Introduction
De ce qui précède il apparaît que la production d'ATP requiert une provision de métabolites tels que les acides gras, le pyruvate et les acides aminés dans l'espace matriciel. L'enveloppe mitochondriale contient donc de nombreuses protéines de transport, les porines, échangeurs et transporteurs (revoir les principales classes de protéines membranaires de transport). Le transport semble s'effectuer sur des sites bien précis, nommés « sites de contact mitochondriaux », au niveau desquels les deux membranes unitaires sont rapprochées. Ces sites regroupent différentes protéines transporteuses. Des exemples significatifs sont donnés ci-dessous (paragraphe « transport à travers la membrane interne »).
Pour s'approvisionner activement en métabolites, les mitochondries ont adopté la même stratégie que la cellule au niveau de sa membrane plasmique : elles utilisent un gradient électrochimique pour faciliter le transport au travers de la membrane interne. Dans le cas de la membrane plasmique (de la cellule), c'est le gradient de Na+ et K+, (entretenu par les pompes Na+/K+ mises en jeu par hydrolyse de l'ATP ) qui facilite le transport. Dans la membrane interne (au niveau de la crête mitochondriale), le transport utilise le gradient de protons (H+) entretenu par les complexes I, III et IV qui sont actionnés par l'association transitoire avec des électrons provenant du NADH. Si la membrane plasmique utilise le gradient de Na+ pour le transport de glucose ou les échangeurs Na+/H+ pour la régulation du pH, les mitochondries utilisent le gradient de protons (H+) pour le transport de pyruvate et H2PO- 4 (Pi) et l'échange d'ADP/ATP.
NB : Les pompes Na+ et K+ entretiennent un potentiel de 70 mV (négatif à l'intérieur de la cellule), alors que les complexes mitochondriaux de la chaîne respiratoire réalisent un potentiel de 150 mV (négatif à l'intérieur de la mitochondrie) : revoir la différence de potentiel transmembranaire ci-dessous.
La différence de potentiel transmembranaire
La différence de potentiel transmembranaire, ou potentiel de membrane, d'une cellule animale est proche de -70 mV, la face cytoplasmique étant chargée négativement par rapport à la face externe. Le potentiel de membrane est le résultat de mouvements ioniques transmembranaires. Ces mouvements sont la conséquence d'une distribution inégale de part et d'autre de la membrane des ions et macromolécules chargées (comme les glucides complexes, les nucléotides et les protéines). Cette distribution est elle- même la conséquence de transports transmembranaires actifs avec une contribution majeure de l'ATPase Na+/K+.