Cours 10 - Plasticité du métabolisme Flashcards
Pourquoi est-il important d’étudier la plasticité du métabolisme dans le cadre des limites de la vie ?
Mieux comprendre le fonctionnement général des enzymes et des métabolites en étudiant leurs comportements dans des conditions extrêmes, d’identifier ou de construire des enzymes pour des différentes applications.
Vrai ou Faux:
L’étude de la plasticité du métabolisme contribue uniquement au domaine des biotechnologies.
Faux. Elle contribue également à une meilleure compréhension des enzymes et des métabolites, ainsi qu’à l’astrobiologie pour la découverte de la vie extraterrestre.
De quels extrêmes parle-t-on en lien avec les organismes extrêmophiles ? (8)
On parle du pH, du sel, de la température, de la pression, de la rareté d’eau, du manque de nutriments, de la présence de métaux toxiques et des rayons (rayons X, UV, radioactivité).
Vrai ou faux :
Les organismes extrêmophiles sont souvent adaptés à une seule condition extrême à la fois.
Faux.
Une bonne partie des organismes extrêmophiles sont adaptées à plusieurs conditions extrêmes à la fois, une caractéristique appelée « polyextrêmophilie ».
Quels types de rayonnements peuvent être supportés par certains extrêmophiles ? (2)
Ils peuvent supporter les rayons X, les rayons UV et la radioactivité.
Comment considère-t-on souvent les organismes extrêmophiles en termes d’évolution ?
On les considère comme des formes de vie ayant réussi à s’adapter à des conditions rigoureuses et à conquérir de nouvelles niches écologiques.
Quelle hypothèse alternative existe concernant l’apparition de la vie et les conditions extrêmes ?
L’hypothèse alternative propose que la vie aurait apparu sous des conditions extrêmes, suivie d’une tolérance à des conditions plus modérées.
Vrai ou faux :
Les hypothèses selon lesquelles la vie est apparue dans des conditions extrêmes ou qu’elle s’y est adaptée sont mutuellement exclusives.
Faux.
Les deux possibilités ne s’excluent pas et peuvent coexister.
Que peut-on dire de l’ancienneté de la vie bactérienne et des archées ?
La vie bactérienne et des archées est très ancienne et a évolué à une époque où le monde était très différent de celui d’aujourd’hui.
Quand la vie est-elle apparue sur Terre selon les connaissances actuelles ?
La vie est apparue très tôt dans l’existence de la Terre en tant que corps planétaire.
Quel type d’organisation a prédominé durant une longue période après l’apparition de la vie ?
La vie est restée longtemps unicellulaire.
Quels sont les trois critères souvent mentionnés pour définir la vie, bien qu’il n’y ait pas de consensus général ?
Les trois critères sont la reproduction, la croissance et le métabolisme.
Quelles sont les deux grandes catégories de processus métaboliques et leur rôle ? (Métabo 1)
Anabolisme : Construction de structures carboniques complexes nécessitant de l’énergie.
Catabolisme : Déconstruction de structures pour libérer l’énergie qu’elles renferment.
Vrai ou faux :
Le catabolisme est une condition essentielle pour le métabolisme.
Faux.
Le catabolisme n’est pas un critère essentiel, car il existe d’autres sources d’énergie.
Quel type de réactions biochimiques aurait marqué les débuts de la vie sur Terre ?
Des réactions auto-catalytiques à partir de modules organiques abiotiques, dont l’ARN est un exemple.
Qu’est-ce qui marque l’apparition de LUCA (Last Universal Common Ancestor) dans le processus de formation de la vie ?
La fermeture de l’espace réactionnel par une membrane a complété le processus, marquant l’apparition de LUCA.
Quelles sont les caractéristiques principales de LUCA ? (5)
LUCA connaît :
- ARN et ADN,
- Le code génétique,
- La chiralité des acides aminés et les protéines.
- Il possède des membranes, synthétise de l’ADN grâce à une ADN polymérase,
- Utilise l’ATP comme monnaie énergétique et connaît l’ATP synthétase.
