Microbiologie II - S6

Nutrition Microbienne

• La nutrition microbienne est l'ensemble des processus et des réactions chimiques qui permettent aux micro-organismes de puiser dans le milieu les substances chimiques nécessaires à leur croissance et à leur énergie.
• Les micro-organismes ont une grande capacité d'échange continu de substances avec l'environnement, ce qui leur permet de se nourrir et de se multiplier.

Besoins des Micro-organismes

• Les micro-organismes ont besoin d'eau, d'une source d'énergie, d'une source de carbone, d'une source d'azote et d'éléments minéraux.
• Certains micro-organismes nécessitent également des facteurs de croissance spécifiques.

Source d'Énergie

• Les micro-organismes peuvent utiliser deux types de sources d'énergie : la lumière et les réactions biochimiques d'oxydoréduction.
• On distingue deux types de micro-organismes :
  • Les phototrophes, qui utilisent la lumière comme source d'énergie.
  • Les chimiotrophes, qui utilisent les réactions biochimiques d'oxydoréduction.

Phototrophes

• Les phototrophes produisent leur énergie par photosynthèse.
• Les plantes utilisent la photosynthèse oxygénique, qui libère de l'oxygène comme sous-produit.
• Les bactéries phototrophes utilisent la photosynthèse anoxygénique, qui ne libère pas d'oxygène.
• Les donneurs d'électrons peuvent être des composés inorganiques (photo-lithotrophes) ou organiques (photo-organotrophes).

Chimiotrophes

• Les chimiotrophes puisent leur énergie à partir de réactions chimiques d'oxydoréduction.
• Les donneurs d'électrons peuvent être des composés inorganiques (chimio-lithotrophes) ou organiques (chimio-organotrophes).

Donneurs d'Électrons

• Les donneurs d'électrons peuvent être des composés inorganiques (lithotrophes) ou organiques (organotrophes).

Accepteurs d'Électrons

• Les accepteurs d'électrons peuvent être des composés inorganiques (oxydation) ou organiques (réduction).
• L'énergie libérée au cours du catabolisme résulte du mouvement des électrons entre le composé donneur et le composé récepteur.
• La respiration est l'obtention d'énergie par oxydation des substrats réduits, dans laquelle les coenzymes réduites transfèrent les électrons vers un accepteur final exogène.

Respiration

• La respiration est liée à la membrane cytoplasmique de la bactérie.
• Selon le type d'accepteur final d'électrons, on distingue deux types de respiration :
  • Respiration aérobie, où l'accepteur final d'électrons est l'oxygène.
  • Respiration anaérobie, où l'accepteur final d'électrons est un composé inorganique autre que l'oxygène.### Fermentation et respiration cellulaire
• La fermentation est un processus qui génère de l'énergie, où les molécules organiques servent à la fois de donneurs et d'accepteurs d'électrons.
• Elle se réalise au niveau du cytoplasme bactérien, l'énergie est produite par phosphorylation au niveau du substrat, et le bilan énergétique est réduit.

Sources de carbone

• Les composés inorganiques réduits peuvent agir comme donneurs d'électrons pour obtenir de l'énergie.
• Les bactéries autotrophes utilisent des composés inorganiques comme source de carbone, tandis que les bactéries hétérotrophes utilisent des composés organiques.

Polyvalence métabolique de certaines bactéries

• Certaines bactéries, comme Rhodopseudomonas palustris, ont une grande polyvalence métabolique, signifiant qu'elles peuvent s'adapter à différents environnements.
• Elles peuvent utiliser différents modes de métabolisme, tels que la photoautotrophie, la photohétérotrophie, la chimioautotrophie et la chimiohétérotrophie.

Sources d'azote

• Les sources d'azote comprennent des composés inorganiques tels que l'azote atmosphérique, les sels d'ammonium et les nitrates.
• Les bactéries peuvent également utiliser des composés organiques azotés, tels que les acides aminés et les peptides.

Éléments minéraux

• Les bactéries nécessitent des éléments minéraux tels que le phosphore, le soufre, le potassium, le magnésium et le fer pour leur croissance.
• Ces éléments minéraux peuvent être fournis sous forme inorganique ou organique.

Eau

• L'eau est le constituant principal de la cellule et le milieu universel où se produisent les réactions biologiques.
• Les bactéries ont besoin d'un certain degré d'humidité pour se développer.

Besoins spécifiques

• Les facteurs de croissance sont des molécules organiques spécifiques qui sont nécessaires pour la croissance de certaines bactéries.
• Les bactéries auxotrophes nécessitent ces facteurs de croissance, tandis que les bactéries prototrophes les synthétisent elles-mêmes.

Types trophiques

• Les bactéries peuvent être classées en fonction de leurs besoins énergétiques et de leurs sources de carbone.
• Les types trophiques incluent les phototrophes, les chimiotrophes, les lithotrophes, les organotrophes, les autotrophes et les hétérotrophes.

Exemples de groupes de microorganismes

• Les lithotrophes aérobies tirent leur énergie de l'oxydation de composés inorganiques, tels que l'ammoniac et le soufre.
• Les bactéries nitrifiantes, comme Nitrosomonas, oxydent l'ammoniac en nitrite.
• Les bactéries sulfo-oxydantes, comme Thiobacillus, oxydent le soufre élémentaire en acide sulfurique.### Les Bactéries Sulfatoréductrices
• Dégradent les alcools (méthanol, éthanol, hydrocarbures), les acides monocarboxyliques (formiate, acétate, propionate, butyrate, lactate), les acides aminés (cystéine, cystine, glycine, sérine, alanine) et les sucres (glucose, fructose)
• Exemples : Desulfovibrio

Les Archées Méthanogènes

• Produisent du méthane à partir du formate, acétate, méthanol, méthylamines et alcools secondaires + CO2
• Exemple : Methanococcus

La Fermentation

• Donneur d'électrons (DH) : organique
• Accepteur d'électrons (AH) : organique
• Produits de fermentation : métabolites intermédiaires oxydés, ATP et pouvoir réducteur NADH2
• Les métabolites intermédiaires se réduisent pour recycler le pouvoir réducteur (en NAD+), produisant les produits de fermentation
• Pas d'accepteurs d'électrons externe

Types de Fermentation

• Fermentation Lactique : l'acide lactique est formé à partir du glucose
• Fermentation Alcoolique : le pyruvate subit une décarboxylation pour former de l'acétaldéhyde et du CO2, puis est réduit en éthanol
• Fermentation Butyrique : le glucose est transformé en acide acétique et butyrique, dioxyde de carbone et hydrogène
• Fermentation Propionique : le glucose et le lactate sont utilisés comme substrats initiaux, produisant de l'acétate, du propionate et du CO2
• Fermentations Acides Mixtes et Butanediolique : le glucose est transformé en acides acétique, lactique, succinique, formique et éthanol

Mesure de la Croissance Bactérienne

• Méthodes directes :
  • Compter le nombre de cellules
  • Poids sec des cellules
  • Détermination de l'azote ou des protéines totales
  • Détermination de l'ADN
• Méthodes indirectes :
  • Compter les colonies en boite
  • Compter les colonies sur membrane filtrante
  • Consommation d'oxygène
  • Consommation ou production de dioxyde de carbone
  • Concentration d'une enzyme constitutive
  • Mesure de la turbidité

Expression Mathématique de la Croissance

• Temps de génération (tg) : temps de doublement de la population
• Taux de croissance (µ) : vitesse spécifique de croissance
• Formule de la croissance exponentielle : Nt = 2n No
• Taux de croissance : µ = n / t
• Temps de génération : tg = 1 / µ