Rôle des ions dans la cellule

Module : Microbiologie I - Nutrition Bactérienne

• Ce module porte sur la nutrition bactérienne.
• Les bactéries sont essentielles aux écosystèmes et aux cycles biogéochimiques.
• Elles colonisent divers écosystèmes, présentant une grande diversité métabolique.
• Elles jouent un rôle crucial dans les processus pathologiques.
• La flore commensale peuple le sol, l'homme, les animaux et les végétaux.
• Les bactéries sont utilisées dans l'industrie agroalimentaire (fromage, yaourt, etc.).
• Elles sont également utilisées dans l'industrie pharmaceutique (production d'antibiotiques).
• Elles constituent un outil de recherche en génie génétique et en recherche médicale.

Objectifs du Cours

• Définir et exploiter les concepts de base de la nutrition bactérienne.
• Analyser et interpréter les documents sur le métabolisme énergétique bactérien.
• Déterminer le type trophique des bactéries à partir d'exemples et de schémas.
• Comprendre les modes d'assimilation et de transport des nutriments.

Introduction à la Nutrition Bactérienne

• Besoins élémentaires : macronutriments et micronutriments.
• Besoins spécifiques : facteurs de croissance (acides aminés, bases puriques et pyrimidiques, vitamines).
• Transport des nutriments.
• Besoins énergétiques et types trophiques.

Nature et aspects des Besoins Élémentaires (Macronutriments)

• Éléments nécessaires en quantités importantes pour les bactéries.
• Composés de la matière bactérienne (eau, protéines, polysaccharibde).
• Constituants chimiques pour synthèses (C, O, H, N, etc..).
• Nature chimique des éléments; forme et origine environnementale, exemples: Carbonne (CO2, composés organiques), Hydrogène et oxygène (H2O).
• Nécessités et importance de l'eau pour réactions cellulaires, hydrolyse et transport des nutriments.
• Propriétés liées à l'eau (activité en eau : Aw).

Macronutriments ou Macroéléments : Les Cations

• Rôle de K+ et Na+ : équilibre osmotique cellulaire, activités enzymatiques.
• Rôle de Ca2+ : activités enzymatiques, thermorésistance des spores.
• Rôle de Mg2+ : activités enzymatiques, diverses activités.
• Rôle de Fe2+/Fe3+ : activités enzymatiques, protéines de transport d'électrons, agents chélateurs et sidérophores.

Micronutriments ou Microéléments

• Éléments essentiels en très faibles quantités aux bactéries.
• Métaux comme le cobalt, le zinc, le molybdène, le cuivre, le manganèse, le nickel, le chrome, le sélénium, le tungstène, et le vanadium.
• Rôles dans le métabolisme bactérien (cofacteurs enzymatiques).
• Couverture des besoins via impuretés de l'eau, de la verrerie et des composants habituels des milieux de culture.

Facteurs de Croissance

• Définition: Molécules spécifiques essentielles à la croissance de certains micro-organismes.
• Nature et types: acides aminés, bases puriques et pyrimidiques, vitamines.
• Importance et causes des besoins: rôles dans la synthèse de protéines cellulaires , des acides nucléiques et de l'ATP.
• Types de bactéries: autotrophes, hétérotrophes, (auxotrophes, prototrophes)

Localisation des Nutriments par les Bactéries

• Les nutriments sont souvent en faible concentration dans l'environnement.
• Les bactéries mobiles ont un comportement de tactisme : Chimiotactisme (réponse à des substances chimiques), Aérotactisme (réponse à O₂) et Phototactisme.

Transport des Nutriments

• Perméabilité sélective de la membrane cytoplasmique.
• Caractère hydrophobe de la bicouche lipidique.
• Diversité des mécanismes nécessaires pour concentrer des nutriments dans les cellules ( diffusion passive, diffusion facilitée, transport actif, translocation de groupe).
• Systèmes de transport de type ABC, un aspect important lié à l'ATP.
• Transport du fer : importance des sidérophores et rôles des agents chélateurs.

Besoins Énergétiques

• Besoins pour les mouvements cellulaires, les divisions cellulaires et la synthèse de biomasse.
• Différents types de nutrition : phototrophe et chimiotrophe (oxydo-réduction).

Types Trophiques

• Définition: Comment un organisme vivant fabrique sa matière organique.
• Principales catégories : photoautotrophe, photohétérotrophe, chimioorganotrophe, chimiolithotrophe.
• Diversité des types trophiques.
• Bactéries photosynthétiques : importance de la photosynthèse, réactions lumineuses et réactions obscures, cycle de Calvin.
• Bactéries photosynthétiques anoxygéniques.
• Bactéries chimiosynthétiques: oxydation de substrats inorganiques, groupes.

Bactéries chimiosynthétiques

• Oxydations nécessaires aux différents types de réactions (nitrification, oxydation du soufre, oxydation de l'hydrogène, oxydation du fer...).
• Mécanismes de respiration anaérobie.
• Différentes respirations, rôle dans certains cycles biogéochimiques.

Respiration

• Respiration aérobie (accepteur final d'électrons: O₂).
• Application: test oxydase et catalase.
• Respiration anaérobie (accepteurs finals variés: NO₃⁻, SO₄²⁻, fumarate).

Fermentation

• Mécanisme de production d'ATP sans participation d'oxydant externe.
• Différents types de fermentation.
• Rôle de la production et de la réaction à la fermentation (éthanol, lactate, butyrate)