Microbiologie Fondamentale Quiz PDF

# A1 Le monde microbien ## Notes clés ### Qu'est-ce qu'un microbe? Le mot microbe (micro-organisme) est employé pour décrire un organisme de petite taille qui ne peut être visualisé normalement sans l'aide d'un microscope. Les virus, les bactéries, les mycètes, les Protozoaires et certaines algue...

# A1 Le monde microbien ## Notes clés ### Qu'est-ce qu'un microbe? Le mot microbe (micro-organisme) est employé pour décrire un organisme de petite taille qui ne peut être visualisé normalement sans l'aide d'un microscope. Les virus, les bactéries, les mycètes, les Protozoaires et certaines algues appartiennent tous à cette catégorie. ### Procaryotes et Eucaryotes Il existe de nombreuses différences entre les cellules eucaryotes et procaryotes. Les eucaryotes se caractérisent par la présence d'un noyau, d'organites, comme les mitochondries et les chloroplastes, et de membranes internes complexes. Les bactéries sont des procaryotes; toutes les autres cellules microbiennes sont des eucaryotes. ### L'importance de la microbiologie Les microbes sont indispensables à la vie. Parmi leurs nombreux rôles, ils sont nécessaires au cycle géochimique et à la fertilité des sols. Ils sont utilisés pour produire des aliments ainsi que des composants pharmaceutiques et industriels. Par ailleurs, ils peuvent être la cause de nombreuses maladies végétales et animales et de toxi-infection alimentaires. Enfin, les microbes sont largement utilisés dans les laboratoires de recherche pour étudier les processus cellulaires. # Chapitre B - Le métabolisme microbien ## Notes clés ### Types de métabolisme Le métabolisme est divisé en deux voies : celle impliquée dans la dégradation (catabolique) et celle dans la synthèse. Les réactions cataboliques produisent souvent de l'énergie. Les microbes qui utilisent des molécules organiques comme source d'énergie sont appelés hétérotrophes. Les organismes phototrophes tirent de l'énergie à partir de la lumière et les lithotrophes à partir de composés inorganiques. ### La glycolyse La plupart des microbes utilisent la glycolyse comme voie de dégradation des hydrates de carbone, comme le glucose et le fructose. Le produit de cette réaction est le pyruvate, qui pourra être ultérieurement métabolisé via le cycle de l'acide citrique, pour donner l'adénosine 5'-triphosphate (ATP) et la forme réduite de la nicotinamide adénine dinucleotide (NADH + H+). Cette voie a lieu dans le cytoplasme des microbes, en présence ou en l'absence d'oxygène. ### La réaction d'Entner-Doudoroff Les bactéries Pseudomonas, Rhizobium et Agrobacter substituent la réaction d'Entner-Doudoroff à la voie de la glycolyse. Cette réaction n'est pas aussi efficace dans la production de l'énergie puisqu'une mole d'ATP est forméeour chaque mole de glucose métabolisée. ### La voie des pentoses phosphates La voie des pentoses phosphates produit de la NADPH + H+ et des sucres (4 C, 5 C). Ceux-ci sont requis pour de nombreuses réactions de synthèse. Chez les organismes dont la croissance dépend de cette voie, celle-ci peut être utilisée pour produire des hydrates de carbone pour la synthèse de la paroi cellulaire. Le glycéraldélyde-3-phosphate, produit par cette voie, peut être utilisé par la glycolyse ou la voie d'Entner-Doudoroff pour générer de l'énergie. ### Le cycle de l'acide citrique (Krebs) Le métabolisme du pyruvate (formé lors de la glycolyse) en CO2 par le cycle de l'acide citrique est le principal moyen de synthèse d'ATP dans la cellule et est, en même temps, une source de chaînes carbonées pour la biosynthèse. Le fonctionnement correct de cette voie nécessite de l'oxygène; cependant, quelques organismes possèdent un cycle incomplet qui fonctionne en présence ou en l'absence d'oxygène mais qui génère peu ou pas d'énergie. ### Les fermentations Le NADH + H+ produit par les réactions cataboliques comme le cycle de l'acide citrique peut être oxydé par la chaîne des transporteurs d'électrons en présence d'oxygène. Cependant, en l'absence d'oxygène, de nombreux microbes utilisent les