Chimiotrophe

Définition

Un organisme chimiotrophe, développant ou issu de la chimiotrophie, produit des molécules organiques par oxydation de substances minérales par voie de chimiosynthèse. La désignation chimiotrophe contraste avec les phototrophes, qui utilisent l'énergie solaire. Les chimiotrophes peuvent être autotrophes ou hétérotrophes.

La chimiotrophie (littéralement une trophicité par nutrition chimique) fait référence au type métabolique de tous les êtres vivants qui gagnent de l'énergie pour leur métabolisme à partir de réactions chimiques de substances qui les absorbent de l'environnement. Les êtres vivants avec un tel métabolisme énergétique sont appelés chimiotrophes. L'alternative est la phototrophie, dans laquelle la lumière est utilisée comme source d'énergie.

La flore intestinale est composée de bactéries chimiotrophes :

La flore intestinale accueille des bactéries intestinales chimiotrophes qui se nourrissent comme des saprophytes.

Explications

Les premières formes de vie et l'ancêtre d'où descendaient toutes les créatures vivantes étaient probablement chimiotrophes. Les organismes phototrophes se sont développés plus tard.

Les chimiotrophes sont les organismes qui obtiennent l'énergie par l'oxydation de donneurs d'électrons dans leur environnement. Ces molécules peuvent être organiques avec les chimioorganotrophes ou inorganique avec chimiolithotrophes.

Adénosine triphosphate (ATP)

Tous les êtres vivants connus ont besoin d'énergie sous la forme d'adénosine triphosphate (ATP). L'ATP peut être formée par des réactions d'oxydoréduction productrices d'énergie. Les agents réducteurs ingérés ou les donneurs d'électrons cataboliquement formés réagissent avec les accepteurs d'électrons externes. Ces réactions sont principalement catalysées par les enzymes présentes sur les biomembranes. Là, après le principe chimiosmotique, l'ATP est formée par une ATP synthase.

L'ATP peut également être formé par fermentation, dans laquelle l'ATP est formé à l'intérieur de la cellule par la transformation chimique de substances organiques (phosphorylation de la chaîne substrat).

Utilisation de matière organique

Les organismes chimiotrophes, qui utilisent des substances organiques absorbées de l'extérieur, doivent souvent utiliser de l'énergie sous forme d'ATP pour transporter les substances fournissant de l'énergie dans leur intérieur cellulaire (transport actif). Dans le métabolisme d'une bactérie lactique, un sucre est transporté de l'extérieur sous la consommation d'énergie à l'intérieur de la cellule. Le sucre est ainsi estérifié avec du phosphate. Par la suite, dans cette bactérie, la dégradation du fournisseur d'énergie absorbée suit une phosphorylation de la chaîne substrat. Cela permet à l'ATP d'être régénéré à partir de l'ADP.

Le produit final est l'acide lactique, qui est transporté hors de la cellule par une protéine de transport. Cela crée un gradient de pH électrochimique que la bactérie peut utiliser. Au moyen de l'enzyme ATP synthase, on peut obtenir davantage d'ATP lorsque les ions protons H⁺ pompés vers l'extérieur retournent dans la cellule. Les bactéries lactiques sont parmi les rares organismes qui ont besoin d'absorber une seule substance pour leur production d'énergie. En règle générale, au moins deux substances sont nécessaires, à savoir un agent réducteur et un agent oxydant.

Les animaux sont chimiotrophes et peuvent gagner de l'énergie à partir de substances organiques ingérées telles que les sucres. Mais parce qu'ils oxydent les substances organiques avec le dioxygène O₂, leur gain d'énergie est beaucoup plus élevé que pendant leur fermentation. L'oxydation du NADH formé par l'oxydation des composés organiques intervient chez les animaux au niveau de la membrane mitochondriale dans la chaîne respiratoire. Ici, une ATP synthase fournit l'ATP requis sur le principe du couplage chimiosmotique.

L'oxygène oxydant ne doit pas être transporté à travers la membrane mitochondriale sous l'effet de la consommation d'énergie, car O₂, en tant que petite molécule non chargée, peut diffuser librement à travers la biomembrane. Certains organismes chimiotropes anaérobies utilisent des conditions anoxiques, c'est-à-dire, en l'absence d'O₂, des agents oxydants qui doivent être transportés avec une dépense énergétique pour une utilisation à l'intérieur de la cellule. Ces oxydants sont des oxydants plus faibles que O₂, et par conséquent moins d'ATP est formé que dans l'oxydation avec O₂.

Le nombre d'oxydants utilisés par les organismes chimiotrophes est limité. En revanche, le nombre de substances organiques oxydées par ces organismes (aérobies ou anaérobies) est énorme. Il couvre presque tout le spectre de toutes les substances produites biologiquement (dogme de l'infaillibilité biologique) et pas seulement quelques xénobiotiques.

Utilisation de substances inorganiques

En outre, dans les organismes qui utilisent des sources d'énergie inorganiques à petites molécules pour générer de l'énergie, les réactions redox fournissant de l'énergie ont lieu sur une biomembrane pour former un gradient électrochimique de protons qui entraîne l'ATP synthase.

Souvent, le gradient de protons est généré en oxydant les agents de réduction inorganiques sur l'extérieur de la membrane et en réduisant les oxydants à l'intérieur de la membrane. De plus, dans ces organismes, il y en a beaucoup qui utilisent d'autres oxydants avec un potentiel rédox inférieur à celui de l'oxygène, de sorte que le rendement en ATP molaire est plus faible.

Chimioautotrophie et chimiohétérotrophie

Les organismes chimiotrophes, qui n'utilisent que des substances inorganiques pour l'énergie, peuvent généralement couvrir leur demande en carbone à partir du CO₂ (autotrophie). Alors on parle de chimioautotrophie et de tels organismes chimioautotrophes ne se trouvent que parmi les bactéries et les archées.

En règle générale, les organismes chimioautotrophes utilisent des donneurs d'électrons inorganiques pour réduire le CO₂. Cette utilisation s'appelle la lithotrophie et chez ces organismes lithotrophes, la chimiotaxoautotrophie.

Les eucaryotes, à moins qu'ils ne soient photosynthétiques, couvrent hétérotrophiquement leurs besoins en carbone à partir de composés organiques. Ils sont chimiohétérotrophes.

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