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S République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement S

S République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Ferhat Abbas de Sétif Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie Polycopie du cours: Production des métabolites Master 1: Biochimie appliquée Présenté par Dr. Djidel Saliha 2016/2017 Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Sommaire CHAPITRE I: La production des protéines 1. Définition………………………………………………………………………………………... 1 2. Les α-aminoacides………………………………………………………………………………. 1 3. Structures des protéines………………………………………………………………………. 3 4. Différentes fonctions des protéines………………………………………………………….. 5 5. Sources des protéines……………………………………………………………………........ 5 5.1. Sources animales…………………………………………………………………………….. 6 5.2. Sources végétales…………………………………………………………………………….. 6 6. Production des protéines à partir des microorganismes (MO)………………………........ 6 7. Les avantages d’utilisation des micro-organismes………………………………………….. 7 8. Les inconvénients d’utilisation des microorganismes……………………………………… 7 9. Micro-organismes producteurs des protéines……………………………………………… 7 9.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 7 9.2. Les bactéries……………………………………………………………………………......... 7 9.3. Les champignons microscopiques…………………………………………………………… 8 9.4. Les micro-algues……………………………………………………………………………… 9 10. La composition d’un milieu…………………………………………………………………… 9 10.1. Besoins élémentaires…………………………………………………………………......... 10 10.2. Besoins spécifiques…………………………………………………………………………. 11 11. Types et formes des milieux des cultures…………………………………………….......... 11 11.1. Selon la composition…………………………………………………………………......... 11 11.1.1. Milieux complexes…………………………………………………………………......... 11 11.1.2. Milieux synthétiques……………………………………………………………………… 11 11.1.3. Les milieux semi-synthétiques ……………………………………………………………. 11 11.2. Selon usage…………………………………………………………………………………. 11 11.2.1. Les milieux d'isolement ………………………………………………………………….. 11 11.2.2. Milieux d'identification…………………………………………………………………… 12 11.2.3. Milieux de conservation……………………………………………………………......... 12 11.2.4. Les milieux de culture utilisés dans une unité biotechnologique………………………. 12 12. Conditions environnementaux des milieux de culture……………………………………. 12 12.1. Effet de l'oxygène……………………………………………………………………......... 12 12.2. Effet de la température…………………………………………………………………….. 13 12.3. L’effet de pH………………………………………………………………………….....….. 14 12.4. L’effet de l'eau……………………………………………………………………………… 15 13. Paramètres de la croissance (constantes de la croissance)…………………………........ 15 13.1. Définition……………………………………………………………………………………. 15 13.2. Expression mathématique de la croissance……………………………………………….. 16 13.3. Expression graphique de la croissance………………………………………………......... 16 14. La croissance industrielle du microorganisme (fermentation industrielle)……….......... 17 14.1. Définition de la Fermentation……………………………………………………………… 17 14.2. Fermenteur…………………………………………………………………………………. 17 14.3. Types des fermenteurs…………………………………………………………………….. 17 14.4. Description du fermenteur………………………………………………………………… 17 14.5. Les diverses techniques de culture………………………………………………………… 18 14.5.1. Culture discontinue………………………………………………………………………. 18 14.5.2. Culture continue……………………………………………………………………......... 18 15. Biomasse………………………………………………………………………………........... 19 15.1. Définition…………………………………………………………………………………… 19 15.2. Détermination de la biomasse microbienne………………………………………………. 19 15.3. Applications de la biomasse………………………………………………………….......... 20 15.4. Milieu de culture pour la production de la biomasse…………………………………….. 20 Chapitre II: production des organismes unicellulaires (POU) Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel 1. Introduction……………………………………………………………………………………. 21 2. Productions des levures……………………………………………………………………… 21 3. Production des bactéries……………………………………………………………….......... 21 4. Les étapes de la production des levures………………………………………………......... 22 5. L’application des microorganismes dans l’industrie………………………………………. 24 5.1. La pharmacie………………………………………………………………………………… 24 5.2. Industrie alimentaire…………………………………………………………………………… 24 5.3. La chimie………………………………………………………………………………………. 25 5.4. L'agriculture…………………………………………………………………………………… 25 5.5. L’énergie et environnement………………………………………………………………….. 25 6. Production industrielle des enzymes microbiennes…………………………………………. 26 6.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 26 6.2. Le choix d’un microorganisme producteur de l’enzyme………………………….............. 26 6.3. Milieux de la production des enzymes…………………………………………………….. 