Microbio Chap 4 PDF - Bac 3 VT 2019-2020

LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 1. Rappels : i. Le métabolisme : • Métabolisme = Ensemble de réactions biochimiques contrôlées misent en place par un être vivant pour lui permettre notamment de se maintenir en vie, de se reproduire, de se développer et de répondre aux stimuli de son environneme...

LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 1. Rappels : i. Le métabolisme : • Métabolisme = Ensemble de réactions biochimiques contrôlées misent en place par un être vivant pour lui permettre notamment de se maintenir en vie, de se reproduire, de se développer et de répondre aux stimuli de son environnement. - Toute cellule nécessite des nutriments = composés chimiques nécessaires au métabolisme. Le métabolisme nécessite de l'énergie qu’il va produire en décomposant des nutriments ou en utilisant de la lumière. L’énergie est stockée dans les liens chimiques de l’adenosine triphosphate (ATP) = vecteur énergétique / molécule permettant de transporter de l’énergie stockée sur ses liaisons covalentes. Le métabolisme utilise des enzymes pour cataboliser les nutriments pour former des précurseurs métaboliques (briques lego à partir desquelles toutes les molécules nécessaires à la cellule seront construites) Lors de réactions anaboliques, il y a des dégradations de molécules compliquées pour former de l’ATP). - La production de molécules complexes se fait toujours à partir de polymérisation de molécules simples. - - - ➔ On part d’une molécule complexe et on les décompose pour en retirer de l’énergie. Et à l’inverse, pour construire une molécule complexe, on dépense de l’énergie. ii. L’oxydo-réduction : Les mécanismes d’oxydoréduction sont des réactions chimiques dans lesquelles il y a un transport d’électrons – un échange d’électrons. 36 Réducteur = élément donnant des électrons. Oxydant = élément receveur des électrons. LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 Exemple : la réaction de combustion du méthane Dans cette réaction : - Le carbone (réducteur) a été oxydé par l’oxygène et donc le nombre d’oxydation du C - passe de -4 à +4 → le C a perdu 8 électrons Le nombre d’oxydation de l’H ne change pas L’O2 adore les électrons et donc, quand il part de la molécule d’eau, son nombre d’oxydation passe de 0 à -2. Il est réduit par le carbone et est un oxydant. L’électronégativité : 37 LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 On sait quantifier ces réactions d’oxydo-réduction – on sait donner l’énergie relâchée par ces réactions : Restons avec la réaction de base avec le CH4 oxydé par l’O2. Ces couples d’oxydo-réduction possèdent un potentiel rédox. On voit que l’O2 et l’H2O sont tout en bas de la chaîne de potentiel rédox. Cela signifie que l’O2 est un très bon accepteur d’électron. → Cela s’explique par sa structure et son électronégativité. On donne des valeurs à ces potentiels rédox. C’est ce qu’on appelle le potentiel de réduction standard. Ça se mesure en Volt et c’est la tendance à un donneur à perdre des électrons ou la tendance d’un receveur à recevoir des électrons. Donc, plus un potentiel standard est positif, plus l’oxydant est un bon oxydant. On voit donc que l’O2 est un très bon oxydant et que le CH4 et le glucose sont de très bons donneurs d’électrons (il y a donc énormément d’énergie dans ces molécules donneuses d’électrons). Donc, en gros, quand on part du haut du schéma et qu’on finit tout en bas, on a un couple qui va générer beaucoup d’énergie. Donc, avec ces demi équation rédox, à chacune de ces demis équations rédox, correspond un potentiel standard. Exp : le potentiel standard du couple O2-H2O = +0.8 et du couple CH4-CO2 = -0.25. ➔ Avec cette différence de potentiel, on peut calculer l’énergie relâchée par môle de méthane brulée. Quand on a, comme source d’énergie, un bon donneur d’électron et comme accepteur d’électron, un bon oxydant, on retirera de cette réaction beaucoup d’énergie. Par exemple, nous utilisons comme énergie du glucose (= un excellent donneur d’électrons/d’énergie) et comme oxydant l’O2 (= un excellent oxydant). Donc, on a une source d’énergie contenant énormément d’énergie et un oxydant très puissant. On sait donc retirer beaucoup d’énergie de ce qu’on ingère. À contrario, certains organismes se contentes de bien moins. 38 LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 L’O2 n’est pas toujours un oxydant et le CH4 n’est pas toujours réduit. Le C du CO2 n’est pas un bon oxydant et pourtant, dans certain cas il est utilisé comme oxydant. Par exemple, dans l’exemple avec les méthanogènes, ceux-ci utilisent comme sources d’énergie du H2 (il y a beaucoup d’énergie dans cette molécule) et comme accepteur d’électron, le C du CO2 qui est un oxydant bien moins bon que l’O2. Ces microorganismes utilisent une molécule qui, comme nutriment, possède beaucoup d’O2 et un mauvais accepteur d’électron mais génère leur énergie avec ce couple H2, CO2 et CH4. L’énergie produite par moles d’H2 est moindre. En ce qui nous concerne, on dégrade du glucose pour le transformer en H2O et CO2. Cette réaction produit de l’énergie par étape (on ne transformer pas directement du glucose en H2O et CO2). L’énergie du glucose est transférée successivement à différents couples rédox qui ont des potentiels rédox de + en + positif. Ces molécules sont le NADH, le FADH2, les coenzymes, les cytochromes = tout ce qu’on retrouve dans la chaîne de transport des électrons. ➔ Donc, les électrons arrachés au glucose sont d’abord transmis à différents transporteurs d’électrons organisés en chaîne de transport des électrons, l’accepteur final étant dans ce cas l’oxygène. Cela va amener à la synthèse d’ATP par phosphorylation oxydative. Cette succession de réaction rédox se fait dans les enzymes placées dans la membrane interne de nos mitochondries et est mis en place pour protéger les cellules de 39 LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 réductions aléatoires et pour récupérer l’énergie résultant du gain d’électron par les accepteurs successifs. Cette succession de réaction se fait donc dans les enzymes placées dans la membrane interne de nos mitochondries. iii. Les transporteurs d’électrons : - NADH, FADH, CoenzymeQ,.. Ces molécules ont à chaque fois, dans leur structure, un cycle au niveau duquel les électrons peuvent être transportés. - On peut transporter les électrons en faisant appel à un atomes de Fer. 2. Les types nutritionnels : Les formes de vies sont réparties en fonction de leur type nutritionnels : a. La source d’énergie : • Quand la source d’énergie est de la lumière, on parlera de phototrope. • Quand la source d’énergie est une molécule chimique, on parlera de chimiotrope. À ça se combine : 40 LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 b. La source d’électron (besoin pour construire nos molécules vues que toutes nos liaisons covalentes sont faites d’électrons) : • Quand la source d’électron sont des molécules organiques = organotrophe. • Quand la source d’électron sont des molécules inorganiques = lithotrophe. c. La source de carbone : • Quand la source de carbone est du CO2 = autotrophe. • Quand la source de carbone sont des molécules organiques = hétérotrophe. Tout cela se combine et on parlera d’organisme : a. Photolithoautotrophe : organisme utilisant la lumière comme source d’énergie, le carbone du CO2 comme source de carbone et comme donneur d’électron, ils utilisent un donneur d’électron inorganique = l’eau ➔ Ces organismes sont les premiers organismes à s’être installé sur la planète. Ils sont à l’origine de l’oxygène dans l’atmosphère. Ce sont eux qui ont conduit à « la grande oxygénation ». b. Chimiolithoautotrophe : ces organismes utilisent des sources d’énergie avec un potentiel énergétiaque très faible. Donc, ils utilisent comme source d’énergie des molécules chimiques mais comme donneur d’électrons, des molécules inorganiques. C’est grâce aux autotrophes que l’hétérotrophie est possible. Il y a très longtemps, ces organismes phototrophiques ont produits de l’oxygène (qui était un déchet de la photosynthèse). L’Oxygène, à l’époque, se combinait avec du Fer retrouvé dans les océans et précipitait pour former des roches. Cela faisait que la teneur en Oxygène était nulle dans l’atmosphère. À un moment donné, il n’y a plus eu assez de Fer pour précipiter cet oxygène et l’Oxygène a fini par s’accumuler. Cela a permis l’arrivée des organismes utilisant l’Oxygène comme oxydant. c. Chimioorganohétérotrophe : ce sont des organismes qui utilisent, comme source d’énergie, de carbone et d’électrons des molécules organiques. → Nous utilisons par exemple du glucose comme source d’énergie, de carbone et d’électrons. Notre respiration est aérobie et parfois nos muscles fermentent (accumulation d’acides lactiques). d. Photoorganohétérotrophe : ce sont des organismes capables d’utiliser la lumière comme source d’énergie. Mais ils vont utiliser une molécule organique comme source de carbone. 41 LIKIN Salomé Bac 3 VT 2019-2020 e. Chimiolithohétérotrophe : ce sont des organismes qui utilisent des molécules chimiques inorganiques comme source d’énergie mais ils ont besoins de molécules organique comme source de carbone. Certains organismes sont capables de flexibilité métabolique : cela veut dire qu’en fonction des conditions, ils vont changer de type nutritionnel selon les circonstances environnementales. Par exemples : les bactéries non sulfureuses pourpres sont photoorganohétérotrophes en l’absence d’O2 mais fonctionnent comme des chimioorganotrophes au taux normal d’O2. 3. Les réactions d’approvisionnement : Pour construire une bactérie, il nous faut : - Des précurseurs métaboliques qui sont des petites molécules fournissant les squelettes carbonés nécessaire à la biogenèse de tous les monomères. De l’énergie qui sera véhiculée par de l’ATP. Des électrons pour faire les liens entre les briques (des liaisons covalentes). Du carbone De l’azote pour les acides aminés. Du phosphore pour nos acides nucléiques. Du soufre pour certain acides aminés. Les formes de vie utilisent l’énergie générée par les réactions d’oxydoréduction pour former de l’ATP. L’énergie potentiel qu’il y a dans ces réactions d’oxydoréduction est donc récupérée. Nous allons voir 3 types trophiques nous intéressant : - 42 La génération d’énergie chez les chimio-organo-hétérotrophe = ces organismes qui génèrent de l’énergie en oxydant de la matière organique. Nous faisons partie de ce type trophique là. On verra que certaines bactéries utilisent une glycolyse différente ou ne font pas de respiration aérobie mais une respiration anaérobie (l’accepteur d’électron final de la chaîne de transport des électrons n’est pas l’oxygène). On verra aussi que certaine bactérie ne respire pas et font la fermentation.