution sans précédent
Cependant, des conversations avec des ingénieurs qui conçoivent des véhicules électriques ont sensibilisé le Dr Shirihai aux avantages des réseaux de nombreuses petites batteries au lieu d'une seule grande.
«[Si] quelque chose arrive à une cellule [de batterie]», note-t-il, «le système peut continuer à fonctionner, et plusieurs petites batteries peuvent fournir un courant très élevé lorsque vous en avez besoin.»
Selon le modèle, les véhicules électriques Tesla peuvent avoir jusqu'à 7 000 petites cellules de batterie. Ceux-ci se présentent sous la forme d'une grille qui permet au véhicule de se recharger rapidement et de se refroidir efficacement. Un tel agencement fournit également beaucoup de puissance pour l'accélération.
Pour examiner de plus près l'intérieur des mitochondries, l'équipe «a développé une nouvelle approche pour l'imagerie de la [membrane mitochondriale interne] à haute résolution spatio-temporelle dans les cellules vivantes. Les scientifiques n'avaient jamais vu une résolution aussi élevée.
Grâce à la microscopie haute résolution nouvellement optimisée, l'équipe a pu visualiser la distribution de tension et la production d'énergie à l'intérieur des mitochondries.
Les grappes de protéines agissent comme des isolants électriques
Les chercheurs ont vu comment les amas de protéines entre les crêtes agissaient comme des isolants électriques. Ils savaient déjà que sans les grappes de protéines, les mitochondries se décomposent plus facilement. En fait, l'équipe a également vu comment les mitochondries dépourvues de grappes de protéines se comportaient plus comme une seule grosse cellule de batterie.
Les auteurs suggèrent que ces résultats d'étude améliorent la compréhension non seulement du fonctionnement des mitochondries, mais également de la façon dont les organites contribuent à la maladie, au vieillissement et même aux complications médicales.
Les experts ont lié un certain nombre de complications médicales - telles que les lésions d'ischémie-reperfusion - à la grave perturbation des crêtes dans les mitochondries.
Le Dr Shirihai se dit: «Les experts en batterie à qui j'avais parlé à l'origine étaient très excités d'apprendre qu'ils avaient raison.»
Les scientifiques pensent que les mitochondries ont évolué à partir d'une ancienne collaboration qui a vu le jour lorsque des cellules avec des noyaux engloutissaient des cellules simples dépendant de l'oxygène et dépourvues de noyau. En échange d'une protection, la cellule internalisée, ou organite, fournit de l'énergie à son hôte.
«Il s'avère que les mitochondries et Teslas, avec leurs nombreuses petites piles, sont un cas d'évolution convergente.»
Dr Orian S. Shirihai
