présentation

Berder 3-­‐9 avril 2011 : CoopéraAvité et singularité en Biologie La mitochondrie : un organite singulier plein de bonne volonté A. Devin IBGC du CNRS, Bordeaux Frac%on de sites contenant un ligand Berder 3-­‐9 avril 2011 : CoopéraAvité et singularité en Biologie Hill Singularité(s) du compar%ment au sein de la cellule eucaryote En quoi Le compar%ment « facilite » le fonc%onnement de la cellule A. Devin IBGC du CNRS, Bordeaux La mitochondrie : un organite singulier …… Ultrastructure et dynamique Découverte : XIXème siècle Vision classique mitochondrie (du grec mitos, fil et chondros, grain) La mitochondrie : un organite singulier …… Ultrastructure et dynamique Découverte : XIXème siècle 1999 1985 Différents compar%ments mitochondrie (du grec mitos, fil et chondros, grain) La mitochondrie : un organite singulier …… Origine VIE 5 milliards(Ma) 4 Ma 3 Ma 2 Ma 1 Ma O2 Cyanobactéries Procaryotes aérobies Eucaryotes Théorie endosymbio%que, 1966 6 106 Quaternaire 100 106 Hominidés Ter<aire 210 106 mammifères Secondaire Dinosaures 550 106 Primaire Poissons Endosymbiotic Theory
http://www.biology.iupui.edu/biocourses/n100/2k2endosymb.html
La mitochondrie : un organite singulier …… The Endosymbiotic Theory
Worksheet, January 14, 2002
I. A theory on the Origins of Eukaryotic Cells: Mitochondria
and Chloroplasts
There are a great many differences between Eukaryotic cells and Prokaryotic cells
in size, complexity, internal compartments.
However, there is a curious similarity between prokaryotic cells and the organelles
of eukaryotic cells. Some of these similarities were first noted in the 1880s, but were
largely ignored for almost a century!
Prokaryotes
Chloroplasts of
Mitochondria of
Photosynthetic
Eukaryotic cells
eukaryotes
Eukaryotes
DNA
Multiple linear
1 single, circular chromosomes
1 single, circular
chromosome
compartmentalized in a chromosome
nucleus
1 single, circular
chromosome
Replication
Binary Fission
(1 cell splits into Mitosis
2)
Binary Fission
(1 cell splits into
2)
Binary Fission
(1 cell splits into
2)
Ribosomes
"70 S"
"80 S"
"70 S"
"70 S"
Found in the
plasma
membrane
around cell
Not found in the
plasma membrane
around cell (found only
in the cell's
mitochondria and
chloroplasts)
Found in the
Found in the
plasma membrane
plasma membrane
around
around chloroplast
mitochondrion
~50 - 500 microns
~1-10 microns
Electron
Transport
Chain
Size
~1-10 microns
(approximate)
~1-10 microns
Anaerobic
bacteria:
Appearance on ~3.8 Billion
~1.5 billion years ~1.5 billion years
~1.5 billion years ago
Endosymbiotic Theory
http://www.biology.iupui.edu/biocourses/n100/2k2endosymb.html
Earth
ago
ago
years ago
Photosynthetic
bacteria:
~3.2 Billion
1 of 4
10/15/10 11:54 AM
years ago
Aerobic bacteria:
~2.5 Billion
years ago
Based on these similarities, could you come up with a hypothesis about the possible
ancestors of mitochondria and chloroplasts? Talk it over, and list it here:
Théorie endosymbio%que, 1966-­‐Lynn Margulis II. The Endosymbiotic Theory ... first postulated by Lynn Margulis in the
1967.
The Endosymbiotic Theory was first proposed by former Boston University Biologist
Lynn Margulis in the 1960's and officially in her 1981 book "Symbiosis in Cell
Evolution". Although now accepted as a well-supported theory, both she and the theory
were ridiculed by mainstream biologists for a number of years. Thanks to her persistance,
and the large volumes of data that support this hypothesis gathered by her and many other
scientists over the last 30 years, biology can now offer a plausible explanation for the
evolution of eukaryotes. [Quote]
Dr. Margulis was doing reserarch on the origin of eukaryotic cells. She looked at all the
data about prokaryotes, eukaryotes, and organelles. She proposed that the similarities
between prokaryotes and organelles, together with their appearance in the fossil record,
could best be explained by "endo-symbiosis".
