Importance des Micro

Importance des Micro-Organismes (1)
Métabolisme d’une cellule photosynthétique
Les Photosynthèses
Importance des Micro-Organismes (2)
La Photo-Lithotrophie
La Photo-Organotrophie
Importance des Micro-Organismes (3)
Le cycle de Calvin
Entrée
Sortie
Trois molécules de CO2 entrent dans le cycle et sont réduites. Cette étape
mène à la production de 6 glycéraldéhyde-P.
L’un de ces glycéraldéhyde constitue le bénéfice du cycle et est exporté. Les
5 restants sont alors recyclés : les 5 molécules en C3 servent à produire 3
molécules en C5.
Importance des Micro-Organismes (4)
La Respiration des Chimio-Organotrophes
La respiration aérobie.
La chaîne respiratoire permet la re-oxydation des coenzymes réduits (NADH, FADH2) issus
du cycle de Krebs et de la glycolyse.
L’accepteur final (la pauvre molécule sur laquelle on va se débarasser de ces électrons qui
nous gènent...) est le dioxygène.
Importance des Micro-Organismes (5)
Les phosphorylations sur le substrat
Oxydation de l’aldéhyde et phosphorylation de l’acide obtenu. Puis
transfert du phosphoryl sur un ATP.
VOIR CI-DESSOUS
Transition entre un énol (le PEP) et
une cétone (le pyruvate), avec transfert du phosphoryl sur un ATP
Oxydation de l’a-cétoglutarate et
liaison du succinyl obtenu sur un
Coenzyme-A. Puis récupération de
l’énergie sur un GTP.
Importance des Micro-Organismes (6)
Quelques aspects de la membrane d’Escherichia coli
Importance des Micro-Organismes (7)
La Chimio-Lithotrophie
Les donneurs d’électrons sont des ions minéraux réducteurs. Les électrons sont alors
transférés de façon spontanée (
) vers un accepteur final (O2 ou NO3–). Ce
transfert est couplé à des translocations de protons, ce qui permet de constituer un
gradient électro-chimique de protons. Comme la différence de potentiel red-ox entre
producteur primaire et accepteur d’électrons n’est pas fameuse, il y a une grande
consommation de donneurs d’électrons pour la constitution de ce gradient.
Le gradient électro-chimique de protons est alors exploité de deux manières:
• D’une part, il est dissipé au niveau d’une sphère ATPasique et permet la synthèse
d’ATP de la cellule.
• D’autre part, il est couplé à une seconde chaîne de transfert d’électrons (
)
qui est, elle, endergonique. Il s’agit en effet d’un transfert depuis les donneurs vers
un co-enzyme d’oxydoréduction (NADPH,H+). Ce transfert est non-spontané et exige
donc la dissipation d’une énergie. Ce couplage est en tout point comparable à celui
de la chaîne de transfert spontanée: seuls les sens des transformations sont différents. Dans la première chaîne, un flux spontané d’électrons permet la constitution
d’une différence de potentiel électro-chimique dans la seconde chaîne, la dissipation
d’un potentiel électro-chimique permet un transfert d’électrons anti-spontané.
Importance des Micro-Organismes (8)
Exemples d’organismes Chimiolithotrophes
Nitrosomonas
Bactérie essentielle du sol,
elle participe à la minéralisation de l’azote organique.
Elle oxyde les ions ammonium en NITRITES (nitrosation).
Cette oxydation est exergonique :
352 kJ.mol–1
Exige un sol peu acide
Nitrobacter
Bactérie essentielle du sol,
elle participe à la minéralisation de l’azote organique.
Elle oxyde les ions nitrites
en NITRATES (nitratation).
Cette oxydation est exergonique :
75 kJ.mol–1
Exige un sol peu acide
Thiobacillus
ferrooxidans
Bactérie vivant dans des
milieux extrèmes. On la
trouve, entre autres, dans
les terrils. Elle peut vivre
à pH 1. Elle entretient une
expulsion permanente de
protons grâce à une oxydation de Fer II en Fer III.
Importance des Micro-Organismes (9)
Les fermentations
Fermentation
alcoolique
Elle est assurée par Saccharomyces cerevisiae.
Elle s’accompagne d’un
dégagement de CO2 (ça
fait des bulles) et de la
production de l’éthanol
comme déchet (évacuation des électrons issus
de la glycolyse).
Intervient dans la fabrication du pain (pour les bulles) et des alcools (pour
l’éthanol et parfois aussi
pour les bulles).
Fermentation
lactique
Elle est assurée par des
bactéries du genre Lactobacillus et par les cellules
musculaires.
Elle s’accompagne de
la production d’acide
lactique comme déchet
(évacuation des électrons
issus de la glycolyse).
Intervient dans la fabrication du yaourt (l’acidité
fait coaguler les protéines
du lait).
Est une des sources
d’énergie des cellules
musculaires
Importance des Micro-Organismes (10)
La fermentation acétique productrice de H2
Les devenirs du Pyruvate cellulaire
Importance des Micro-Organismes (11)
La respiration anaérobie
La chaîne respiratoire permet également la re-oxydation des coenzymes réduits (NADH,
FADH2) issus du cycle de Krebs et de la glycolyse.
L’accepteur final (la pauvre molécule sur laquelle on va se débarasser de ces électrons qui
nous gènent...) est cette fois-ci une autre molécule minérale, l’ion nitrate. A cette différence
près, tout fonctionne comme pour une respiration aérobie.