réactions de fermentation pour réoxyder le NADH + H+. Les fermentations microbiennes sont caractérisées par les produits finaux qui se forment. Ce qui se passe chez le Clostridium est inhabituel : il synthétise de l'ATP en utilisant la fermentation des acides aminés par la réaction de Stickland. ### La genèse d'ATP Le cycle de l'acide citrique est le mécanisme le plus efficace de synthèse d'ATP à partir du glucose en présence d'oxygène. Chez les microbes qui vivent dans des environnements où l'oxygène est absent ou présent de façon intermittente, la synthése d'ATP est moins efficace. # B2 Le transport des électrons et la phosphorylation oxydative ## Notes clés ### La chaîne de transfert des électrons Le NADH + H+ et le FADH, formés lors des réactions cataboliques, sont utilisés pour produire de l'ATP dans la chaîne de transfert des électrons, qui est composée d'une série de transporteurs d'électrons. Chez la bactérie, le transfert des électrons se fait au niveau de la membrane cellulaire interne. Chez les autres microbes, le transfert des électrons se passe dans la membrane interne des mitochondries. La plupart des chaînes bactériennes de transport des électrons sont ramifiées, contrairement aux mitochondries des Mammifères. Toutes les voies de transport des électrons fonctionnent de manière identique, basée sur une série de réactions d'oxydation et de réduction. L'oxydation d'une molécule implique une perte d'électron(s) et la réduction, un gain d'électron(s). Comme les électrons se conservent lors d'une réaction chimique, les oxydations doivent être couplées à des réactions de réduction (réaction redox). Le potentiel d'oxydo-réduction d'un composant mesure son affinité pour les électrons. La différence de potentiels d'oxydo-réduction entre le couple NADH + H*/ NAD et le couple 1/2 O2/H2O permet le transfert d'électrons du NADH+ H+ vers l'O2 par l'intermédiaire d'une série de transporteurs d'électrons. L'énergie est libérée lorsque des électrons passent d'un transporteur à un autre. Elle peut aussi être associée à la formation d'ATP. ### La formation d'ATP L'hypothèse chimio-osmotique, largement acceptée, explique comment de l'ATP est produit par le transport des électrons. La genèse d'ATP nécessite le mouvement d'H⁺ à travers la membrane où le transport des électrons a lieu, créant un gradient transmembranaire d'H⁺. L'H⁺ est transféré à travers la membrane par l'intermédiaire de l'ATP synthase au niveau de trois sites. Le mouvement d'H⁺ est couplé avec une grande libération d'énergie, associée au transport des électrons. Durant ce processus le NADH + H+ est le donneur d'électrons et l'oxygène le récepteur terminal d'électrons. Chez les microbes ayant des voies métaboliques courtes ou chez qui le NADH + H+ n'est pas un donneur d'électrons, il se forme moins d'ATP. ### La respiration anaérobie De nombreuses bactéries et quelques Protozoaires et mycètes vivent dans des environnements dépourvus d'oxygène. Pour # B3 Le métabolisme autotrophe ## Notes clés ### Les chémolithotrophes Les microbes qui tirent de l'énergie de l'oxydation de composants inorganiques sont appelés chémolithotrophes ou chémoautotrophes. Ces microbes sont autotrophes (ils fixent le CO₂); cependant, certains peuvent avoir un métabolisme hétérotrophe, si des composants organiques sont disponibles. Le dioxyde de carbone est fixé par la majorité de ces organismes utilisant le cycle de Calvin. L'énergie nécessaire à la fixation du CO₂ doit être obtenue à partir de l'oxydation de molécules inorganiques. De nombreuses bactéries chémolithotrophes ont un intérêt écologique considérable, par exemple le *Nitrosomonas* et le *Nitrobacter* jouent un rôle majeur dans le cycle de l'azote. ### La photosynthèse Chez les micrbes, la photosynthèse peut être anoxygénique (ne produit pas d'oxygène) ou oxygénique (produit de l'oxygène). La photosynthèse chez les algues est souvent oxygénique. Il existe quatre groupes de microbes ayant une photosynthèse anoxygénique; la cyanobactérie présente une photosynthèse oxygénique. Chez les Cyanobactéries, l'appareil