le cycle de lazote azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de lagriculture
TRANSCRIPT
Le cycle de l’azote
Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de l’agriculture
Azote et quelques applications biotechnologiques I : Le cycle de l’Azote
II : La transgénèse naturelle chez les végétaux
III : Les biopesticides
I –L’Azote :
Composants des protéines (AAm) des acides nucléiques (bases azotées)
Diazote gazeux : + de 80% de l’atmosphère terrestre Formes d’assimilation majoritaires :
Nitrates Ions ammoniums
I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique
NO2
NO3
NH3
CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)
CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)
1
AssimilationBactéries du sol
Glutamine synthétase
L’assimilation de l'azote inorganique L'assimilation se fait par la consommation de
L'ammonium : les micro-organismes, Le nitrate : les végétaux et quelques micro-organismes
Glutamate déshydrogénase
L’assimilation de l'azote inorganique Le glutamate et la glutamine :
donneur d’azote réaction de transamination
transaminases
acide -cétonique 1 acide aminé 2
oxaloacétate Asp
pyruvate Ala
a-céto--méthyl valérate Ile
a-céto isovalérate Val
phénylpyruvate Phe
4-hydroxyphényl pyruvate Tyr
préphénate arogénate (précurseur de Phe et Tyr)
3-phosphohydroxy pyruvate 3-phosphosérine
Exemple de produits obtenus après transamination à partir du glutamate (AAm1)
1
2Acide -cétonique 2 : acide -cétoglutarique
L’assimilation de l'azote inorganique Quelques bactéries assimilent l’azote à partir des
nitrates 1er temps : réduction en ion ammonium : intervention de la Nitrate Réductase assimilatrice : NRB,
Insensibilité à l’O2
Voie non énergétique
Le milieu contient des nitrites : NR+
NH4+
Le milieu ne contient pas de nitritesAjout de Zinc (réducteur des nitrates)
Absence de réaction : les nitrates ont été consommés : NR+
Réaction avec les nitrites : NR-
I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique
NO2
NO3
NH3
CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)
CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)
1
AssimilationBactéries du sol
AmmonificationBactéries et champignons
2
L’ammonification Sources d’azote organique très diverses Microorganismes très variés Les réactions :
Hydrolyse des polymères Désaminations aérobie ou non
Désamination directeDésamidation
NH3
I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique
NO2
NO3
NH3
CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)
CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)
1
AssimilationBactéries du sol
AmmonificationBactéries et champignons
2
DénitrificationBactéries : Pseudomonas,
cyanobactéries,..3
La dénitrification
Processus respiratoire anaérobie Respiration nitrique Respiration nitreuse
Nitrate réductase dissimilatrice : inhibée en présence d’O2
Perte de l’azote assimilable
NO3-
NO2-
NRA
NO
N2O
N2
dNRA
ATP
Processus anaérobie
I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique
NO2
NO3
NH3
CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)
CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)
NitritationBactéries: Nitrosomas, Nitrospira,…
NitratationBactéries: Nitrobacter,… 1
AssimilationBactéries du sol
AmmonificationBactéries et champignons
2
4 NitrificationCHIMIOLITHOTROPHES
DénitrificationBactéries : Pseudomonas,
cyanobactéries,..3
Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter),
cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…)
5
La nitrification autotrophe Processus énergétique
Processus aérobie strict Microorganismes autotrophes principalement
Les autotrophes : Bactéries nitreuses
Nitrosomonas Nitrosococcus
Bactéries nitriques Nitrobacter Nitrococcus
Les hétérotrophes : Nombreuses moisissures Milieux acides
Les bactéries nitreuses
Nitrosococcus
Nitrosomonas
NH3 + O2
Cyt C554
Aérobiose
[NH2OH]
2H+ + 2e- H2O
Ammoniac MONO2
-
5H+ + 4e-
Hydroxylamine MO
lithotrophes
Transporteurs H+ / e-
(cytochrome, quinone, …)
2e-ADP + Pi
ATP
O2
2H2O
chimiotrophes
Les bactéries nitriques
Nitrobacter
NO2- + H2O lithotrophes
AérobioseADP + Pi
ATP
O2
2H2O
chimiotrophes
2e- + 2H+
[N(OH)2]Nitrite oxydase
NO3-
Transporteurs H+ / e-
(cytochrome, quinone, …)
Nitrococcus
I – Le cycle de l’AzoteN2 atmosphérique
NO2
NO3
NH3
CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..)
CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries)
NitritationBactéries: Nitrosomas, Nitrospira,…
NitratationBactéries: Nitrobacter,… 1
AssimilationBactéries du sol
AmmonificationBactéries et champignons
2
4 NitrificationCHIMIOLITHOTROPHES
DénitrificationBactéries : Pseudomonas,
cyanobactéries,..3
Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter),
cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…)
5
La fixation de l’azote : les acteursSource d’énergie aérobiose genre
Phototrophes + Cyanobactéries
(exemple : Anabaena, Nostoc)
- Bactéries sulfureuses
Chimioorganotrophes + Bacillus, Klebsiella pneumoniae Azotobacteriaceae, Rhizobiaceae
- Clostridium
Chimiolithotrophes - Thiobacillus
Nitrogénase : complexe enzymatique12 à 16 ATP / molécule de diazote fixée
La fixation de l’azote : la nitrogénase Très sensible à O2
Micro-organismes anaérobies : Clostridum Cyanobactéries dans les hétérocystes
Fixation Libre : +/- associée aux zones racinaires ou
foliaires Symbiotiques : Rhizobium / légumineuses,
Azotobacter, Franckia
(Bactérie)
Fixation de l’azote lors d’une relation symbiotique
e- / H+
Transporteurs H+ / e-
(cytochrome, quinone, …)PHB
CO2
FADH2
ADP + Pi ATP
FAD
(cellule végétale)
Leghémoglobine(piège à O2)
O2
Métabolitescarbonés
METABOLISME
végétal
PHOTOSYNTHESE
N2
NH4+
Glutamate NH4+
METABOLISME
bactérien
nitrogénase
Schéma de développement des nodules 2
PHB
Corps granuleux
Paroi bactérienne
Système vésiculaire
Membrane de séquestration
SCHEMA D'UN BACTEROIDE EFFICIENTSCHEMA D'UNE CELLULE VEGETALE EFFICIENTE
Noyau
Vacuole
Plaste Bactéroïde
Transgénèse chez les végétaux Résistance aux parasites Augmentation des rendements de production Diminution des coûts d’exploitation Acquisition de nouvelles qualités : gustatives,
conservation…
Agrobacterium
•Caractéristiques •Bacille Gram –•Asporulé•Mobile•Phytopathogène
•Exemples•Agrobacterium tumefaciens :
•grand plasmide Ti (tumor inducing) •galle du collet (crown gall)
•Agrobacterium rhizogenes : •grand plasmide Ri (root inducing)•chevelu racinaire
Exemple du plasmide Ti
Gènes gouvernant la virulence
Zone impliquée dans le contrôle de la
réplication
Gènes intervenant dans la morphologie de la tumeur (*) la synthèse d’opines dans la cellules transformées [octopine (racines), agropine (bourgeon)]
Gènes du catabolisme de l’agropine
Gènes du catabolisme de l’octopine
Gènes responsables du transfert conjugatif de Ti entre les bactéries
Zones acquises dans
le génome des tissus tumoraux
Zone à éliminer lors du désarmement
(*) inhibition des pousse et des racines : interviennent dans la synthèse d’auxine et de
cytokinine (modification de la balance hormonale)
T
Vir
Les biopesticides Molécules actives vis-à-vis des parasites des animaux et des végétaux (insectes,
ravageurs, microorganismes…) synthétisés lors de la phase stationnaire de croissance donc des métabolites secondaires
Leur production s’effectue par culture de microorganismes
Parasites Microorganismes Mode d’action
Lépidoptères (chenille)Larve de moustiques
Bacillus thuringiensis Exotoxine protéique parasporale attaquant les muqueuses intestinales des larves d’insectes, le cristal se dissout dans la cavité intestinal (pH alcalin) et les protéases le transforment en molécules actives
Coléoptères (vers blancs)
Beauvaria bassiana Moisissure attaquant les téguments respiratoires et dont le développement mycélien obstrue les canaux respiratoires
Noctuelles ravageurs du coton et du maïs
Baculovirus Infection létale du tube digestif