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Le cycle de l’azote

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

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Le cycle de l’azote

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Presentation Transcript

  1. Le cycle de l’azote Azote et quelques applications biotechnologiques dans le domaine de l’agriculture

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

  3. 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

  4. Assimilation Bactéries du sol 1 I – Le cycle de l’Azote N2 atmosphérique CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries) NO3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) NO2 NH3

  5. Glutamate déshydrogénase 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

  6. L’assimilation de l'azote inorganique • Le glutamate et la glutamine : • donneur d’azote • réaction de transamination Exemple de produits obtenus après transamination à partir du glutamate (AAm1) 1 transaminases Acide a-cétonique 2 : acide a-cétoglutarique 2

  7. Le milieu ne contient pas de nitrites Ajout de Zinc (réducteur des nitrates) Absence de réaction : les nitrates ont été consommés : NR+ Le milieu contient des nitrites : NR+ Réaction avec les nitrites : NR- 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 NH4+

  8. Assimilation Bactéries du sol 1 2 Ammonification Bactéries et champignons I – Le cycle de l’Azote N2 atmosphérique CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries) NO3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) NO2 NH3

  9. L’ammonification • Sources d’azote organique très diverses • Microorganismes très variés • Les réactions : • Hydrolyse des polymères • Désaminations aérobie ou non NH3 Désamination directe Désamidation

  10. Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3 Assimilation Bactéries du sol 1 2 Ammonification Bactéries et champignons I – Le cycle de l’Azote N2 atmosphérique CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries) NO3 CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) NO2 NH3

  11. dNRA NO N2O N2 La dénitrification Processus anaérobie NO3- • Processus respiratoire anaérobie • Respiration nitrique • Respiration nitreuse • Nitrate réductase dissimilatrice : inhibée en présence d’O2 • Perte de l’azote assimilable NRA NO2- ATP

  12. 5 Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter), cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…) Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3 Assimilation Bactéries du sol 1 2 Ammonification Bactéries et champignons Nitrification CHIMIOLITHOTROPHES 4 I – Le cycle de l’Azote N2 atmosphérique CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries) NO3 Nitratation Bactéries: Nitrobacter,… CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) NO2 Nitritation Bactéries: Nitrosomas, Nitrospira,… NH3

  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. chimiotrophes lithotrophes Hydroxylamine MO Ammoniac MO [NH2OH] NO2- H2O 2H++ 2e- 5H++ 4e- Cyt C554 2e- ADP + Pi O2 Transporteurs H+ / e- (cytochrome, quinone, …) 2H2O ATP Les bactéries nitreuses NH3 + O2 Nitrosococcus Aérobiose Nitrosomonas

  15. lithotrophes chimiotrophes Nitrite oxydase [N(OH)2] NO3- 2e- + 2H+ ADP + Pi Aérobiose O2 Transporteurs H+ / e- (cytochrome, quinone, …) 2H2O ATP Les bactéries nitriques NO2-+H2O Nitrococcus Nitrobacter

  16. 5 Fixation de l'azote Bactéries (Clostridium, Azotobacter), cyanobactéries, symbiotes (Rhizobium,…) Dénitrification Bactéries : Pseudomonas, cyanobactéries,.. 3 Assimilation Bactéries du sol 1 2 Ammonification Bactéries et champignons Nitrification CHIMIOLITHOTROPHES 4 I – Le cycle de l’Azote N2 atmosphérique CHON…= N organique (animaux, végétaux, champignons, bactéries) NO3 Nitratation Bactéries: Nitrobacter,… CHON…= N organique (déchets, déjections, cadavres,..) NO2 Nitritation Bactéries: Nitrosomas, Nitrospira,… NH3

  17. La fixation de l’azote : les acteurs Nitrogénase : complexe enzymatique 12 à 16 ATP / molécule de diazote fixée

  18. 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

  19. Transporteurs H+ / e- (cytochrome, quinone, …) O2 PHB e- / H+ Leghémoglobine (piège à O2) ADP + Pi METABOLISME bactérien FAD Métabolitescarbonés nitrogénase CO2 NH4+ (Bactérie) METABOLISME végétal NH4+ Glutamate PHOTOSYNTHESE Fixation de l’azote lors d’une relation symbiotique (cellule végétale) ATP N2 FADH2

  20. Schéma de développement des nodules 2

  21. Transgénèse chez les végétaux • Résistance aux parasites • Augmentation des rendements de production • Diminution des coûts d’exploitation • 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. T Vir Exemple du plasmide Ti (*) inhibition des pousse et des racines : interviennent dans la synthèse d’auxine et de cytokinine (modification de la balance hormonale) Zone à éliminer lors du désarmement Gènes intervenant dans la morphologie de la tumeur (*) la synthèse d’opines dans la cellules transformées [octopine (racines), agropine (bourgeon)] Zones acquises dans le génome des tissus tumoraux Gènes gouvernant la virulence Gènes du catabolisme de l’agropine Zone impliquée dans le contrôle de la réplication Gènes responsables du transfert conjugatif de Ti entre les bactéries Gènes du catabolisme de l’octopine

  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 s’effectue par culture de microorganismes

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