Ils servent à produire l'ATP (Adénosine triphosphate), le "carburant" qui fait fonctionner tout notre organisme. Des centaines de milliards de mitochondries "vrombissent" du "rugissement" des mécanismes robotiques à propulsion protonique. Dans un petit orifice arrive un phosphate qui tombe dans le conteneur puis, grâce au courant électrique des protons, acquiert de nouvelles propriétés chimiques avant d'arriver dans un tuyau pour s'introduire à l'intérieur de la mitochondrie afin de s'unir avec d'autres phosphates pour former la molécule d'ATP.
Cette image industrielle fait-elle réellement partie de notre organisme? Et d'où viennent ces "machines" dans nos cellules? Comment des protons s'y retrouvent-ils? Est-ce que ces dispositifs faisant penser aux portes circulaires des supermarchés peuvent nous "peupler" de l'intérieur par millions?
Les microbiologistes et les biophysiciens qui voulaient comprendre comment la nourriture absorbée par l'homme se transformait en substance alimentant en énergie chacun de nos muscles se sont posés toutes ces questions — et y ont trouvé des réponses. Le cycle de transformation est si complexe que son explication devrait être développée sur des centaines de pages. Mais, en résumé: une fois que la nourriture est mâchée et avalée, elle arrive dans l'estomac pour subir différentes transformations permettant une absorption. Le processus de digestion se poursuit dans l'intestin grêle sous l'effet de différents ferments nutritifs. S'y produit une transformation des glucides en glucose, une décomposition des lipides et des protéines.
Puis le glucose arrive dans la cellule. Il se sépare en deux éléments égaux et sous cette forme (appelée pyruvate) arrive dans la mitochondrie.
Les mitochondries sont une partie indispensable des cellules de la plupart des organismes vivants — des animaux, des plantes et des champignons. Selon une théorie, les mitochondries étaient autrefois des organismes autonomes et vivaient séparément de nous, c'est pourquoi elles ont conservé leur gène (mitochondrial) jusqu'à ce jour. Autrement dit, dans chaque cellule d'un homme se trouve un être propre, avec son génome! A un moment donné, ils ont fusionné avec nos cellules pour leur permettre de transformer la nourriture en énergie. Cette collaboration fructueuse, bénéfique pour les deux organismes, est appelée symbiose et se poursuit aujourd'hui encore.
Ainsi, en arrivant dans la mitochondrie, les pyruvates — les parties de glucose dans le cycle de Krebs — s'oxydent progressivement.
A proximité, dans la mitochondrie, nage le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD). L'énergie d'oxydation au passage de cette molécule provoque l'élimination d'un proton.
Voilà! Enfin, dans le système complexe de transformations, est apparu ce fameux proton nécessaire pour la synthèse de la molécule d'ATP. Sur notre illustration principale, ces protons se déplacent rapidement au-dessus de la membrane mitochondriale avant d'arriver dans la "machine". En réalité, et jusqu'à récemment, on ignorait comment ils y arrivaient. Car ces protons peuvent aller où bon leur semble. Mais pour une certaine raison, ils restent à proximité de la membrane en s'accumulant directement devant l'entrée du portail circulaire de la "machine". Les chercheurs russes de l'Université nationale de recherche et de technologie MISiS, en collaboration avec leurs collègues autrichiens de l'Institut de biophysique de l'Université Johannes Kepler de Linz, savent désormais pourquoi cela se produit grâce à des expériences filigranées.
Sergueï Akimov de la chaire de physique théorique et des technologies quantiques du MISiS explique: "En se déplaçant à l'intérieur de la mitochondrie, les protons se retrouvent dans l'eau. On sait qu'une molécule d'eau (H2O) se compose de deux atomes d'hydrogène (H1) et d'un atome d'oxygène (O16). Hormis la liaison chimique à l'intérieur d'une molécule d'eau, ces atomes peuvent former des liaisons faibles avec les molécules d'eau voisines, appelées liaisons d'hydrogène. A proximité de la surface de la membrane, ces liaisons dans une molécule d'eau se forment d'une manière particulière car d'un côté se trouve l'eau, et de l'autre un "mur". Les liaisons d'hydrogène à proximité de la membrane sont différentes, leur nombre et structure sont différents. C'est leur proton qui est utilisé en tant que "rails" pour avancer le long de la membrane. Notre étude a montré qu'il "aimait" cette structure, ne partant pas en profondeur dans la mitochondrie mais se déplaçant de manière anormalement rapide le long de la membrane."
C'est ainsi que se produit la "capture" des protons pour former la molécule énergétique la plus essentielle de notre corps: l'ATP. Elle intervient dans tous nos mouvements, pour maintenir la température du corps et ainsi de suite. L'ATP est une véritable "batterie" universelle fournissant de l'énergie pour la plupart des réactions qui se produisent dans la cellule. Cela assure la synthèse des protéines, des glucides, des matières grasses, le mouvement des flagelles et des cils, le transport des substances, et l'évacuation des déchets des cellules. Au moment de la désintégration de l'ATP — le déchargement de la "batterie" — est émise l'énergie nécessaire.
Les résultats obtenus par cette étude fondamentale ont rapproché les scientifiques de la compréhension des mécanismes globaux de génération d'énergie dans les cellules et ouvrent également des perspectives pour la pharmacologie. Les résultats de leur travail peuvent être utilisés pour élaborer des médicaments neutralisant l'effet de poisons dissociatifs, ainsi que pour prévenir les maladies liées à l'hyperfonction de la glande thyroïde. Dans le cas de ces pathologies, les substances dites dissociatives — des acides liposolubles faibles qui relient efficacement les protons — s'accumulent dans les mitochondries, ce qui entraîne une baisse générale de la synthèse de l'ATP. Les nouvelles connaissances obtenues par les chercheurs russes permettent de comprendre ce qui doit être fait pour restituer l'énergie de l'homme au niveau de chaque cellule.