Importance des Micro-Organismes (12)
Comment être autotrophe au Carbone ?
Importance des Micro-Organismes (13)
L’acétogenèse à partir d’H2 chez les Archées
La méthanogenèse à partir d’H2 chez les Archées
Importance des Micro-Organismes (14)
Complémentarité des métabolismes : exemple du sol
Importance des Micro-Organismes (15)
Le cycle du Carbone
Cycle du
Carbone
Importance des Micro-Organismes (16)
Le cycle de l’Azote
Cycle de
l’azote
Importance des Micro-Organismes (17)
Catalyse de l’assimilation du diazote
Réalisation de la fixation du diazote N2
Importance des Micro-Organismes (18)
La symbiose Légumineuse-Rhizobium
Importance des Micro-Organismes (19)
Dialogue moléculaire entre Rhizobium et son hôte
Lors de la réalisation de la
symbiose, les bactéroïdes
constituent des sortes
d’organites fixateurs de
diazote.
Cependant, le passage de
Rhizobium d’un état libre à
un état symbiotique sous
forme de bactéroïde suppose
la possibilité de modifier son
programme génétique.
La plupart des gènes connus
pour être impliqués dans la
nodulation (interaction avec
la plante hôte) et la fixation de
diazote sont localisés sur un grand plasmide circulaire de la bactérie, le plasmide sym (pour
symbiose). Un Rhizobium dépourvu de ce plamide est incapable d’infester une racine ou de
produire une nodulation ; si on réintroduit dans la bactérie un plasmide sym, elle recouvre ses
possibilités de symbiose.
Les gènes de ce plasmide qui sont impliqués dans la symbiose ont été nommés gènes nod . Ils ont
été repérés et cartographiés grace à l’étude de mutants. Cependant les rôles précis de ces gènes
sont mal connus. On distingue des gènes communs à tous les Rhizobiums, interchangeables
d’une espèce à l’autre, et d’autres qui sont plus spécifiques, et plus particulièrement spécifiques
de l’hôte infesté (les gènes hsn, pour host specificity of nodulation ). L’expression de certains
gènes nod semble être activée avant même la nodulation par des exsudats racinaires de la
future plante hôte (émission de flavonoïdes par la racine), ce qui illustre le caractère très précoce
du « dialogue » entre la plante et la bactérie.
Les gènes impliqués dans la fixation du diazote sont nommés gènes nif ou fix . Les gènes
nif sont présent chez les bactéries fixatrices d’azote, qu’elles soient libres ou symbiotiques.
Ils comprennent les gènes structuraux codant pour la synthèse de la nitrogénase, mais aussi
de nombreux gènes de régulation. Les gènes fix semblent ne concerner que les batéries
symbiotiques. Une fonction essentielle de ces gènes serait de gouverner la synthèse de l’hème
de la Leghémoglobine. Ainsi la synthèse de la Leghémoglobine, essentielle à la réalisation de la
symbiose, requiert les expressions génétiques à la fois de la bactérie et de l’hôte. On pourra faire
une analogie amusante avec les organites à double membrane dont certaines protéines majeures
sont produites grace à des gènes en partie nucléaires et en partie propres à l’organite.
Par ailleurs un certain nombre de protéines (les nodulines) spécifiques aux nodules sont produites
par la plante hôte elle-même. Ces protéines sont codées par des gènes de la plante que l’on
nomme Nod (avec un N majuscule). On a pu ainsi dénombrer 20 à 30 nodulines différentes qui
s’expriment à différents stade de la nodulation.
Importance des Micro-Organismes (20)
La minéralisation de l’azote organique
Importance des Micro-Organismes (21)
Similitudes entre chaînes membranaires
ChimioOrganoTrophie
Des transporteurs réduits
cèdent leurs électrons à un
accepteur final. L’ensemble
se fait le long d’une chaîne
exergonique au cours de
laquelle des protons sont
transloqués.
La dissipation du gradient
de protons permet la synthèse d’ATP
ChimioLithoTrophie
Un réducteur minéral cède ses
électrons à un accepteur final.
L’ensemble se fait le long d’une
chaîne exergonique au cours
de laquelle des protons sont
transloqués.
La dissipation du gradient de
protons permet la synthèse
d’ATP et également un autre
transfert d’électrons à potentiel redox décroissant, ce qui
permet de produire un transporteur réduit.
PhotoLithoTrophie
Un mauvais réducteur
minéral cède ses électrons
qui seront «énergisés» par
de la lumière dans des
photosystèmes. Le flux se
fait alors spontanément
vers un transporteur. Des
protons sont transloqués
lors de ce flux.
La dissipation du gradient
de protons permet la synthèse d’ATP.
Importance des Micro-Organismes (22)
Les principes du métabolisme
Chimio-organotrophie
Tout est spontané !
Chaîne de transfert d’électrons
spontanée entretenue par le
pouvoir réducteur de la matière
organique.
Toute cette dégradation spontanée
entretien les gradients chimiques
et osmotiques et l’ensemble des
travaux cellulaires
Photo-lithotrophie
La chaîne de transfert est
spontanée car elle est
entretenue par l’énergie
lumineuse.
Elle permet les travaux
cellulaires et la Synthèse
de Matière Organique.
Chimio-lithotrophie
Une partie de la chaîne est
spontanée, entretenue par
un coupe donneur/accepteur
favorable. Elle permet
d’entretenir un gradient.
Ce gradient alimente tous
les travaux cellulaires ainsi
que la Synthèse de Matière
Organique