de photosynthèse est localisé dans des systèmes membraneux appelés thylacoïdes. Les pigments qui captent l'énergie lumineuse chez les microbes sont les chlorophylles, les caroténoïdes et les phycobiliprotéines (pigments accessoires). Ces pigments sont disposés dans des systèmes hautement organisés appelés photosystèmes. ### La photophosphorylation oxygénique Chez les Cyanobactéries, lorsque le photo-système I (PS I) transfère l'énergie lumineuse à la chlorophylle P700, la molécule modifie son potentiel rédox (devenant plus négatif) et donne un électron à une autre molécule de chlorophylle. Cet électron est ensuite transféré à une ferredoxine, puis vers des voies cycliques ou non cycliques. Dans la voie cyclique, l'électron retourne à la P700 avec formation d'un ATP. La voie non cyclique se caractérise par l'activation lumineuse de la chlorophylle P680 (PS II) et le transfert d'un autre électron. Cette voie génère 1 ATP, 1NADPH + H et 1/2 O2. ### La photosynthèse anoxygénique Les bactéries vert-pourpre diffèrent des Cyanobactéries dans la mesure où la plupart d'entre elles sont anaerobies. Ces organismes utilisent le H₂, le H₂S et du soufre comme donneurs d'électrons et possèdent des pigments photosensibles différents de ceux observés chez les Cyanobactéries. Chez ces microbes, le PS II est absent et le transfert des électrons est cyclique; il peut être utilisé pour générer de l'ATP. Cependant, les bactéries vertes sulfureuses présentent un flux d'électrons de forme non cyclique utilisé pour réduire le NADP et permettre la photosynthèse. # B4 Les voies de la biosynthèse ## Notes clés ### Les hydrates de carbone La synthèse du glucose à partir de précurseurs non glucosidiques est appelée néoglucogenèse. La voie est l'inverse de la glycolyse, sauf à trois niveaux où la réaction glycolytique est irréversible. À certains niveaux, l'enzyme glycolytique est remplacée. ### La synthèse des acides aminés Les bactéries et les algues peuvent assimiler de l'azote sous forme d'ammoniaque, de nitrate et d'azote. Les mycètes et les algues peuvent assimiler de l'azote seulement sous forme d'ammoniaque ou de nitrate. Seule l'ammoniaque peut être incorporée directement. Les mécanismes les plus simples impliquent la formation d'alanine et de glutamate; ces acides aminés peuvent être utilisés pour synthétiser plusieurs de nouveaux acides aminés par des réactions de transamination (réactions consistant en un transfert de groupes aminés). Le nitrate est plus oxydé que l'ammoniaque et doit d'abord être réduit en ammoniaque avant d'être incorporé par la bactérie; ce processus est appelé réduction nitrée assimilatoire. L'azote peut aussi être utilisé s'il est réduit en ammoniaque (fixation azotée). ### La synthèse des lipides Les lipides sont formés à partir d'acides gras à chaîne longue ou de leurs dérivés. Ces acides gras contiennent en moyenne 18 atomes de carbone et peuvent être saturés (pas de double liaison dans la chaîne) ou insaturés (contenant une ou plusieurs doubles liaisons). Certains peuvent être ramifiés. La synthèse des acides gras est catalysée par l'action du complexe acide gras synthase. L'acétyl CoA et le malonyl CoA sont à la base de la synthèse. Les acides gras insaturés sont formés chez les bactéries aérobies et la plupart des eucaryotes par l'intermédiaire de l'action d'enzymes désaturases sur des acides gras saturés. Dans les organismes anaérobies et facultatifs comme l'E. Coli et Clostridium spp., les doubles liaisons sont formées durant la synthèse des acides gras. ### La synthèse des purines, des pyrimidines et des nucléotides Les purines et les pyrimidines sont des composants azotés cycliques. Les purines (adénine et guanine) sont constituées de deux « anneaux » reliés contenant de l'azote, et les pyrimidines (uracile, cytosine et thyamine) n'en ont qu'un seul. Une pyrimidine ou une purine liée à un pentose (ribose ou désoxyribose) est appelée nucléoside. Un nucleotide (composant de base de l'ADN ou de l'ARN) est un nucléoside avec plusieurs groupements phosphates liés au sucre.