Métabolisme bactérien

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MICROBIOLOGIE GENERALE
CHAPITRE IV : METABOLISME BACTERIEN
Il implique un grand nombre de réactions biochimiques complexes, communes pour la plupart aux procaryotes et eucaryotes.
La particularité du métabolisme de la bactérie est la capacité d’utiliser toutes les sources de carbones, de recycler les déchets, et
d’utiliser des substances inorganiques.
Elles joueront un rôle dans la bioremédiation, la biodétérioration, et les biotechnologies.
I – LE CATABOLISME
C’est la première partie du métabolisme. Il est exergonique et touche les réactions de classe I (utilisation de l’énergie de la
cassure des liaisons des atomes).
Majeure partie de l’énergie issue du pouvoir réducteur :
Nutriment
(red)
+ NAD
+
 Nutriment
(ox)
+ NADH + H
+
Cela servira ensuite via la chaine de transfert d’électrons à faire de l’ATP via phosphorylation qui peut avoir lieu :
- Au niveau du substrat : C-C-C-P + ADP  C-C-C + ATP
Par exemple pour les cas suivants :
o PEP + ADP  Pyruvate + ATP
o 1,3-Bisphosphoglycérate + ADP  3Phosphoglycérate + ATP
- Dans la membrane plasmique (phosphorylation oxydative) : c’est une chimioosmose
- Dans les thylakoïdes (photophosphorylation) : c’est le cas des cellules photosynthétiques.
La force protomotrice fait également partie du catabolisme. En fonction de celui-ci on peut avoir plusieurs types trophiques
différents :
o Phototrophe : son besoin énergétique est la lumière.
o Chimiotrophe : son besoin énergétique est un composé chimique
• Chimiolithotrophe : le substrat est minéral – donneur d’électrons inorganique tel le Soufre réduit.
• Chimioorganotrophe : le substrat est organique – le donneur est donc un composé du style glucose.
Ceci est indépendant du type auxotrophe/prototrophe ou autotrophe/hétérotrophe.
A – LE CATABOLISME GLUCIDIQUE
On a deux chemins principaux pour cataboliser le glucose : fermentation et respiration.
 Respiration cellulaire aérobie
On produit de l’énergie par oxydation de molécules : glycolyse, avec ou sans dioxygène.
Glycolyse (glucose donnant deux pyruvates) [2 ATP + 2 NADH]
2 pyruvates  2 Acétyl CoA [2 NADH]
2 A. CoA  2 CO
2
[6 NADH + 2 FADH
2
+ 2 GTP] (Krebs)
Soit un total de 4 xTP formés.
Le NADH transfère ensuite ses électrons vers une flavoprotéine, des ubiquinones, puis des complexes cytochromes variant avec
l’espèce et la nature de l’aération. Il y a réoxydation du NADH (1 donnant 3 ATP car expulsion de 6 H
+
) et du FADH
2
(1 donne 4
H
+
donc deux ATP) ce qui rajoute 36 ATP supplémentaire pour un total de 38 ATP.
 Respiration cellulaire anaérobie

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Même chose mais l’accepteur final n’est pas l’O
2
.
Bilan :
- Glycolyse : 2 ATP + 2 NADH (6 ATP)
- 2 Pyr -> 2 A. CoA : 2 NADH (6 ATP)
- Krebs : aucun GTP formé.
Beaucoup moins efficace. Exemple des bactéries nitrifiantes (NO
3
-
+ 2e
-
+ 2H
+
 NO
2
-
+ H
2
O)
 Fermentation
Ici ce sont des molécules organiques qui servent de donneur et d’accepteur. Il existe les fermentations lactiques, et les
fermentations alcooliques. Bilan :
- Glycolyse : Glucose  2 Lactate par exemple, 2 ATP
- Phosphorylation oxydative : 2 ATP
Bilan total de 4 ATP. Pas beaucoup du tout.
B – CATABOLISME DES LIPIDES ET DES PROTEINES
Ils sont également vitaux. Comme ils ne passent pas la membrane, les lipides doivent être hydrolysés en :
o Acides gras qui deviennent Acétyl CoA par β-Oxydation  Cycle de Krebs
o Glycérol transformé en DHAP/3PG, puis en acide pyruvique pour devenir Acétyl CoA et aller au cycle de Krebs.
Les protéines elles, ne passent pas la membrane plasmique et nécessitent l’excrétion par le microorganisme de peptidases et
protéases donnant des acides aminés ou des dipeptides lesquels sont dégradés via désamination, décarboxylation ou
déshydrogénation.
C – TESTS BIOCHIMIQUES ET IDENTIFICATION BACTERIENNE
On peut détecter les enzymes du métabolisme en mettant un indicateur, un sucre, et un Acide Aminé ou protéine. Quand c’est
jaune, présence de glucose, c’est acide. Si c’est violet, présence d’acide aminé, donc d’un produit alcalin.
Lorsqu’on doit étudier les germes qui peuvent éventuellement avoir contaminés un produit, on a recours à des galeries API pour
comparer les productions d’enzymes.
D – LES CHIMIOLITHOTROPHES
Eux utilisent comme donneur d’électron un composé inorganique et le plus souvent sont hétérotrophes. Ils nécessitent
d’énormes quantités :
Donneur Accepteur Produit
Alcaligenes H
2
O
2
H
2
O
Nitrosomonas NH
4
+
O
2
NO
2
-
Nitrification des sols
Nitrobacter NO
2
-
O
2
NO
3
-
Thiobacillus dentrificans S°, H
2
S NO
3
-
SO
4
2
-
Thiobacillus ferroxidans Fe
2+
, S°, H
2
S O
2
Fe
3+
, H
2
SO
4
E – LES BACTÉRIES PHOTOSYNTHÉTIQUES
6 CO
2
+ 12 H
2
O + ε  C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
+ 6 H
2
O
Les bactéries photosynthétiques ont recours à la photophosphorylation avec la chlorophylle A (végétaux et cyanobactéries) ou
de la bactériochlorophylle, qui absorbe à des longueurs d’ondes plus grandes que la A. Il existe les photoautotrophes et les
photohétérotrophes.
o Photoautotrophes
• Cyanobactéries : réduction de CO
2
par l’H
2
O produisant de l’O
2
(photosynthèse oxygénique).

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• Bactéries vertes sulfureuses (sulforéductrices) et pourpre sulfureuses qui font une photosynthèse
anoxygénique avec le S, H
2
, H
2
S pour réduire le CO
2
.
La différence entre les deux réside en le type et la localisation de la bactériochlorophylle (pourpre : invagination de la membrane
plasmique, verte : chlorosomes), l’endroit de stockage du soufre, et la séquence de l’ARN 16S.
o Photohétérotrophes : la source d’énergie est la lumière, celle de carbone est un composé organique (alcool, acide
gras, composé organique etc.…). Ce sont les bactéries vertes et pourpres non-sulfureuses.
F – ROLE DES BACTERIES EN BIO GEOCHIMIE
II – L’ANABOLISME
Biosynthèse des lipides, sucres, Acides Aminés, purines, pyrimidines, etc.… voir le cours d’ABM.