26 6.4. Le procédé de la fermentation………………………………………………………………. 27 6.5. Induction de production……………………………………………………………………… 27 6.5. Microorganismes producteurs des enzymes……………………………………….............. 27 6.6. Préparation de l’inoculum……………………………………………………………………. 27 6.7 Méthodes d'extraction et de purification des enzymes…………………………………….. 28 6.7.1. Extraction………………………………………………………………………………….. 29 6.7.2. La purification……………………………………………………………………………… 29 6.7.3. Conservation………………………………………………………………………………… 30 Chapitre III: Production des métabolites 1. Production des acides aminés…………………………………………………………………. 31 2. Domaine d’utilisation des acides aminés produits par les microorganismes…………….. 31 3. Les microorganismes producteurs des acides aminés…………………………………………. 31 4. Les voies métaboliques de la synthèse des acides aminés…………………………………… 32 4.1. Synthèse des acides aminés issus du glutamate……………………………………………… 33 4.2. Synthèse des acides aminés issus de l’aspartate………………………………………........ 33 2. la production des alcools……………………………………………………………….......... 35 2.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 35 2.2. Classification…………………………………………………………………………………. 35 2.3. Domaines d’utilisation des acools…………………………………………………………… 36 2.4. Les voies métaboliques de la synthèse des alcools……………………………………........ 36 2.4.1. Voie d’Embden-Meyerhof (EM) ou glycolyse……………………………………………. 37 2.4.2. Destinée du pyruvate………………………………………………………………………. 38 2.5. Microorganismes producteurs des alcools…………………………………………….......... 39 3. Production des acides organiques………………………..………………………………….. 39 3.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 39 3.2. Domaine d’utilisation des acides organiques…………………………………………....... 39 3.3. Micro-organismes producteurs des acides organiques…………………………………….. 39 3.4. Voies métaboliques de production des acides organiques…………………………………. 40 4. Synthèse des vitamines (B12, B2, A)………………………………………………………… 44 4.1. Déffinition……………………………………………………………………………………. 44 4.2. Classification des vitamines…………………………………………………………………. 44 4.2.1. Les vitamines hydrosolubles……………………………………………………………… 45 4.2.2. Les vitamines liposolubles………………………………………………………………… 45 4.3. Biosynthèse des vitamines par les micro-organismes…………………………………........ 45 4.4. Micro-organismes producteurs des vitamines……………………………………………… 45 4.5. La vitamine B12………………………………………………………………………………... 46 4.5.1. Milieu de culture pour production de Vit B12………………………………………........ 47 4.5.2. Production de vitamine B12 par Propionibacterium sp………………………………….. 47 4.6. La vitamine B2………………………………………………………………………………. 47 4.6.1. Les micro-organismes producteurs………………………………………………………… 48 4.6.2. Milieu de culture de la production de riboflavine………………………………………… 48 Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel 4.7. Provitamine A………………………………………………………………………….......... 49 4.7.1. Microorganismes producteurs de la vitamine A…………………………………………… 50 4.7.2. Processus de production de la provitamine A……………………………………………. 50 4.7.3. Facteurs affectant la production…………………………………………………………….. 50 4.7.4. Récupération……………………………………………………………………………….. 50 5. La production des polysaccharides………………………………………………………….. 51 5.1. Définition……………………………………………………………………………………. 51 5.2. Classification des polysaccharides microbiens…………………………………………….. 51 5.3. Utilisations et applications industrielles………………………………………………......... 51 5.4. Les dextranes………………………………………………………………………………… 52 5.4.1. Microorganismes producteurs du dextrane……………………………………………….. 52 5.5. Les levanes…………………………………………………………………………………… 52 5.6. Les xanthanes………………………………………………………………………………… 53 5.6.1. Microorganisme producteur et le milieu de la culture………………………………......... 54 6. Production des hormones…………………………………………………………………….. 54 6.1. Introduction…………………………………………………………………………….......... 54 6.2. Définition…………………………………………………………………………………….. 55 6.3. Rôle des hormones…………………………………………………………………………… 55 6.4. Gibbérellines…………………………………………………………………………………. 55 6.5. Production microbienne de gibberellines…………………………………………………… 55 6.6. L'acide abscisique (ABA)…………………………………………………………………… 55 6.7. Les microorganismes producteurs de l’acide abscisique…………………………………… 56 7. Production des antibiotiques………………………………………………………………… 56 7.1. Définition……………………………………………………………………………………… 56 7.2. Mécanismes d’action des antibiotiques……………………………………………………….. 57 7.3. Classification des antibiotiques……………………………………………………………… 58 7.4. Les micoorganismes producteurs des antibioiques……………………………………....... 62 7.5. Production industrielles des antibiotiques…………………………………………………… 63 8. La production des toxines……………………………………………………………………. 64 8.