Quelle source d’énergie LUCA utilise-t-il et comment l’obtient-il ?
LUCA utilise des gradients d’ions comme source d’énergie, mais ne les génère pas nécessairement.
Quel est le mode de nutrition de LUCA, et quelles sont ses sources principales de carbone ?
LUCA est autotrophe et dépend du CO2 et du CO comme sources de carbone.
Où est-il plausible que LUCA ait vécu ?
Il est plausible que LUCA ait vécu autour de cheminées hydrothermales.
Vrai ou faux :
LUCA était probablement la seule forme de vie à exister à son époque.
Faux.
Il est possible qu’il y ait eu d’autres formes de « vie » dont on ne trouve plus de traces aujourd’hui.
Dans quel type d’environnement les archées ont-elles été initialement identifiées, et quelle est leur importance dans l’arbre de la vie ?
Les archées ont été initialement identifiées dans des environnements extrêmes et sont reconnues comme la « troisième branche de la vie ».
Pourquoi n’est-il pas certain que nous connaissions toutes les archées ?
Parce que les primers « universels » de 16S rRNA, utilisés en métagénomique, ne détectent pas toujours toutes les archées.
Quels types d’environnements sont associés à des conditions de pH bas ou élevé ?
Des environnements tels que des lacs alcalins ou des sources acides, y compris sous-marines.
Quels défis rencontrent les organismes vivant dans des environnements à pH bas ou élevé ? (3)
- Maintenir un pH intracellulaire « physiologique » malgré des pH extracellulaires extrêmes.
- Préserver la structure des protéines, qui peut être affectée (ex. : ponts de sel).
- Maintenir le gradient de protons intracellulaire pour l’ATP synthase.
Pourquoi est-il important pour les organismes de maintenir un gradient de protons intracellulaire ?
Parce que l’ATP synthase, qui est universelle, dépend de ce gradient pour produire de l’ATP.
Quelles stratégies permettent de maintenir un pH intracellulaire permissif ? (3)
- Utilisation de pompes à protons, de transporteurs/antiporteurs.
- Modification des lipides membranaires pour éviter la diffusion.
- Mise en place de systèmes de tampon cytoplasmique.
Comment les organismes atténuent-ils un gradient de protons inversé dans des conditions de pH extrême ?
- En inversant le potentiel membranaire par l’importation d’ions positifs comme le K+.
- En compensant le ΔpH inversé par une augmentation du potentiel membranaire.
Quels sont les deux composants principaux de la force motrice de protons (PMF) ?
La PMF dépend du ΔpH (gradient de protons)
et du Δψ (potentiel électrochimique de membrane).
Pourquoi la force motrice de protons (PMF) est-elle essentielle ?
Elle est indispensable à la génération d’ATP.
Quels types d’organismes ou de structures utilisent des pompes à protons pour générer la PMF ? (3)
Les bactéries, les mitochondries et les plantes.
Comment les acidophiles compensent-ils un grand ΔpH ?
Ils inversent leur potentiel membranaire (Δψ) en important des ions positifs, comme le K+.
Quelle stratégie est utilisée par les alcalophiles pour compenser un ΔpH inversé ?
Ils augmentent leur potentiel membranaire (Δψ).
Quelles caractéristiques universelles liées au métabolisme et à l’énergie peut-on observer chez les organismes ?
Le pH intracellulaire tolérable est restreint et universel, l’ATP est universel et peut être remplacé par l’ADP comme forme de stockage d’énergie sous forme de liaison chimique réversible.
Quelles propriétés du potentiel membranaire (Δψ) et de la force motrice de protons (PMF) sont observées ?
Le PMF doit être maintenu, mais le potentiel membranaire (Δψ) est modulable et peut même être inversé.
Quels types d’environnements sont associés à des conditions de salinité élevée (halophilie) ?
Des environnements tels que des lacs à haute salinité, y compris sous-marins, et des bassins de marées.
