LA RÉACTIVITÉ DE LA BIOMASSE BACTÉRIENNE

Figure 2.1 Exemple de calcul de la surface bactérienne de Pseudomonas putida. Photo MEB deMuris (2004)

Structure des surfaces bactériennes.

Il existe deux types de surfaces bactériennes. Les bactéries à Gram positif et celles à Gram négatif, répertoriées en fonction de leur capacité à xer des colorants (test de coloration de Gram, 1884). Ces propriétés de xation des colorants traduisent deux types d'organisations membranaires diérentes.

La paroi cellulaire des bactéries à Gram positif s'organise en trois grandes parties avec, de l'extérieur vers l'intérieur : d'abord des couches multiples de peptidoglycane (PG) (cf. gure 2.2), puis un espace périplasmique et enn la membrane plasmique (cf. gure 2.3, d'aprèsTortora et al.

(2003)). Le réseau de PG forme une structure homogène, épaisse (autour de 25 nm) qui assure la résistance de la cellule. Il est traversé par de grandes chaînes de polymères secondaires formés principalement d'un alcool et de sucre phosphaté : les acides téichoïques. Les acides lipotéichoïques relient le réseau de PG à la membrane plasmique et les acides téichoïques contenus dans le réseau de PG assurent sa stabilité. L'espace périplasmique (entre le réseau de PG et la membrane plasmique) est un espace de stockage d'enzymes, de nutriments, de protéines, d'ions, etc. Il joue également un rôle dans certaines étapes de la synthèse de protéines et dans le métabolisme bactérien. La membrane plasmique est formée d'une double couche lipidique. Cette double couche de phospholipide s'organise de façon à présenter les parties hydrophiles (phosphatées) à l'extérieur de la membrane, et les parties hydrophobes (longues chaînes carbonées) à l'intérieur (cf. gure 2.3). Cette double couche contient des protéines poreuses (porines), mais également de nombreux autres complexes protéiques d'une importance vitale pour la bactérie. Cette paroi assure aux bactéries à Gram positif une forte réactivité, une grande robustesse et résistance aux environnements extrêmes, et explique en grande partie leur importante distribution dans la macroporosité des sols qui subit de fortes variations de conditions physicochimiquesBeveridge (1989)

La paroi cellulaire des bactéries à Gram négatif est plus complexe que celle des bactéries à Gram positif. Elle comporte deux membranes (externe et interne/ou plasmidique) ainsi qu'une couche de PG dans l'espace périplasmique (cf. gure 2.3). La membrane externe est principalement composée de phospholipides, mais elle contient également des lipopolysaccharides (LPS) et des lipoprotéines. Les LPS sont constitués d'une longue chaîne de polysaccharide et d'un lipide A au pouvoir parfois pathogène (intervenant dans les processus de reconnaissance du non-soi bactérien). Les lipoprotéines (de Braun) permettent de relier la membrane externe au PG de l'espace périplasmique. Cette mem-brane externe, en contact direct avec l'extérieur, constitue une barrière physiologique protégeant la bactérie, mais ne s'opposant pas au passage de toutes les substances se trouvant à proximité. Sa perméabilité est assurée par des protéines membranaires, les porines ou des protéines de transport

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spécique qui forment des canaux permettant le passage des nutriments de manière active ou passive. Au sein de l'espace périplasmique (plus épais que pour les bactéries à Gram positif), on retrouve une couche (ou quelques couches) de PG beaucoup moins dense et moins épaisse (7.5 nm) que pour les bactéries à Gram positif, mais assurant cependant la rigidité de la cellule. La membrane plasmique (ou interne) est semblable à la membrane externe, si ce n'est l'absence de LPS.

Figure 2.2 Structure chimique du peptidoglycane (à gauche) et représentation schématique (à droite). Le peptidoglycane (ou muréine, ou mucocomplexe, ou mucopeptide) est un polymère de glycosaminopeptide où la N-acétyl-glucosamine (NAG) et l'acide N-acétyl-muramique (NAM) sont liées par des liaisons osidiques

β(1→4) formant des chaînes linéaires, liées entre elles transversalement par des oligopeptides

Figure 2.3 Structure membranaire des bactéries à Gram positif (à gauche) et Gram négatif (à droite), d'aprèsTortora et al.(2003)

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2.1.2 Réactivité acide/base des bactéries libres

Relations structure-réactivité

L'étude des parois bactériennes met en évidence leur complexité structurale, de part l'agencement et la diversité des molécules qui la constituent. La paroi bactérienne constitue l'interface privilégiée entre les colloïdes bactériens et leur environnement. Les propriétés de surface des bactéries contrôlent certains mécanismes biogéochimiques, et c'est donc très tôt que les chercheurs se sont intéressés à la réactivité globale des bactéries (Beveridge and Murray,1980). En particulier, nous pouvons exhiber diérents groupes fonctionnels réactifs sur les diérentes molécules constituants les surfaces bacté-riennes. Ces groupes fonctionnels peuvent être classés par famille de pKa : familles acide, neutre et basique. Une étude simple des constituants membranaires permet de localiser diérents groupements réactifs (cf. gure 2.4). Les acides carboxyliques≡COOH, de pKa acide (2-4), peuvent être présents sous formes d'acides uroniques incorporés aux polysaccharides membranaires ou dans le domaine C-ter des protéines membranaires de Type II. Les groupements phosphodiesC-ters ≡OP(=O)(OH)O≡, de pKa acide, et phosphomonoesters≡OP(=O)(OH)2, de pKa neutre(6-7), se retrouvent dans les têtes hydrophiles des phospholipides ou dans la partie lipidique des LPS. Enn on retrouve des grou-pements de pKa basique (8-10) dans les grougrou-pements aminés ≡NH2 (domaine N-ter des protéines membranaires de Type I, résidus lysine ou arginine d'acides aminés) et les groupements hydroxydes et phénoliques≡OH (e.g. résidus tyrosine d'acides aminés). Ces sites fonctionnels ont pu être identi-és expérimentalement en spectroscopie EXAFS par diérents auteurs (Kelly et al.,2002;Boyanov et al.,2003).Guine et al.(2006) montrent même l'existence de sites réactifs soufrés, attribuables à des groupements fonctionnels thiols ≡SH, connus pour être présents dans les résidus cystéines des acides aminés.Guine et al. (2006) proposent une revue exhaustive de la localisation membranaires des sites réactifs sur les bactéries à Gram négatif (dont les principaux groupements réactifs sont présentés en gure 2.4). Les sites carboxyliques, phosphomono- et -diesters, et les sites aminés ont récemment été identiés par spectroscopie infra rouge (Dittrich and Sibler, 2005) ATR-FTIR en fonction du pH et par X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) (Leone et al.,2007).

Figure 2.4 Localisation des diérents groupements fonctionnels réactifs dans les structures moléculaires des composants membranaires. Les groupements acides, neutres et basiques sont respectivement encadrés en rouge, vert et bleu.

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