Tables des matières 1 : Introduction et Notions générales d’évolution 2 : Premières formes de vie 3 : Cyanobactéries 4 : Algues 5 : Bryophytes et Psilotophytes 6 : Ptéridophytes 7 : Préspermatophytes 8 : Gymnospermes 9 : Angiospermes 10 : Conclusions 1 Le temps des cyanobactéries Anciennement « Cyanophycées » ou « algues bleues » 2 Evolution de la composition gazeuse de l’atmosphère → O2 et O3 Le rôle fondamental des cyanobactéries 3 Morphologie et mode de vie des cyanobactéries Morphologies très variées 2 grands types: coccoïde et filamenteux (trichomes) Cellules ou filaments solitaires ou en colonie (production de mucus) Classification très controversée: systématique moléculaire Modes de vie particuliers Milieux de vie : eaux douces, mers/océans, terrestres Résistance à des conditions extrêmes Proliférations nocives: production de toxines Picoplancton: picocyanobactéries ou Prochlorophytes Symbiose fréquente: avec des champignons (lichens), des fougères (Azolla), des bryophytes, des plantes vasculaires … 4 Oscillatoria Calothrix Nostoc Microcystis Anabaena 5 Les cyanobactéries peuvent être terrestres et être cultivées in vitro 6 Les stromatolithes fossiles et actuels : l’œuvre de cyanobactéries 7 Formation des stromatolithes La consommation du CO2 par les cyanobactéries diminue la pression partielle du CO2 en solution et favorise la précipitation du CaCO3 (déplacement de la réaction vers la gauche). CO2 + H2O + CaCO3↓ ↔ Ca2+ + 2 HCO3- 8 Cyanobactéries comestibles : Arthrospira (spiruline) • • • • 70 % de protéines Pro-vitamine A Vitamine B12 Oligo-éléments • Compléments alimentaires dans les pays moins développés (10 g suffisent par jour) • Régime amincissant hyper-protéiné dans les pays « sur-développés » 9 Les fleurs d’eau (bloom) 10 Cyanobactéries et neurotoxines (Anabaena flos-aquae) Anatoxine-A(S) (inhibiteur de l’acétylcholine estérase) Anatoxine-A (agoniste de l’acétylcholine) Saxitoxine (inhibiteur de canaux Na+ - blocage stérique du canal) Paralysie musculaire, suffocation, mort 11 Cyanobactéries et hépatotoxines Microcystine Microcystis aeruginosa Nodularine Nodularia spumigena 12 Effets des hépatotoxines Inhibiteurs de phosphatases Cible : actine et cytokératine Hyperphosphorylation Désorganisation du cytosquelette Perte des jonctions cellulaires « Cell shrinkage » Nécrose des cellules hépatiques Hémorragies 13 Cyanobactéries et autres toxines Aplysiatoxine (dermatotoxine) Cylindrospermopsine (inhibiteur de la synthèse des protéines) Lyngbyatoxine (dermatotoxine) 14 Caractéristiques générales des cyanobactéries Les cyanobactéries sont des procaryotes ADN de type bactérien ribosomes 70 S Parois cellulaires avec peptidoglycanes Les cyanobactéries possèdent des thylacoïdes isolés Chlorophylle a (+ parfois chlorophylle d) Phycobilines (Phycoérythrine et Phycocyanine) - Phycobilisomes Caroténoïdes divers Deux photosystèmes (PS I et PS II) Le carbone excédentaire fixé par le cycle de Calvin est stocké sous forme de glycogène (et parfois de semi-amylopectine) Les cyanobactéries fixent le N2 au niveau d’hétérocystes Les cyanobactéries forment des cellules très résistantes nommées « akinètes » Les cyanobactéries se reproduisent par division binaire, par fragmentation, par bourgeonnement ou par scission multiple Les cyanobactéries se déplacent par reptation, par « jet de mucus » ou via des vésicules gazeuses (flottaison) 15 Structure interne d’une cellule de cyanobactérie (Anabaena cylindrica) Les cyanobactéries sont des bactéries gram16 Structure de la paroi bactérienne des Gram négatives 17 Les pigments chlorophylliens Chlorophylle a Chlorophylle d La chlorophylle d absorbe dans l’infrarouge et est trouvée dans les cyanobactéries vivant en absence de lumière visible. Elle peut remplacer la chlorophylle a dans les centres réactionnels. 