Quel est le principal défi pour les organismes halophiles vivant dans des environnements à haute salinité ?
Gérer la pression osmotique pour conserver l’eau intracellulaire, qui est essentielle aux réactions biochimiques.
Quelles sont les deux stratégies principales utilisées par les halophiles pour contrer la perte d’eau due à la pression osmotique ? (2)
- Accumuler des solutés organiques compatibles, tels que le glycérol, la glycine, la bétaïne, le saccharose ou le tréhalose, souvent synthétisés par la cellule.
- Adopter la stratégie « salt-in », où les ions K+ sont importés pour compenser les ions Na+ extracellulaires.
Quels solutés organiques sont fréquemment utilisés par les halophiles pour compenser la perte d’eau ? (5)
- Le glycérol,
- La glycine,
- La bétaïne,
- Le saccharose
- Le tréhalose.
Quelle particularité est observée dans les enzymes des halophiles et pourquoi ?
Les enzymes des halophiles doivent tolérer et souvent dépendre de la présence d’ions, grâce à la fréquence élevée d’acides aminés hydrophiles.
Vrai ou faux :
Les solutés organiques compatibles utilisés par les halophiles servent uniquement à contrer la salinité.
Faux.
Ces solutés peuvent également compenser la perte d’eau liquide due au gel.
Qu’est-ce qu’un soluté organique compatible et pourquoi est-il qualifié de “compatible” ?
Un soluté organique compatible est une petite molécule organique métaboliquement inerte, qualifiée de « compatible » car elle n’interfère pas avec les réactions métaboliques.
Quels rôles principaux jouent les solutés organiques compatibles dans les cellules des halophiles ? (3)
- Ils contrent la pression osmotique du sel environnant.
- Ils apportent une coquille d’hydratation aux protéines, requise pour leur fonctionnement.
- Ils maintiennent le turgor et le volume des cellules.
Donnez trois exemples de solutés organiques compatibles fréquemment utilisés par les halophiles.
Les sucres, les acides aminés et les polyols.
Comment les solutés organiques compatibles aident-ils à contrer la pression osmotique due au sel environnant ?
Ils limitent la perte d’eau intracellulaire par osmose grâce à leur très haute concentration intracellulaire, qui compense la pression osmotique extérieure.
Quel rôle jouent les solutés organiques compatibles dans la stabilisation des structures cellulaires ?
Ils apportent une coquille d’hydratation aux protéines, à l’ADN et aux membranes, stabilisant ainsi leur conformation requise pour un fonctionnement optimal.
Quelles conditions extrêmes sont observées dans le lac Kyros, un exemple d’environnement halophile extrême ? (3)
- Une concentration de MgCl₂ supérieure à 5M, qui agit comme un sel chaotrope dénaturant en brisant les ponts hydrogène.
- Très peu d’eau disponible.
- Absence d’oxygène.
Quelle est la particularité de l’écosystème du lac Kyros par rapport à la salinité extrême ?
Le lac Kyros abrite tout un écosystème, et non un seul organisme, avec des indices de présence d’organismes méthanogènes (anaérobies) et de réduction de sulfate (respiration de sulfate).
Quels types de micro-organismes sont représentés dans l’écosystème du lac Kyros ?
Les archées et les bactéries.
Quelle incertitude subsiste concernant les organismes vivant dans le lac Kyros ?
On ne sait pas encore comment les organismes du lac Kyros accommodent la chaotropicité de leur environnement.
Quel effet théorique pourraient avoir des sels chaotropes à basse ou très basse température sur les macromolécules biologiques ?
Les sels chaotropes pourraient permettre des mouvements et une flexibilité des macromolécules biologiques à basse ou très basse température.
Dans quel contexte les sels chaotropes pourraient-ils être considérés comme permissifs, selon la théorie ?
Dans un contexte astrobiologique, les sels chaotropes pourraient avoir un effet permissif en facilitant la flexibilité et le fonctionnement des macromolécules biologiques.
