Fiche de révision : Photohétérotrophes et alignements

📋 Plan du Cours

1. Environnement océanique oligotrophe
2. Définition des photohétérotrophes
3. Types de photohétérotrophes
4. Photohétérotrophie cyanobactérienne
5. Protéorhodopsines et réponses lumineuses
6. Alignement des séquences
7. Matrices de score et BLAST

📖 1. Environnement océanique oligotrophe

★ À maîtriser

• L’océan ouvert correspond aux zones situées au-delà des plateaux continentaux, notamment les gyres subtropicaux, et couvre environ 40 % de la surface de la planète.

• L’océan ouvert présente plusieurs caractéristiques:

  • une stratification thermique
  • une stratification nutritive
  • une oligotrophie
  • une production fondée sur le picoplancton
  • une production régénérée représentant 90 %

Compléments

• Les organismes cités comprennent:
  • Prochlorococcus
  • Synechococcus
  • les picoeucaryotes
  • SAR11
  • les Archées
  • Roseobacter
  • SAR86
  • les Flavobacteriia

📖 2. Définition des photohétérotrophes

🔑 Notions clés & Définitions

• Photohétérotrophes : Suzuki and Beja, in Kirchman Microbial Ecology of the Oceans 2nd ed., 2008 — Microorganismes qui utilisent la lumière comme source d’énergie tout en exploitant des composés organiques comme source de carbone et d’énergie.

★ À maîtriser

📌 Les phototrophes utilisent l’énergie lumineuse pour produire l’énergie cellulaire, les photoautotrophes obtiennent leur énergie de la lumière et synthétisent principalement leur biomasse à partir de molécules inorganiques, tandis que les photohétérotrophes obtiennent leur énergie de la lumière et synthétisent principalement leur biomasse à partir de molécules organiques.

📌 Les phototrophes oxygéniques produisent du dioxygène moléculaire, tandis que les phototrophes anoxygéniques n’en produisent pas.

Compléments

📌 Les phototrophes anoxygéniques anaérobies vivent dans des environnements anoxiques et utilisent des composés inorganiques réduits pour produire leur biomasse à partir du CO2, tandis que les phototrophes anoxygéniques aérobies vivent dans des environnements oxiques et ne produisent pas, à ce jour, de quantités significatives de biomasse à partir du CO2.

💡 Astuce mémo

Photoautotrophes : carbone inorganique ; photohétérotrophes : carbone organique

📖 3. Types de photohétérotrophes

★ À maîtriser

• Les trois grands types sont:

  • les cyanobactéries
  • les microorganismes contenant des protéorhodopsines
  • les phototrophes aérobies anoxygéniques (AAP ou AAnP)

• Les cyanobactéries comprennent notamment Synechococcus et Prochlorococcus, qui contiennent des chlorophylles et sont majoritairement photoautotrophes.

Compléments

📌 Les réactions anaplérotiques du cycle des acides tricarboxyliques permettent aux phototrophes aérobies anoxygéniques d’incorporer du CO2, par exemple par conversion du phosphoénolpyruvate en oxaloacétate ou du pyruvate en malate.

💡 Astuce mémo

C-P-A : cyanobactéries, protéorhodopsines, AAP

📖 4. Photohétérotrophie cyanobactérienne

★ À maîtriser

• Synechococcus et Prochlorococcus peuvent utiliser le DMSP comme source réduite de soufre et osmolyte, ainsi que l’urée comme source réduite d’azote.

📌 L’absorption de leucine et de thymidine par des autotrophes impose de réaliser les mesures de production du bactérioplancton hétérotrophe dans l’obscurité, ce qui empêche de mesurer simplement l’effet de la lumière sur l’ensemble des photohétérotrophes par comparaison lumière-obscurité.

Compléments

• L’absorption de DMSP par ces cyanobactéries est observée malgré une forte disponibilité de sulfate dans l’environnement marin.

• Les nucléosides et les acides aminés peuvent être absorbés par Prochlorococcus et Synechococcus, comme l’indiquent des expériences de laboratoire et des études de terrain.

💡 Astuce mémo

Lumière et composés organiques → production d’ATP et assimilation du carbone

📖 5. Protéorhodopsines et réponses lumineuses

★ À maîtriser

• Les protéorhodopsines ont été découvertes grâce à des techniques génomiques dans une banque génomique BAC provenant de la baie de Monterey par Beja et al. en 2000.

• Chez Dokdonia, les réponses métaboliques et les rendements semblent dépendre davantage de l’état global de stress des cellules que d’une limitation en substrat, à l’exception de Dokdonia pour certaines réponses.

Compléments

• Chez Vibrio AND4, la protéorhodopsine favorise la survie pendant la privation, tandis que chez Psychroflexus torquis elle intervient lors d’un stress salin.

• Chez P. angustum, les protéorhodopsines modifient les rendements selon le cycle jour-nuit lorsque les conditions sont non optimales.

📖 6. Alignement des séquences

🔑 Notions clés & Définitions

• Homologie : Notion qualitative et binaire indiquant une origine évolutive commune ainsi qu’un recouvrement structural et fonctionnel.
• Similarité : Mesure du degré de correspondance entre deux séquences.

★ À maîtriser

📌 Un alignement local compare une région d’un gène ou d’une protéine complète, tandis qu’un alignement global compare la totalité des gènes ou des protéines.

Compléments

• Les alignements servent à prédire la fonction, la structure et la phylogénie, tandis qu’un alignement pairwise indique la parenté entre gènes ou protéines et suggère une homologie ainsi que des motifs communs.

💡 Astuce mémo

Local : région fonctionnelle ; global : séquence entière

📖 7. Matrices de score et BLAST

🔑 Notions clés & Définitions

• Matrices de score : Les matrices de score attribuent des valeurs liées à la probabilité de changements entre acides aminés ou nucléotides, et la somme des scores individuels donne le score global de l’alignement.

★ À maîtriser

• Dans l’exemple blastn, une correspondance reçoit le score +5 et une non-correspondance reçoit le score −4.

• BLAST recherche rapidement des séquences présentant les scores les plus élevés au moyen d’une approche heuristique qui identifie des correspondances candidates, produit des alignements locaux et les évalue.

Compléments

• Les séquences protéiques fournissent davantage d’information que les séquences d’ADN pour l’alignement, en raison de la dégénérescence du troisième codon, appelée wobble.

💡 Astuce mémo

Chercher, aligner localement, scorer

📊 Tableaux de synthèse

Types de phototrophes