Protons le long de la membrane : Des physiciens de l'Université MISiS démythifient le mécanisme biochimique du transport des protons vers les mitochondries

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Des microbiologistes et des biophysiciens de l'Université MISiS ainsi que des scientifiques de l'Université Johannes Kepler ont apporté une réponse à l'une des grandes questions scientifiques d'envergure mondiale. Leur découverte aide à comprendre de quelle manière la nourriture se transforme en une substance fournissant de l'énergie aux muscles. La complexité de ce cycle de transformation est telle que son explication approfondie peut remplir un épais manuel. En général, il peut être résumé comme suit : une fois que la nourriture est mâchée et avalée, elle entre dans l'estomac où, par plusieurs mécanismes, elle est partiellement divisée en particules plus petites, voire en molécules. Le processus de digestion se poursuit dans l'intestin grêle sous l'influence de diverses enzymes alimentaires. C'est là que la transformation des glucides en glucose et la décomposition des lipides et des protéines se produit. Ensuite, le reste est divisé en deux parties et pénètre sous cette forme (appelée pyruvate) les mitochondries, qui est l'organite de liaison des cellules au sein de la plupart des organismes vivants - animaux, plantes, champignons.

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     (Photo: http://mma.prnewswire.com/media/591341/Sergei_Akimov.jpg )

Les morceaux de glucose sont oxydés rapidement et de façon constante dans les mitochondries. La nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) flotte à proximité. Son proton se détache en raison de cette oxydation et pénètre la partie des mitochondries responsable de l'adénosine triphosphate (ATF) - le « combustible humain » qui alimente tout notre organisme. Jusqu'à récemment, on ne savait pas exactement comment les protons y parvenaient. Ils pourraient aller où ils le désirent. Toutefois, ils restent en quelque sorte près de la membrane, s'accumulant aux vannes circulaires du « réacteur de synthèse d'ATF. » Aujourd'hui, les scientifiques de l'Université MISiS et leurs collègues savent exactement pour quelle raison cela se produit.

« Les protons qui se déplacent à l'intérieur des mitochondries restent à l'intérieur de la partie aqueuse. On sait que les molécules d'eau (H₂O) sont constituées de deux atomes d'hydrogène (H) et d'un atome d'oxygène (O). En plus des liaisons chimiques au sein d'une molécule d'eau, ces atomes peuvent former des liaisons faibles avec des molécules d'eau voisines, appelées hydrogène. Près de la surface de la membrane, ces liaisons au sein des molécules d'eau sont formées d'une manière particulière dans le sens où l'eau est d'un côté et une " paroi " de l'autre. Les liaisons hydrogène à proximité de la membrane sont différentes : leurs quantités et structures varient. Le proton les utilise comme " rails " pour circuler le long de la membrane. Notre recherche a démontré qu'il a " un penchant " pour cette structure : plutôt que de flotter vers l'intérieur des mitochondries, il se déplace rapidement le long de la membrane. », explique Sergei Akimov, chercheur au département de physique théorique et des technologies quantiques de l'Université MISiS.

Les résultats de ces recherches fondamentales permettent aux scientifiques de comprendre les mécanismes globaux de production d'énergie au sein des cellules ainsi que la manière d'ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de la pharmacologie. Les résultats des recherches peuvent servir à développer des médicaments neutralisant les effets des poisons dissociatifs, ainsi qu'à prévenir des maladies liées à l'hyperthyroïdie. Pour ces maladies, les découplants de substances (acides faibles liposolubles qui lient efficacement les protons et provoquent une diminution globale de la synthèse d'ATF ») s'accumulent dans les mitochondries. Les connaissances acquises par les scientifiques russes permettront à la communauté scientifique de comprendre ce qui doit être accompli pour restaurer l'énergie humaine au sein de chaque cellule.

Source : http://en.misis.ru/university/news/science/2017-10/4950/