CM2: Le métabolisme microbien Flashcards
Quels sont les effets bénéfiques du métabolisme microbien? (8)
-
Apport du microbiote en santé (nutriments,
absorption, digestion, etc…) – Ex: de la vache (dont 70 % de l’énergie est produit par
son microbiote) - Synthèse de médicaments, vitamines, acides aminés, etc
-
Alimentation
Ex.: production d’aliments et
produits fermentés, microorganismes-aliments (spirulines, levures) -
Production de biogaz (CH4), de bioéthanol, de solvants, etc…
-Agriculture
Ex. : fixation naturelle du N2
=> engrais « verts » (biofertilisants)
Cycle de la matière, dépollution
A l’origine de la vie sur Terre
Identification bactérienne
Quelles est la face sombre du métabolisme?
-Dégradation, détérioration, altération, contamination, corrosion
-Genèse de polluants
-Métabolisme et pathogénicité dans l’hôte
Le métabolisme microbien reste à découvrir
Nous connaissons moins de _____(a) % des espèces de notre planète (Locey & Lennon, PNAS, 2016). La plupart d’entre elles sont non cultivées ou non cultivables.
Le matériel génétique des microbes constitue un immense réservoir de gènes dont les fonctions n’ont pas encore été caractérisées, une “______(b)” qui reste à explorer.
a. 0,001 b.matière noire
De l’intérêt de connaître le métabolisme microbien
Enjeu pour nos sociétés de façon à :
- Comprendre (et gérer ?) les cycles de la matière
(ex. dépollution, fermer les cycles de la matière)
Enjeux de société importants : -_______(a) les cycles du C et du N i.e.
-ne plus augmenter la quantité de ___ _ ___ _ ____(b) (CO2, CH4, N2O) dans l’atmosphère
-éviter des apports excessifs en matière organique et azotée dans les écosystèmes ________(c) etc…. en assurant un développement durable.
a. fermer b. gaz à effets de serre c. oligotrophes,
Qu’est-ce que le métabolisme?
=ensemble de processus complexes et incessants de transformation de matière et d’énergie par la cellule ou par l’organisme au cours de phénomènes
–>d’ édification (anabolisme, réactions globalement endergoniques i.e. captatrices d’énergie)
–>de dégradation (catabolisme, réactions généralement exergoniques i.e. libératrices d’énergie) organiques.
Quels types de métabolisme distingue-t-on?
- Métabolisme primaire / central dont le métabolisme énergétique
- Métabolisme des molécules informationnelles
- Métabolisme secondaire / spécialisé (ex : production de pigment, d’arôme, d’antibiotiques, etc) = métabolites non essentiels dans des conditions optimales de croissance en laboratoire, mais importants pour les microorganismes « in the wild»
Les microorganismes sont des sources naturelles de quoi?
_______ (a) produisant 2/3 des _______(b) utilisés en clinique.
De médicaments!
a. Actinobactéries
b. antibiotiques
Unicité des enjeux, quels sont les besoins de toutes les cellules?
Le métabolisme relie
- l’Énergie
=>travaux (mécaniques, chimiques, osmotiques, etc)
avec
- **Matière (organique ou inorga) **
=>construction cellulaire
>renouvellement/maintien autopoiese
>croissance en taille
>multiplication
La composition type des biotopes ne correspond pas avec la composition empirique d’E. coli, les cellules doivent alors être comment?
Les cellules doivent donc être
« proactives » pour
récupérer les éléments requis pour leur métabolisme
=> Nutrition (incluant le transport)
Quels sont les types trophiques et types respiratoires majoritaires?
lithoautotrophes & organohétérotrophes
Qu’est-ce qu’un Dred?
et un Aox?
Dred = donneur d’électrons sous forme réduite
Aox = accepteur terminal d’électrons sous forme oxydée
Quels sont les différents types trophiques?
(source d’énergie, source d’électrons, source de matière, accepteur terminal d’électrons quand l’organisme respire)
Source d’énergie:
-lumineuse–>phototrophe
-chimique–>chimiotrophe
Source d’électrons (pouvoirRedOx) Dred
-inorganique–>litotrophe
-organique–>organotrope
Source de matière
-inorganique–>autotrophe–>C-autotrophe (s ou n)
-organique–>hétérotrophe
Accepteur terminal d’é- (Aox)
–>O2 (resp. aérobie)
–>autres (resp anaérobie)
reviser page 22-23: restituer connaissances dans une feuille blanche
Rôle de la lumière
= Le potentiel ______1 du couple donneur est trop ______2 (pas assez ______3). Dans ce cas,
la conversion de l’énergie extérieure en _____4) n’est possible que par phototrophie : les électrons du
photosystème peuvent alors être « ______5) » par l’énergie lumineuse qui réussit à arracher des électrons à
des molécules peu _____6). Ces électrons à « haute énergie » peuvent ensuite réagir avec des ______7) d’électrons qui permettront un _____8) d’énergie sous une forme utilisable par la cellule.