[Endo = "within"]
[Endocytosis = (cyto = cell) a process of 'cell eating' - cells are engulfed, but then usually
digested as food....]
Origine La mitochondrie : un organite singulier …… Théorie endosymbio%que, 1966-­‐Lynn Margulis Further supported by : transfert lateral de genes/ propre code géné<que ADN La mitochondrie : de la singularité à la coopéra%vité la transducAon de l’énergie Source première d’ATP (oxyda%ons phosphorylantes) Liaison a haut poten%el d’hydrolyse Base de l’énergie chimique =Évolu%on spontanée d’un système vers un état plus stable (la liaison anyhydride d’acide est instable) Molécule dont l’hydrolyse permet de réaliser des réac%ons thermodynamiquement défavorables La mitochondrie : de la singularité à la coopéra%vité la transducAon de l’énergie La transduc%on de l’énergie : P. Mitchell (prix Nobel 1978) Théorie chimio-­‐osmo%que Chaîne respiratoire (oxyda%on) e-­‐ e-­‐ e-­‐ e-­‐ Transforma%on de l’énergie chimique (∆Gox/red) en énergie osmo%que (∆µH+) NB barrage hydro-­‐electrique La mitochondrie : de la singularité à la coopéra%vité la transducAon de l’énergie La synthèse d’ATP Oxida%on Phosphoryla%on Transforma%on de l’énergie osmo%que (∆µH+) en énergie chimique (∆Gp) La mitochondrie : de la singularité à la coopéra%vité la transducAon de l’énergie La synthèse d’ATP (John Walker prix Nobel 1997) Credit: Professor John E. Walker, Medical Research Council, Dunn Human NutriAon Unit, Cambridge, UK La mitochondrie : un organite singulier …… Vision classique Ultrastructure et dynamique La mitochondrie : un organite singulier …… Ultrastructure et dynamique La GFP et la microscopie à fluorescence : mitochondrie au XXIème siècle Le réseau mitochondrial et ça bouge!!!! Les mitochondries sont des structures dynamiques qui se déplacent, fusionnent et se divisent. Les mitochondries des cellules Hela sont visualisées toutes les huit secondes à l'aide d'une protéine fluorescente verte (GFP) adressée à la matrice mitochondriale (mtGFP). Temps du film 30 min. (Crédit : M. Rojo) La mitochondrie : un organite singulier …… Ultrastructure et dynamique (Crédit : M. Rojo) 1-­‐Fission et fusion du compar%ment… (rôle?) 2-­‐Les deux membranes fusionnent séparément La mitochondrie : un organite singulier …… Ultrastructure et dynamique Mitochondria Kiss and Run Mitochondrie et individualité (concept de mitochondrie unique) EMBO J. 2009 Oct 21;28(20):3074-­‐89. Mitochondrial 'kiss-­‐and-­‐run’ Liu X, Weaver D, Shirihai O, Hajnóczky G. La mitochondrie : un organite singulier …… ADN ADN mitochondrial: L'ADN mitochondrial est organisé en centaines de nucléoïdes distribuées dans tout le compar%ment mitochondrial. Des fibroblastes primaires de peau humaine furent fixés et décorés avec des an%corps contre COX2 (rouge, mitochondries), avec des an%corps contre l'ADN (vert -­‐ nucléoïdes) et avec DAPI (bleu -­‐ noyau). (Crédit : M. Rojo) Distribu%on dans tout le compar%ment La mitochondrie : un organite singulier …… Non-­‐mendeleian inheritance (mother) Hétéroplasmique : grande diversité de pathologies ADN La mitochondrie : un organite singulier plein de bonne volonté mort programmée de la cellule Rôle majeur dans le processus de mort programmée (cytochrome c) La mitochondrie : un organite singulier plein de bonne volonté métabolisme apoptose hiberna%on Crédit : James et al, Dept of Medical Sciences, University of Edinburgh Phosphoryla%on oxyda%ve Synthèse des lipides