Module 8 : Les cycles de l’azote et du soufre Flashcards
Quelle est la différence entre la réduction assimilatrice des nitrates, la DNRA et la dénitrification?
Il y a 2 possibilités de réduction dissimilatrice :
- Transformation du nitrite en azote gazeux : c’est la dénitrification.
- Transformation du nitrite en ammoniaque : c’est la réduction dissimilatrice du nitrite en
ammoniaque (ou DNRA).
Ces 2 possibilités sont donc liées à la respiration anaérobie. La bactérie utilise alors des nitrites et des nitrates réductases associées à la membrane et c’est la chaîne de transport des électrons qui fournit les électrons.
Dans la réduction assimilatrice des nitrates, la nitrate réductase présente est soluble et le donneur d’électron est le NADPH (pas la chaîne). Ce processus peut avoir lieu en aérobie ou en anaérobie. Le but est de produire des ions ammonium qui seront ensuite incorporé dans des molécules organiques azotées faisant partie du matériel cellulaire (biomasse).
Décrivez brièvement la structure et le mécanisme d’action de la nitrogénase. Pourquoi la fixation de l’azote est-elle si chère énergétiquement ?
La nitrogénase la plus étudiée est composée de deux métalloprotéines de taille différente:
- La protéine la plus petite est une dinitrogénase réductase
- La plus grande est une dinitrogénase.
La dinitrogénase réductase transfère les électrons de la ferrédoxine à la dinitrogénase. La dinitrogénase transfère ces électrons au H+ et au N2. Ce qui produit du H2 et du NH3. La ferrédoxine est un transporteur d’électrons importants dans la fixation de l’azote. La forme réduite de la ferrédoxine peut être produite via la photosynthèse, la respiration et la fermentation.
L’hydrolyse de l’ATP au sein du complexe de la nitrogénase favorise les changements conformationnels nécessaires à un transfert efficace des électrons.
La fixation de l’azote est très coûteuse, car elle demande la coupure d’une triple liaison covalente. L’énergie d’activation de la réaction est très grande.
Comment les organismes assimilent-ils le soufre ?
Le sulfate doit être réduit en sulfure avant d’être incorporé dans les molécules organiques.
Ce processus est appelé la réduction anabolique ou assimilatrice du sulfate et est différent de la réduction catabolique ou dissimilatrice qui a lieu quand le sulfate agit comme accepteur final d’électrons dans la respiration anaérobie.
En quoi la réduction des sulfates assimilatoires diffère-t-elle de la réduction des sulfates dissimilatoires ?
Dans les 2 cas, il doit y avoir une activation pour réduire le sulfate en sulfite. L’activation des substrats a un coût en énergie.
Pour la réduction dissimilatrice, le sulfate doit être activé en APS avant d’être converti en sulfite puis en sulfure. Pour la réduction assimilatrice, l’APS doit être converti en PAPS qui est ensuite réduit en sulfite (SO32-) puis en sulfure (S2-). Le sulfure est ensuite utilisé dans la formation de la cystéine à partir de la serine, une voie à deux étapes. La cystéine est donc la porte d’entrée du soufre dans les biomolécules. La cystéine peut servir à la synthèse d’autres composés organiques contenant du soufre. Le complexe de cystéine synthase est responsable de la formation de cystéine à partir de la sérine et du sulfure d’hydrogène.
Quel mécanisme est spécifique aux planctomycètes?
la réaction anammox
Cette réaction permet la dénitrification (formation d’azote gazeux N2) à partir de nitrite et d’ammonium. Lors de la réaction annamox, l’ammoniac sert de donneurs d’électrons et le nitrite d’accepteur final. Le produit final est de l’azote gazeux.
Comment les planctomycètes produisent-ils de l’ATP?
Le processus anammox contient 3 réactions :
1) il y a d’abord dénitrification partielle du nitrite. La nitrite réductase (qu’on a déjà vu) produit de l’oxyde nitrique (NO).
2) Ensuite, l’ion ammonium (NH4+) se condense avec l’oxyde nitrique pour former de l’hydrazine (N2H4).
3) Le potentiel de réduction très négatif de l’hydrazine lui permet de donner 4 électrons. Les électrons libérés sont alors utilisés pour réduire le NO2 en NO et recommencer le cycle.
La réaction d’oxydation de l’hydrazine, en plus de libéré des électrons, libère aussi une molécule de N2 et 4 protons.
Quelle organelle unique est présente chez les planctomycètes?
La réaction a lieu dans la membrane d’un organite appelé anammoxosome. C‘est un grand compartiment intracellulaire lié à la membrane interne. Ce compartiment occupe une très grande partie de la cellule. La bicouche de l’anammoxosome contient des lipides uniques aux planctomycètes qu’on appelle lipides laderranes. L’hydrazine (N2H4) est hautement toxique pour la plupart des êtres vivants. On pense que les lipides particuliers de la membrane de l’anammoxosome sont responsables d’imperméabiliser la membrane et d’empêcher les intermédiaires toxiques de s’échapper dans le cytoplasme.
Quel rôle le fer joue-t-il dans le métabolisme redox de Thiobacillus ferrooxidans ?
T. ferrooxidans peut utiliser le fer ferreux (Fe2+) comme donneur d’électrons.
Décrivez le processus en deux étapes qui constitue la nitrification.
Lors de la nitrification, l’ammoniac est d’abord oxydé en nitrite puis en nitrate.
Les microbes effectuant la nitrification et l’anammox pourraient-ils vivre dans le même environnement ? Pourquoi ou pourquoi pas?
Les organismes qui font de la nitrification sont des chimiolitotrophes aérobies.
Les planctomycètes (qui font la réaction anammox) sont des chimiolithotrophes anaérobies (contrairement à la plupart des chimiolithotrophe).
Ces organismes ne peuvent donc pas vivre au même endroit.
Dans un environnement anoxique contenant des concentrations égales de nitrate et de sulfate, quel accepteur terminal d’électrons soutiendra la croissance de la plupart des microbes anaérobies ?
Le nitrate, puisque c’est l’accepteur qui donnera un meilleur rendement.
- Parce son potentiel redox est plus élevé que le sulfate
- Pour utiliser le sulfate comme accepteur d’électron, il faut d’abord l’activer en APS ce qui a un coup en énergie.
Quels sont les produits de la dénitrification?
N2
Quels sont les produits de la nitrification?
NO3
Quels sont les produits de la réduction dissimilatrice des nitrates en ammoniac (DNRA)?
NH3
Quels sont les produits de la réduction assimilatrice des nitrates?
biomolécules azotées (glutamate)
