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JF Perrin mise à jour déc. 2015-2019
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Les différents types de productions du génie fermentaire sont présentées à http://www.perrin33.com/genie_ferment/tech/bioreacteursdiversite_0.php. Pour les productions de métabolites, on distingue classiquement les productions de métabolites primaires et secondaires.
Par convention, on qualifie de primaires les métabolites qui font partie des voies métaboliques vitales d'un (micro)organisme vivant : métabolites du métabolisme énergétique et métabolites des voies de biosynthèses des métabolites briques élémentaires. Compte-tenu de l'histoire évolutive du vivant, les métaboliites primaires ont un caractère "universel" ou "commun à de nombreuses espèces".
Exemples de métabolites primaires de type "disponibilité physiologiquement fondamentale ":
- les métabolites essentiels biosynthétisés (aminoacides, nucléotides, coenzymes, acides gras à fonction
membranaire, oses et dérivés d'oses fondamentaux, ...) ;
- mais aussi les métabolites intermédiaires précurseurs fondamentaux (acide citrique, fumarate, oxaloacétate, 2-cétoglutarate ...) ;
Exemples de métabolites primaires de type "produits du métabolisme énergétique":
- éthanol d'une fermentation alcoolique ;
- acide acétique d'une respiration acétique ...
Conséquence de cette définition : dans un milieu et des conditions environnementales données, si un métabolite primaire est synthétisé, il l'est pendant toutes les phases physiologiques d'une culture en bioréacteur, en phase de croissance exponentielle, de ralentissement , de plateau de biomasse. Même si les rendements de production ne sont pas les mêmes selon les états physiologiques !
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rP : vitesse de production du métabolite primaire P rX : vitesse de croissance de la biomasse X [X] : concentration en biomasse α et β : 2 coefficients , α en (quantité de P produit) / (quantité de X apparu) et β en (quantité de P) . (quantité de X)-1 . temps-1. Si α et β sont constants en phase exponentielle de croissance, ils peuvent évoluer pendant les phases de ralentissement de croissance et de plateau de biomasse. La production du métabolite primaire est associée au métabolisme primaire, au fait que les cellules sont en activité : d'où la production pendant la croissance. Lors de la phase plateau, les choses peuvent être plus ou moins complexes. Par exemple, lors d'une fermentation alcoolique en excès de sucres fermentescibles, les levures peuvent continuer à produire de l'éthanol alors que la croissance est arrêtée par les fortes concentrations en éthanol (les levures sont alors en maintien en vie et le maintien de la vie implique un métabolisme énergétique opérationnel d'où la production persistante de l'éthanol. Et finalement, si les sucres du milieu demeurent en excès, c'est l'effet toxique de l'éthanol, dont la concentration aura dépassé un certain seuil toxique, qui arrêtera la production d'éthanol par les levures). |
Note. Parmi les métabolites primaires on distingue ceux qui sont métabolites essentiels, métabolites intermédiaires et produits terminaux du métabolisme énergétiques. Les pages "ChEBI" (La partie "petites molécules" des pages de l'EMBL, European Molecular Biology Laboratory) cite les termes métabolite primaire et secondaire mais ne les définit pas : "Any intermediate or product resulting from metabolism. The term 'metabolite' subsumes the classes commonly known as primary and secondary metabolites" (http://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=CHEBI:25212).
Les métabolites secondaires sont ceux a priori non directement impliquées dans le développement ou la reproduction d'un organisme. Leur absence n'entraîne pas une mort immédiate mais peut limiter la survie, la fécondité ou l'apparence d'un organisme. Cette absence peut aussi n'avoir aucun effet. Les métabolites secondaires sont des composés très spécifiques, a priori qui apparaissent à la suite du métabolisme de sources nutritives inhabituelles, ou à la suite de réactions de défense, ou qui participent aux interactions écologiques particulières entre flores ... Ainsi la production d'un métabolite secondaire donné est limitée à un nombre très réduit d'espèces phylogénétiquement proches (a contrario du cas des métabolites primaires) (citons simplement ici l'exemple des antibiotiques, cas types de métabolites secondaires). Les métabolites secondaires ont une production qui dépend très directement des conditions environnementales de culture, d'inductions physiologiques très particulières. Fréquemment, ils sont synthétisés en phase plateau de biomasse (pas toujours !!).
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rP : vitesse de production du métabolite primaire P [X] : concentration en biomasse β : coefficient , β en (quantité de P) . (quantité de X)-1 . temps-1. A priori, β n'est pas constant (sur la courbe présentée β = 0 pendant toute la phase exponentielle). Si la courbe présentée est classique, elle n'est pas généralisable. |
Noote. Le "Golbook" de l'IUPAC définit "secondary metabolites" : Metabolites which are produced by routes other than the normal metabolic pathways, mostly after the phase of active growth and under conditions of deficiency. The biological significance of many secondary metabolites is not exactly known. Adresse = http://goldbook.iupac.org/S05526.html. Bof...