- redox 2. élevé 3. réducteur 4. ATP 5. activés 6. réduites
- accepteurs 8. transfert
L’autotrophie au carbone
La _______a. du CO2 : voie majoritaire = cycle du _______b. (enzymes clés = RuBisCO et ____________c. )
– Il existe 6 cycles naturels,
et au moins ___d. artificiels (inventés par l’être humain).
> Producteurs primaires à la base des _________e. (et des
chaînes alimentaires i.e. relation mangeurs-mangés,
dégradation de la __________f.) avec ou sans lumière
Ex : Cyanobactéries (photosynthétique), __________g.
(chimiosynthétique)
a. fixation b. Calvin c.phosphoribulokinase
d.6. e.écosystèmes
f. nécromasse
g. Nitrosomonas
__________a) = perte d’électrons par un composé présent sous forme réduite, appelé
« _________b) » car il cède ses électrons et provoque donc la ___________c) d’un autre composé :
Dred → Dox + ne-
dans cette équation :
Dred =……………..d)
Dox = ……………e)
a.Oxydation b. réducteur
c. réduction
d. Donneur d’électron sous forme réduite
e.Donneur d’électron
sous forme oxydée
définir respirations
(phosphorylations oxydatives)
- processus biologique
- ne nécessitant pas de
lumière - lors duquel l’oxydation complète (le plus souvent) d’un substrat est couplée à la génération d’ATP via un gradient électrochimique généré suite au transfert membranaire d’électrons d’un donneur (Dred) vers un accepteur terminal d’électrons (Aox)
Photophosphorylations (phototrophies à chaînes de transfert d’électrons) :
processus biologique, nécessitant de la lumière, dans lequel l’oxydation d’un substrat est couplée à la
génération d’ATP via un gradient électrochimique généré par transfert membranaire d’électrons d’un donneur (Dred) vers un accepteur terminal d’électrons (Aox)
Phototrophies à rhodopsine:
translocation de protons par une pompe à protons activée par la lumière (système d’appoint car pas de possibilité de survivre à long terme sans gestion de la balance
redox)
Chimiotrophies par fermentation (aussi appelée “phosphorylation au niveau du substrat”, “substrate level phosphorylation”):
processus biologique chimiotrophe
- ne nécessitant pas de lumière
- n’impliquant
pas de transport d’électrons par membrane couplé à une conversion d’énergie
- qui conduit à une
oxydation incomplète d’un substrat organique
- ** génère de l’ATP** exclusivement par transfert de groupes phosphate en phase soluble
-L’accepteur terminal d’électrons dérivent en général du donneur
Les fermentations sont un _________1. entre des branches dédiées à
la production d’ATP (souvent qualifiées d’________2) et d’autres
(souvent qualifiées de ________3) à la réoxydation du NADH,H+
- compromis
- oxydatives
3.réductrices
Cas de la photophosphorylation: (absent chez les archées)
Ces phototrophies sont définies en fonction du donneur d’électrons
(Dred) comme :
- __________a. (i.e. production d’O2: Dred = H2O → Dox= O2)
Ex : ______b, ______b, Cyanobactéries qui ont toutes 2 _________c. (PSI & PSII).
A noter, la photosynthèse oxygénique est un (le ?)
des processus biologiques de transduction d’énergie des plus complexes avec plus de 100 gènes dirigeant la biosynthèse de
ses composant.
- _____________d.
(Dred = H2 S, Fe2+ , acétate, etc…) - Ex. : bactéries
pourpres et vertes ______ _______e.
(lithoautotrophes), etc… Toutes n’ont que ____f
photosystème. Certaines bactéries sont des
________________g.
(Ex.: Heliobacterium).
La phototrophie anoxygénique se produit généralement dans des
conditions anaérobies
a. oxygénique
b. Plantes, Algues,
c. photosystèmes
d. anoxygénique
e. photosynthétiques sulfureuses
f. un seul
g. photoorganohétérotrophes
Lien entre
- Combustion,
- Biocarburants,
Bioplastiques,
Aliments,
etc.,
- C-autotrophie
- CO2
CO2–>C-autotrophie
–>Biocarburants,
Bioplastiques,
Aliments,
etc.
