Structure et fonction de la cellule bactérienne

IV) Physiologie bactérienne

Les bactéries ont des besoins nutritifs, généralement des molécules simples, pour la fabrication et le fonctionnement de leurs constituants, pour leur métabolisme, qui se fait de deux manières. Les besoins nutritifs des bactéries sont principalement des macronutriments qui représentent 95% du poids sec, et des oligoéléments qui représentent 5%. Les macronutriments sont principalement du carbone, oxygène, d’hydrogène, d’azote, de soufre et de phosphate qui sont les constituants des macromolécules, et le potassium, le calcium, le magnésium et le fer qui participent à l’activité des protéines et des enzymes. Les oligoéléments participent à l’activité des enzymes et des cofacteurs. Les macronutriments et les oligoéléments sont retrouvés dans les composés minéraux et dans les composés organiques. La synthèse de la matière organique nécessite obligatoirement une source de carbone, la source de carbone peut être minérale, et être utilisée par les organismes autotrophes, ou être organique et sera la source des organismes hétérotrophes.

Multiplication des bactéries : de 20 à 30 min

Milieux de culture :

Milieu riche  milieu non défini ou empirique, contient des extraits de viande, extraits de levure, peptones…

Milieu synthétique ou minimum milieu défini, contient une source de carbone et d’énergie, une source d’azote, des sels minéraux et éventuellement des facteurs de croissance

La chimiotrophie et la phototrophie sont deux sources d’énergie dans le vivant, la lumière pour les organismes phototrophes (organismes qui captent l’énergie lumineuse), et l’énergie chimique d’un nutriment libérée par son oxydation, organismes chimiotrophes (organismes qui captent l’énergie d’une substance chimique).

Les bactéries phototrophes :

Chez les bactéries, on a des donneurs d’électrons différents, la photosynthèse bactérienne peut être:

→ oxygénique, le donneur d’électrons et donc H2O.

→ anoxygénique, le donneur d’électrons est alors le plus souvent un composé soufré (H2S, S2O3-...) ou H2.

Cyanobactéries(ex : Oscillatoria, Anabaena, Nostoc, Synechococcus est parmi les bactéries photosynthétiques les plus importantes du milieu marin ; elle est responsable d’environ 25% de la production primaire dans ce milieu. )

Les cyanobactéries font une photosynthèse oxygénique, leur donneur d’électrons est l’H2O, elles contiennent des pigments de chlorophylle A, de phycobiliprotéines, et de caroténoïdes. Elles ont le même fonctionnement que les chloroplastes, avec deux photosystèmes.

Bactéries vertes et pourpres

Donneurs d’électron : composé organique PHOTOORGANOTROPHES

Donneurs d’électron : composé minéral PHOTOLITHOTROPHES

Chez les autres bactéries nous avons qu’un seul photosystème. Par exemple pour les bactéries sulfureuses pourpres, on a une photosynthèse anoxygénique, son donneur d’électrons est le H2S, et elles contiennent des pigments bactériochlorophylles A, B et caroténoïdes. Pour fonctionner, ces bactéries ont besoin de H2S, de CO2, de lumière, et elles ne peuvent pas vivre dans des milieux avec du dioxygène. Le soufre produit est déposé dans les bactéries. Le rôle de ces bactéries est encore très réduit aujourd’hui, mais fondamental pour la production primaire de matière organique avant le dioxygène, elles utilisent le CO2 pour faire de la matière organique. Ces bactéries n’ont qu’un seul photosystème qui n’est pas assez élevé pour utiliser H2O comme un donneur d’électron, pour faire le pouvoir réducteur, il faut donc qu’elles consomment une partie des ions H+, c’est pour ça qu’il faudra beaucoup plus d’énergie au départ pour avoir un gradient de proton assez élevé. Les bactéries sulfureuses pourpres sont donc très énergivores.

Bactérie pourpre : Rhodospirillum

Pour les bactéries non sulfureuses pourpres, on a une photosynthèse anoxygénique, avec des composés organiques comme source de carbone. Ce groupe représente un grand nombre de bactéries, la plupart utilise H2S comme donneur d’électrons, mais à des concentrations plus faibles que les bactéries pourpres sulfureuses. La plupart peuvent croître en aérobiose en absence de lumière, elles font alors la respiration et non la photosynthèse, ou en anaérobie, si elles ont de la lumière elles font la photosynthèse sinon elles font la fermentation. Leur hétérotrophie (sources de carbone organiques) est très variée, acide gras, acides aminés, alcools, toluène... ça explique leur succès dans la nature. Si elles sont hétérotrophes alors on a une formation d’ATP, si on fait de la fermentation on n’a pas d’ATP.

Les bactéries sulfureuses vertes font une photosynthèse anoxygénique, leur donneur d’électron est le H2S, elles contiennent des pigments bactériochlorophylles a, c, d et e. Ces bactéries fonctionnent avec de la lumière et du CO2, mais jamais avec du dioxygène. Le soufre produit est déposé à l’extérieur des bactéries, puis et est converti en sulfates. Les bactériochlorophylles particulières (c,d et e) sont localisées dans les complexes attachés à la membrane plasmique (chromosomes) très efficaces pour transmettre l’énergie lumineuse en photosynthèse, ça leur permet une vie en profondeur dans les lacs. Une v=bactérie sulfureuse verte a été trouvée près de fumeurs noirs dans l’océan Pacifique à 2500m de profondeur sans aucune lumière, elles sont entretenues par l’apport thermique en infrarouge des fumeurs noirs.

Les bactéries non sulfureuses vertes sont filamenteuses, elles représentent que quelques genres de bactéries qui vivent à haute température, elles sont photo-autotrophes et photo-hétérotrophes. La photosynthèse a à la fois de caractéristiques de bactéries pourpres et des caractéristiques de bactéries vertes sulfureuses. Elles n’ont pas eu et n’ont toujours pas de rôle important.

Les bactéries chimiotrophes

– Si AH2 =molécule organique  Chimioorganotrophes

– Si AH2 = molécule minérale Chimiolithotrophes

La chimiotrophie est l’énergie prise de substance organique ou de substance minérale (ce dernier est une caractéristique des procaryotes). Les coenzymes

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