Métabolisme bactérien — Aérobie et anaérobie

Le métabolisme énergétique bactérien est l'ensemble des voies par lesquelles les bactéries extraient l'énergie des nutriments et la conservent sous forme d'ATP et de force proton-motrice. Les bactéries sont métaboliquement diverses : certaines nécessitent de l'oxygène comme accepteur terminal d'électrons (respiration aérobie), d'autres utilisent des accepteurs alternatifs ou aucun (respiration anaérobie et fermentation), et beaucoup peuvent passer d'un mode à l'autre en fonction de la disponibilité en oxygène.

Definition

Le métabolisme bactérien englobe les réactions cataboliques et anaboliques des cellules bactériennes ; le métabolisme aérobie utilise l'oxygène comme accepteur terminal d'électrons, tandis que le métabolisme anaérobie conserve l'énergie sans oxygène, soit par respiration sur des accepteurs alternatifs, soit par fermentation.

Scope

Ce sujet couvre les principales stratégies de production d'énergie des bactéries — la respiration aérobie, la respiration anaérobie avec des accepteurs d'électrons alternatifs, et la fermentation — ainsi que la classification des bactéries selon leur relation à l'oxygène et la régulation qui permet aux cellules de sélectionner la voie la plus favorable. Il s'agit d'un sujet de référence en physiologie microbienne et ne fournit pas de conseils cliniques.

Core questions

• Comment les bactéries conservent-elles l'énergie par la respiration et la fermentation ?
• Qu'est-ce qui distingue la respiration aérobie de la respiration anaérobie ?
• Comment les bactéries sont-elles classées selon leur relation à l'oxygène ?
• Comment les cellules régulent-elles la voie énergétique qu'elles utilisent ?

Key concepts

• Respiration versus fermentation
• Accepteurs terminaux d'électrons (oxygène, nitrate, sulfate, fumarate)
• Chaîne de transport d'électrons et force proton-motrice
• Aérobies stricts, anaérobies stricts, anaérobies facultatifs et microaérophiles
• Répression catabolique du carbone
• Contrôle redox de l'expression génique

Mechanisms

Dans la respiration, les électrons d'un donneur passent le long d'une chaîne de transport d'électrons vers un accepteur terminal, générant une force proton-motrice qui entraîne la synthèse d'ATP ; la respiration aérobie utilise l'oxygène, tandis que la respiration anaérobie utilise des accepteurs tels que le nitrate, le sulfate ou le fumarate (Madigan et al., 2018 ; White et al., 2017). Dans la fermentation, aucun accepteur d'électrons externe n'est utilisé et l'ATP est généré par phosphorylation au niveau du substrat, les molécules organiques servant de puits d'électrons internes. Les bactéries détectent l'oxygène et l'état redox et ajustent l'expression génique en conséquence (Bauer et al., 1999), et elles consomment préférentiellement la source de carbone la plus favorable par répression catabolique du carbone (Görke & Stülke, 2008).

Clinical relevance

Le besoin en oxygène d'une bactérie aide à expliquer où elle se développe dans le corps et comment elle est récupérée en laboratoire, et le métabolisme anaérobie est caractéristique des organismes trouvés dans des sites pauvres en oxygène. Les produits de fermentation sont également utilisés pour distinguer les bactéries dans l'identification diagnostique. Ce sujet décrit ces principes métaboliques à des fins de compréhension et ne constitue pas une base pour les décisions de traitement.

History

La reconnaissance que les bactéries peuvent vivre avec ou sans oxygène remonte aux études de Louis Pasteur sur la fermentation au XIXe siècle et à sa distinction entre la vie aérobie et anaérobie. Le XXe siècle a clarifié la base chimiosmotique de la conservation de l'énergie et la diversité des accepteurs terminaux d'électrons utilisés par les bactéries, et des travaux ultérieurs ont détaillé comment les cellules détectent l'oxygène et l'état redox pour réguler leur métabolisme (Bauer et al., 1999) et comment elles priorisent les nutriments par répression catabolique (Görke & Stülke, 2008).

Key figures

• Carl Bauer
• Boris Görke
• Jörg Stülke

Seminal works

• bauer-1999
• gorke-stulke-2008

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la respiration aérobie et anaérobie chez les bactéries ?

Les deux utilisent une chaîne de transport d'électrons pour conserver l'énergie, mais la respiration aérobie utilise l'oxygène comme accepteur final d'électrons, tandis que la respiration anaérobie utilise des accepteurs alternatifs tels que le nitrate, le sulfate ou le fumarate.

En quoi la fermentation diffère-t-elle de la respiration ?

La fermentation génère de l'ATP par phosphorylation au niveau du substrat sans accepteur d'électrons externe ni chaîne de transport d'électrons, en utilisant des molécules organiques comme puits d'électrons internes ; elle produit donc beaucoup moins d'énergie que la respiration.