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Le cycle de lazote Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de lagriculture.

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1 Le cycle de lazote Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de lagriculture

2 Azote et quelques applications biotechnologiques I : Le cycle de lAzote II :La transgénèse naturelle chez les végétaux III : Les biopesticides

3 I –LAzote : Composants des protéines (AAm) des acides nucléiques (bases azotées) Diazote gazeux : + de 80% de latmosphère terrestre Formes dassimilation majoritaires : Nitrates Ions ammoniums

4 I – Le cycle de lAzote N 2 atmosphérique NO 2 NO 3 NH 3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries ) 1 Assimilation Bactéries du sol

5 Glutamine synthétase Lassimilation 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

6 Lassimilation de l'azote inorganique Le glutamate et la glutamine : donneur dazote réaction de transamination transaminases acide -cétonique 1 acide aminé 2 oxaloacétateAsp pyruvateAla a-céto- -méthyl valérate Ile a-céto isovalérateVal phénylpyruvatePhe 4-hydroxyphényl pyruvateTyr préphénatearogénate (précurseur de Phe et Tyr) 3-phosphohydroxy pyruvate3-phosphosérine Exemple de produits obtenus après transamination à partir du glutamate (AAm1) 1 2 Acide -cétonique 2 : acide -cétoglutarique

7 Lassimilation de l'azote inorganique Quelques bactéries assimilent lazote à partir des nitrates 1 er temps : réduction en ion ammonium : intervention de la Nitrate Réductase assimilatrice : NRB, Insensibilité à lO 2 Voie non énergétique Le milieu contient des nitrites : NR+ NH 4 + Le milieu ne contient pas de nitrites Ajout de Zinc (réducteur des nitrates) Absence de réaction : les nitrates ont été consommés : NR+ Réaction avec les nitrites : NR-

8 I – Le cycle de lAzote N 2 atmosphérique NO 2 NO 3 NH 3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries ) 1 Assimilation Bactéries du sol Ammonification Bactéries et champignons 2

9 Lammonification Sources dazote organique très diverses Microorganismes très variés Les réactions : Hydrolyse des polymères Désaminations aérobie ou non Désamination directe Désamidation NH 3

10 I – Le cycle de lAzote N 2 atmosphérique NO 2 NO 3 NH 3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries ) 1 Assimilation Bactéries du sol Ammonification Bactéries et champignons 2 Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3

11 La dénitrification Processus respiratoire anaérobie Respiration nitrique Respiration nitreuse Nitrate réductase dissimilatrice : inhibée en présence dO 2 Perte de lazote assimilable NO 3 - NO 2 - NRA NO N2ON2O N2N2 dNRA ATP Processus anaérobie

12 I – Le cycle de lAzote N 2 atmosphérique NO 2 NO 3 NH 3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries ) Nitritation Bactéries: Nitrosomas, Nitrospira,… Nitratation Bactéries: Nitrobacter,… 1 Assimilation Bactéries du sol Ammonification Bactéries et champignons 2 4 Nitrification CHIMIOLITHOTROPHES Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3 Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter), cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…) 5

13 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

14 Les bactéries nitreuses Nitrosococcus Nitrosomonas NH 3 + O 2 Cyt C 554 Aérobiose [NH 2 OH] 2H + + 2e - H2OH2O Ammoniac MO NO2-NO2- 5H + + 4e - Hydroxylamine MO lithotrophes Transporteurs H + / e - (cytochrome, quinone, …) 2e - ADP + Pi ATP O2O2 2H 2 O chimiotrophes

15 Les bactéries nitriques Nitrobacter NO2- + H2ONO2- + H2O lithotrophes Aérobiose ADP + Pi ATP O2O2 2H 2 O chimiotrophes 2e - + 2H + [N(OH) 2 ] Nitrite oxydase NO3-NO3- Transporteurs H + / e - (cytochrome, quinone, …) Nitrococcus

16 I – Le cycle de lAzote N 2 atmosphérique NO 2 NO 3 NH 3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries ) Nitritation Bactéries: Nitrosomas, Nitrospira,… Nitratation Bactéries: Nitrobacter,… 1 Assimilation Bactéries du sol Ammonification Bactéries et champignons 2 4 Nitrification CHIMIOLITHOTROPHES Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3 Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter), cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…) 5

17 La fixation de lazote : les acteurs Source dénergieaérobiosegenre Phototrophes + Cyanobactéries (exemple : Anabaena, Nostoc) - Bactéries sulfureuses Chimioorganotrophes + Bacillus, Klebsiella pneumoniae Azotobacteriaceae, Rhizobiaceae - Clostridium Chimiolithotrophes - Thiobacillus Nitrogénase : complexe enzymatique 12 à 16 ATP / molécule de diazote fixée

18 La fixation de lazote : 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

19 (Bactérie) Fixation de lazote lors dune relation symbiotique e - / H + Transporteurs H + / e - (cytochrome, quinone, …) PHB CO 2 FADH 2 ADP + PiATP FAD (cellule végétale) Leghémoglobine (piège à O 2 ) O2O2 Métabolites carbonés METABOLISME végétal PHOTOSYNTHESE N2N2 NH4+NH4+ Glutamate NH4+NH4+ METABOLISME bactérien nitrogénase

20 Schéma de développement des nodules 2

21 Transgénèse chez les végétaux Résistance aux parasites Augmentation des rendements de production Diminution des coûts dexploitation Acquisition de nouvelles qualités : gustatives, conservation…

22 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

23 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 dopines dans la cellules transformées [octopine (racines), agropine (bourgeon)] Gènes du catabolisme de lagropine Gènes du catabolisme de loctopine 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 dauxine et de cytokinine (modification de la balance hormonale) T Vir

24 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 seffectue par culture de microorganismes ParasitesMicroorganismesMode daction Lépidoptères (chenille) Larve de moustiques Bacillus thuringiensisExotoxine protéique parasporale attaquant les muqueuses intestinales des larves dinsectes, le cristal se dissout dans la cavité intestinal (pH alcalin) et les protéases le transforment en molécules actives Coléoptères (vers blancs)Beauvaria bassianaMoisissure attaquant les téguments respiratoires et dont le développement mycélien obstrue les canaux respiratoires Noctuelles ravageurs du coton et du maïs BaculovirusInfection létale du tube digestif


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