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 64 8.2. Classification…………………………………………………………………………………. 64 8.3. Microorganismes producteurs des toxines…………………………………………………. 65 8.4. La production industrielle des toxines……………………………………………………… 66 Références bibliographiques……………………………………………………………………… 67 Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Page1 CHAPITRE I: La production des protéines 1. Définition Les protéines présentes chez tous les êtres vivants, des Bactéries à l’Homme. Ellesprsont des macromolécules formées à partir de seulement 20 monomères différents. Ces monomères sont des α-aminoacides qui s’unissent par des liaisons peptidiques pour former des chaînes polypeptidiques. 2. Les α-aminoacides Les α-aminoacides ont pour une formule générale R – Cα- (H, NH3 +) – COO–où un carbone tétraédrique chiral Cα est uni à un carboxyle –COO–, une amine primaire –NH3+, un hydrogène –H et une chaîne latérale –R propre à chaque α-aminoacide (Fig. 1). Figure 1. Structure générale d’acide aminé. Selon la nature de la chaîne latérale, on distingue trois groupes d’α-aminoacides: apolaires, polaires neutres et polaires ionisables(Fig. 2). On peut aussi diviser les acides aminés en deux catégories : essentiels et non essentiel. Les essentiels doivent arriver à l'organisme à partir d'aliments ou de suppléments alimentaires que nous ingérons, puisque notre corps ne peut pas les produire par le biais d'autres sources. Chez l'Homme, il ya huit acides aminés essentiels: le tryptophane, la lysine, laméthionine, laphénylalanine, lathréonine, la valine, la leucine et l’isoleucine. Deux acides aminés de plus sont essentiels pour l'enfant: l'arginine et l'histidine. Seuls deux sont strictement indispensables (lysine et thréonine). Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Page2 Figure 2.Structures des vint acides aminés. Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Page3 3. Structures des protéines 3.1. Structure primaire La structure primaire est formée par des aminoacides unis par des liaisons peptidiques. Elle se présente donc comme une succession de plans contenant des unités peptidiques –Cα–CO– NH–Cα– qui crée une chaîne principale d’où se projettent les chaînes latérales (Fig. 3). Figure3. Formation de la structure primaire des protéines. 3.2. Structure secondaire Lorsque certaines régions de la chaîne polypeptidique se replient de manière hélicoïdale hélice α ou parallèle en formant des régions pliées de feuillet bêta. Il s’agit de la structure secondaire (Fig. 4). Figure 4. Feuillet B et l’hélice α de la structure secondaire des protéines. Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Page4 3.3. Structure tertiaire La structure tertiaire est le repliement dans l'espace d'une chaîne polypeptidique. Ce repliement donne une fonctionnalité à la protéine, notamment par la formation du site actif des enzymes. La structure tertiaire correspond au degré d'organisation supérieur aux hélices α ou aux feuillets β. Le reploiement et la stabilisation de protéines à structure tertiaire dépend de plusieurs types de liaisons faibles qui stabilisent la structure (interactions hydrophobes, des liaisons ioniques, des liaisons de Van der Walls) et parfois des liaisons covalentes (Fig. 5). Figure 5. Structure tertiaire d’une protéine. 3.4. Structure quaternaire Lorsque 2 ou plusieurs sous-unités polypeptidiques sont associées dans une protéine, on parle alors de structure quaternaire. Les sous-unités sont reliées par des liaisons non covalentes et parfois des ponts disulfures. On distingue, selon leur forme, deux groupes principaux de protéines, les protéines globulaires, solubles ou transmembranaires, de beaucoup les plus nombreuses, où le reploiement des chaînes polypeptidiques conduit à une structure compacte, et les protéines fibreuses qui sont des molécules très allongées (Fig. 6). Matière: Production des métabolites Dr. S. Djidel Page5 Figure 6. Structure quaternaire de protéine. L'hémoglobine est constituée de 4 sous-unités: 2 sous-unités α et 2 sous-unités β. 4. Différentes fonctions des protéines Les protéines sont une des trois grandes familles de macronutriments essentielles à l’organisme. Elles y jouent un rôle structural (au niveau musculaire ou encore cutané) mais sont également impliquées dans de très nombreux processus tels que la réponse immunitaire (anticorps) ou le transport de l’oxygène dans l’organisme (hémoglobine). Elles peuvent être des enzymes qui catalysent et régulent les réactions du métabolisme.Les protéines contractiles des fibres musculaires, des cils ou des flagelles interagissent entre elles pour créer une force uploads/Industriel/ production-des-metabolites-pdf.pdf