18 Les pigments de type « caroténoïde » Pigments accessoires : - capter des photons non captés par la chlorophylle - protection contre les dommages photochimiques 19 Les pigments de type « phycobiline » Phycocyanobiline (phycocyanine) Phycoérythrobiline (phycoérhytrine) NB: ces pigments ou chromophores sont associés à des protéines 20 Spectres d’absorption de la lumière par les pigments 21 Chez les plantes supérieures, la lumière est collectée par des antennes collectrices dont le rôle est d’étendre l’efficacité de la photosynthèse 22 Chez les plantes supérieures, les pigments des antennes collectrices captent des photons. L’énergie captée est transférée de proche en proche vers la chlorophylle a du centre réactionnel 23 Energétique de la photosynthèse oxygénique (photolithotrophe) eCycle de Calvin CO2 eCoenzyme oxydé e- Coenzyme réduit e- 2 H2O O2 + 2 H+ Force protonmotrice Photosystème I (chlorophylles) ATP synthétase ATP Photosystème II (chlorophylles) Glucose 24 Les plantes supérieures possèdent deux photosystèmes (PS I et PS II) localisés dans les membranes des thylacoïdes des chloroplastes 25 Les cyanobactéries possèdent 2 photosystèmes mais pas d’antennes collectrices de lumières. Les cyanobactéries possèdent des phycobilisomes. 26 Comparaison entre la chaîne de transporteurs d’électrons des cyanobactéries et celle des plantes supérieures 27 Carboxysomes, fixation du CO2 et cycle de Calvin 28 La substance de réserve du carbone est le glycogène Branchements a-1,6- nombreux 29 La substance de réserve du carbone est parfois la semi-amylopectine Nombre de branchements a-1,6- intermédiaires entre glycogène et amylopectine 30 Les hétérocystes : des cellules fixant le N2 Paroi épaissie (création d’un environnement anaérobie) Thylakoïdes avec nitrogénase Forme variable Disposition terminale ou interne aux filaments 31 Principe de la fixation de N2 par la nitrogénase N2 Hétérocyste PS I ATP Nitrogénase N2 Photosynthèse NH3 Glucides H CO2 Arginine Acide aspartique (CH2O)n CO2 CO2 Stockage de l’azote organique sous forme de peptides riches en arginine et acide aspartique : formation de granules de cyanophycine 32 Les akinètes : une forme de survie • • • • • • Paroi épaissie Très résistante Contenu cellulaire dense Réserves C et N Terminal ou interne Souvent proche d’un hétérocyste 33 Les cyanobactéries se divisent par scissiparité 34 Les cyanobactéries sont les ancêtres des chloroplastes 35 36 Les cyanobactéries et l’endosymbiose Alpha-protéobactéries anaérobies Cyanobactéries ancestrales Mitochondries Plastes 37 Endosymbiose et transfert d’ADN des organites vers l’ADN nucléaire Un moyen de garder la bonne entente 38 Glaucocystis ne contient pas de chloroplastes mais des cyanelles Algues microscopiques d’eau douce « Plastes » avec paroi de peptidoglycanes Chlorophylle a Phycobilisomes 39 Azolla, une fougère aquatique abritant des cyanobactéries Anabaena 40 Certains lichens contiennent des cyanobactéries (Nostoc) (voir cours de Mycologie) Peltigera praetextata 41 Symbiose entre une mousse (Anthoceros) et des cyanobactéries (Nostoc) 42 Symbiose entre une gymnosperme (Cycas) et des cyanobactéries (Nostoc) 43 Symbiose entre une angiosperme (Gunnera) et des cyanobactéries (Nostoc) 44