Fiche de révision : Diversité métabolique et enzymatique

📋 Plan du Cours

1. Métabolisme et niveaux trophiques
2. Énergie, ATP et oxydoréduction
3. Types nutritionnels microbiens
4. Respiration aérobie
5. Respiration anaérobie et fermentation
6. Chimio-autotrophie
7. Photosynthèse et photohétérotrophie
8. Oxygène et cycle du carbone

📖 1. Métabolisme et niveaux trophiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Somme des réactions chimiques qui se déroulent dans un être vivant et permettent notamment le maintien de l’équilibre énergétique.

★ À maîtriser

📌 Les autotrophes produisent leur matière organique à partir de sources minérales, tandis que les hétérotrophes utilisent une matière organique préexistante.

• Les consommateurs primaires se nourrissent des producteurs, tandis que les consommateurs secondaires se nourrissent des producteurs ou des consommateurs primaires.

Compléments

• Les décomposeurs, notamment les bactéries et les champignons, dégradent la matière organique.

• Les êtres humains sont des chimio-hétérotrophes et peuvent occuper les niveaux de consommateurs primaires et secondaires.

💡 Astuce mémo

Producteurs → consommateurs → décomposeurs

📖 2. Énergie, ATP et oxydoréduction

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : Molécule qui transporte l’énergie et permet notamment l’activation de protéines par phosphorylation, la phosphorylation de réactifs clés et le fonctionnement de transporteurs.
• Coenzyme : Molécule qui, comme le NAD+, facilite le transfert d’électrons d’une molécule à une autre lors des réactions biologiques d’oxydoréduction.

📝 Points essentiels

• Les molécules sources d’énergie donnent des électrons à une chaîne de transport, dont l’accepteur final permet leur réoxydation et la libération d’énergie sous forme d’ATP.

📌 Une molécule sous forme réduite est plus énergétique qu’une molécule sous forme oxydée et peut donner des électrons.

💡 Astuce mémo

Oxydation des donneurs d’électrons → gradient de protons → ATP

📖 3. Types nutritionnels microbiens

★ À maîtriser

📌 Un organisme phototrophe utilise la lumière comme source d’énergie, tandis qu’un organisme chimiotrophe utilise l’énergie de composés chimiques.

📌 Un organisme autotrophe utilise le CO₂ comme source de carbone, tandis qu’un organisme hétérotrophe utilise du carbone organique.

Compléments

• Les photoautotrophes anoxygéniques utilisent la lumière sans produire d’oxygène.

💡 Astuce mémo

Photo = lumière ; chimio = composés chimiques ; auto = CO₂ ; hétéro = carbone organique

📖 4. Respiration aérobie

★ À maîtriser

• La respiration aérobie catabolise les molécules organiques, produit du pyruvate puis de l’acétyl-CoA, alimente le cycle de Krebs et transfère les électrons à une chaîne respiratoire.

• Dans la respiration aérobie, la cytochrome oxydase réduit l’oxygène en eau, l’oxygène étant l’accepteur final des électrons.

• La chaîne respiratoire crée un gradient de protons à travers la membrane, puis l’ATP synthase utilise la force protomotrice pour produire de l’ATP.

📐 Formule — Le bilan global indiqué pour la respiration aérobie du glucose est $C_6H_{12}O_6 + O_2 \rightarrow 6CO_2 + 2H_2O$, avec une production totale de 38 ATP.

Compléments

📐 Formule — L’ATP synthase produit environ un ATP lors du passage de trois protons : $3H^+ = 1\ ATP$.

💡 Astuce mémo

Glycolyse → pyruvate → acétyl-CoA → Krebs → chaîne respiratoire → ATP

📖 5. Respiration anaérobie et fermentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Fermentation : Processus métabolique qui libère l’énergie d’une molécule organique sans O₂ ni chaîne de transport d’électrons et utilise une molécule organique comme accepteur final d’électrons.

★ À maîtriser

📌 La respiration anaérobie utilise une chaîne de transport d’électrons avec un accepteur final autre que l’oxygène, tandis que la fermentation utilise une molécule organique comme accepteur final et ne possède pas de chaîne respiratoire.

• En respiration anaérobie, des accepteurs finaux peuvent être le nitrate, le sulfate ou le fer ferrique.

• Lors de la fermentation, le NADH formé pendant la glycolyse est réoxydé en NAD+ afin de permettre la poursuite de la glycolyse.

Compléments

• Geobacter utilise le fer ferrique Fe³⁺ extracellulaire comme accepteur d’électrons et le réduit en fer ferreux Fe²⁺ extracellulaire.

💡 Astuce mémo

Respiration anaérobie : accepteur minéral ; fermentation : accepteur organique

📖 6. Chimio-autotrophie

★ À maîtriser

📌 Les chimio-autotrophes utilisent le CO₂ comme source de carbone et une molécule inorganique réduite comme source d’énergie.

• Les molécules inorganiques réduites utilisées comme sources d’énergie peuvent être NH₄⁺, Fe²⁺, H₂S ou H₂.

• L’oxydation d’un composé inorganique réduit produit des électrons, de l’ATP et du NADPH, qui permettent ensuite de réduire le CO₂ en carbone organique.

Compléments

• Chez Nitrosomonas, NH₄⁺ est oxydé en NO₂⁻, O₂ est réduit en H₂O, et l’énergie produite sert à fabriquer de l’ATP et du NADPH puis à réduire le CO₂.

💡 Astuce mémo

Oxydation d’un composé minéral réduit → ATP et NADPH → réduction du CO₂

📖 7. Photosynthèse et photohétérotrophie

🔑 Notions clés & Définitions

• Photoautotrophe : Organisme qui utilise l’énergie lumineuse et le CO₂ pour produire de la matière organique.

★ À maîtriser

• Les cyanobactéries utilisent l’eau pour réduire le CO₂ et les microorganismes photoautotrophes réalisent environ la moitié de la photosynthèse terrestre.

• La photosynthèse capte la lumière grâce à des pigments, crée un gradient de protons et utilise l’ATP synthase pour produire de l’ATP.

📌 Les photohétérotrophes utilisent la lumière comme source d’énergie et le carbone organique comme source de carbone.

Compléments

• Chez les photohétérotrophes, la bactériorhodopsine membranaire agit comme une pompe à protons qui crée un gradient utilisé par l’ATP synthase, sans production d’oxygène.

💡 Astuce mémo

Photoautotrophes : CO₂ ; photohétérotrophes : carbone organique

📖 8. Oxygène et cycle du carbone

📝 Points essentiels

• Les dérivés réactifs de l’oxygène cités sont l’anion superoxyde et l’eau oxygénée H₂O₂, qui sont toxiques en fortes quantités.

• La superoxyde dismutase et la catalase dégradent les dérivés réactifs de l’oxygène afin d’éviter leur accumulation.

• Les autotrophes transforment le CO₂ en carbone organique, puis les hétérotrophes utilisent cette matière organique et rejettent du CO₂, ce qui entretient le cycle du carbone.

💡 Astuce mémo

DRO en excès → toxicité ; autotrophes → carbone organique → hétérotrophes → CO₂

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des stratégies énergétiques

Respiration et fermentation