Cours Stage - Transferts horizontaux et endosymbioses

Exercice - Bactéries et mitochondries

L'énoncé

Prendre connaissance des documents suivants puis répondre aux questions. 

 

Document 1 : Informations générales sur les bactéries

Les organismes bactériens mesurent en moyenne 1 μm de long, contre une taille en moyenne 15 fois plus grande pour les cellules eucaryotes. Ils possèdent un ADN circulaire libre dans le cytoplasme. Chez ces organismes, la traduction est initiée grâce à l'utilisation de la N-formylméthionine comme acide aminé. leur membrane contient un lipide membranaire caractéristique : la cardiolipine. Les bactéries se multiplient par scissiparité.

 

Document 2 : Informations générales sur les mitochondries

Les mitochondries mesurent environ 1 μm de long. Elles possèdent une double membrane : une externe, contenant des porines (les porines sont des protéines de transport), et une interne qui contient notamment de la cardiolipine.

Elles possèdent leur propre génome, sous forme d'un ADN circulaire. Cet ADN porte 37 gènes, codant pour 13 protéines, 2 ARN ribosomiques et 22 ARN de transfert. La traduction de ces protéines est initiée par la N-formylméthionine, un acide aminé. Les 1100 autres protéines mitochondriales sont codées par l'ADN génomique de la cellule contenant les mitochondries.

Les mitochondries se multiplient par scissiparité.

 

Document 3 : Mitochondries observées au MET

Mitochondria,_mammalian_lung_-_TEM_1


Question 1

Rappeler ce qu'est, dans les grandes lignes, la théorie endosymbiotique. 

En constatant les nombreuses ressemblances qui existent entre les organites présents dans les cellules eucaryotes actuelles (plastes, mitochondries) et la capacité d'endocytose que possèdent certaines cellules, la théorie endosymbiotique énonce, que ces organites dérivent de bactéries qui ont été endocytées par d'autres, il y a de cela pour la première fois environ 2,4 Ga. 

Selon les versions, ces bactéries qui en ont ingérées d'autres sans les digérer, étaient ou non déjà des eucaryotes. Une relation de symbiose s'est ensuite établie entre les deux organismes, qui sont devenus co-dépendants. 

Il n'est pas demandé de rentrer dans les détails des preuves.

Question 2

Utiliser l'ensemble des documents pour appuyer la théorie endosymbiotique de preuves en sa faveur. 

D'après la théorie endosymbiotique, les organites, dont les mitochondries sont un exemple, sont d'origine bactérienne. 

En effet, si l'on compare bactéries et mitochondries, à l'aide des descriptions fournies par les documents 1 et 2, on s'aperçoit qu'elles ont beaucoup en commun. Elles ont la même longueur moyenne (1 µm). Les mitochondries ont leur paroi interne qui contient un lipide exclusif aux bactéries : la cardiolipine, ce qui prouve qu'elles étaient ancestralement des bactéries.

De plus elles possèdent un génome propre, sous forme d'un ADN circulaire, comme les bactéries, ce qui prouve qu'elles étaient originellement un organisme autonome, de type bactérien.

Également, pour les bactéries comme les mitochondries, la traduction des protéines est initiée par le même acide aminé : la N-formylméthionine.

Enfin, les mitochondries sont capables d'exprimer leur génome de façon autonome (elles ont des gènes codant pour des ARN ribosomiques et ARN de transfert impliqués dans la traduction des ARN messagers en protéines), de répliquer leur génome, et de se multiplier par scissiparité, ce qui encore une fois penche en faveur du fait que les mitochondries étaient autrefois un organisme à part entière, de type bactérie.  

Mettre en évidence les similarités entre bactéries et mitochondries.

Question 3

À l'aide du document 2, montrer que les mitochondries ne sont pas des organismes autonomes. 

Les bactéries ne sont que semi-autonomes : elles dépendent de la cellule dans laquelle elles se trouvent, dans le génome duquel une très grande partie de leur génome a été transféré (1100/1123 gènes). C'est la cellule hôte qui exprime ce génome, les protéines résultantes sont importées dans les mitochondries par le biais des porines se trouvant dans leur membrane externe. 

Montrer que les mitochondries dépendent de la cellule qui les contient.