–>Combustion–>CO2
L’autotrophie au carbone
Avec lumière, mais aussi… sans lumière
(procaryotes ________1)
1.chimiosynthétiques
La diazotrophie, une N-autotrophie importante en agriculture
Une N-autotrophie remarquable : la ___________a)
i.e. fixation du N2
Enzyme clé = __________b)(sensible au ________c)
Souvent à la base de ______d)
Concept de biofertiliseurs (engrais verts)
=> Piste à explorer pour limiter l’usage des ______e).
Ex : _________f) – Légumineuses
a. diazotrophie
b) nitrogénase
c. dioxygène
d.symbiose. e. engrais
f. Rhizobium
Quelle est l’enzyme conservée chez tous les diazotrophes?
Que permett-elle?
C’est la nitrogénase
Elle permet la fixation de l’azote–>incorporation à la biomasse
Dessiner cycle de l’azote (p 40)
Les chimiolithotrophies = oxydation des composés par respiration, lesquels?
Comment sont ces MO’s souvent?
-
Composés azotés (e.g. NH4
+, NO2-) -
Composés soufrés (e.g. H2S)
– Certaines bactéries accumulent même des
granules de soufre élémentaire (So) comme réserve intermédiaire d’électrons - Fer (Fe2+)
- Dihydrogène (H2)
- CO
- Phosphite (PO3^3-)
Ils sont souvent:
-Généralement autotrophies
-Assez souvent aérobies
Qu’est-ce que la chimiolithtrophie?
C’est l’oxydation de composés inorganiques par respiration
Pourquoi dit-on que e.coli est fort en thermodynamique?
Lorsqu’elles sont capables d’utiliser plusieurs donneurs ou accepteurs
d’électrons, les bactéries disposent en général d’un système de régulation
(souvent transcriptionnel) pour optimiser leur utilisation.
: E. coli respire
1. d’abord O2
,2. sinon NO3
3. sinon elle respire le fumarate en même tant qu’elle fermente.
Quelle est la source préférée d’azote pour les plantes?
Ce sont nitrates plutôt qu’ammoniac (sauf pour le riz)
Fire cycle de la dégradation de la matière organique p49
- que se passe avec les biopolymère complexes?
- que se passe-t-il avec les monomères
- que se passe avec les acides gras à chaines courtes et alcools?
- que se passe-t il avec les CO2 et H2, et l’acétate?
- et après
- sont hydrolysés en monomères
- fermentation (acidogenèse)
- Acétogenèse
(fermentations et respirations anaérobie) - Méthanogenèse
(respiration anaérobie réalisée uniquement par des archées) - production de CO2
De quoi dépend 70% de l’alimentation d’une vache?
Que pourrait faire un changement alimentaire très rapide?
dépend de l’absorption des acides gras volatils produits dans son rumen
Un changement alimentaire trop rapide peut déstabiliser le microbiote et conduire au décès de l’animal.
Quels sont les effets de serre du CH4 et du N2O?
Effet de serre du CH4:
30 X celui du CO2 (à 100 ans)
Effet de serre du N2O:
300 X celui du CO2 (à 100 ans)
Cycle biochimique de l’azote, Dred = composés inorganiques (_______a)
En lien avec le N2O:
Il existe une ______b) qui peut
conduire à la production d’un gaz à effet de serre (effet collatéral de l’ajout d’________c)…)
¤ Sous forme de nitrate (NO3-), chargé négativement comme _________(d) l’azote est facilement lessivé par les eaux de pluie =>
perte humide d’azote des _____(e)
(problème des engrais après
fortes pluies…)
a. lithotrophies
b. fuite c.engrais d. l’humus,
e. sols
Cycle biochimique de l’azote
Respirations anaérobies : Aox ___(a) O2.
Dénitrification (composés ______(b)=Aox lors de respirations anaérobies)
Ex : Paracoccus denitrificans
= Perte ______(c) d’azote dans les sols (aérer les sols) + gaz à effet de serre
Solution = _______(d) les sols et éviter l’excès de nitrates dans les sols
a. ≠
b. azotés c.sèche d. aérer
Problème de la libération d’un excès de nitrate dans l’environnement
Dans l’environnement, les nitrates (comme les
phosphates) sont normalement un facteur
_______ _______(a) le développement de la
biocénose.
Leur arrivée dans les lacs due au ________b) des sols peut entraîner l’_________(c)
des lacs.
L’_________(c) entraine la formation de ___ _____(d)
a. trophique limitant
b. lessivage
c. eutrophisation
d. dead zones
