5)Quelles réactions chimiques sont à la source du développement bactérien dans le kéfir?
Le kefir est un agrégat de polysaccharides (galolactose, maltose...) de caséine et de nombreuses éspèces micro-organiques vivant en symbiose. On dénombre plus d'une trentaine d'éspeces micro-organiques que l'on regroupe en trois groupes:
les levures (saccharomycezs cervisiae ,S.unisporus, S.kefir, Candida kefir, Kefir lactis...)
les bactéeies lactiques (lactococcus, lactobacillus, leuconostoc...)
les coques (streptocoques...)
Le develloppement du kefir dépend donc de la vitesse de production de ces micro-organismes. Il nous faut donc comprendre comment ceux-ci se develloppent dans la solution de kefir. Ces micro-organismes comme nous venons de le voir sont unicellulaires donc utilisent la division binaire pour se multiplier. Toutes les cellules qui se divisent, nécéssitent un apport d'énergie et dans la plupart des cas du dioxygene. Mais quels sont les phenoménes permettant l'apport d'énergie pour ces divisions?
a)La respiration
Quand le glucose est présent dans le milieu, les cellules cosomment du dioxygene et liberent du dioxyde de carbonne : c'est ce qu'on appelle la respiration cellulaire. Le bilan des transformations chimiques au cours de celle-ci s'écrit :
C6 H12 O6 + 6 O2 + 6 H2O ------> 6 CO2 + 12 H2O
Les micro-organismes en présence pour la plupart n'ont pas de mitocchondries mais respirent tout de même. Pour expliquer la respiration de ceux-ci, mous utiliserons le glucose bien que n'importe quel sucre à six carbones peut etre utilisé.
Elle se déroule en trois étapes :
1) la glycolyse
Le glucose subit une dégradation partielledans le hyalophase. Ce phenomene conduit à 2 molécules d'acide pyruvique. Ce phenomene n'utilise pas de O2 et est en fait une serie de metabolites intermediaires entre le glucose et l'acide pyruvique. La réaction principale est la déshydrogénation grâce à une enzyme la déshydrogénase qui correspond à un transfert de protons et d'éléctrons d'un métabolite intermédiaire à un transporteur d'hydrogène. Dans le même temps l'énergie libéré par cette réaction est utilisée pour la fabriquation d'une molécule indispensable à la division : l'ATP (adénosine triphosphate).Elle se forme à partir à partir d'une réaction endoénergétique appellée phosphorylation.
ADP + P +energie -------> ATP + H2O
L'énergie fournie par la glycolyse permet la fabrication de deux mollécules d'ATP pour une mole de glucose.
2)la décarboxylation oxydative
Ensuite dans la mitocchondrie des levures ou dans le cytoplasme des bactéries, le pyruvate est totolement dégradés.On obtient ;
2 CH3-CO-COOH + 10R' + 6 H2O-----> 6 CO2 + 10R'H2
R' est un accepteur qui prend en charge les protons et les électrons libérés par cette réaction pour se réduire en R'H2. Grâce à cette décarboxylation, deux nouvelles molécules d'ATP sont formées.
3)régénérations des transporteurs
Les protons H+ des transporteurs R'H2 sont libérés ce qui provoque chez ces mêmes transporteurs une instabilité. Afin de se stabiliser, ils s'échangent leurs éléctrons continuellement ce qui conduit à un perte d'énergie des e-. Ces éléctrons dépourvuent d'énergie sont accéptés par le O2 puis combinés aux protons H+ pour former de l'eau. L'énergie perdue par les e- permet l'activation d'une enzyme : l'ATP synthase catalysant l'ATP massivement.
4)bilan de la respiration
Les NAD/NAD + H+ ont le meme rôle que les R'/R'H2.
La Phosphorylation oxydative represente la régénération des transporteurs.
C6H12O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O + Energie
Cette énergie produite par la réaction sera en partie stockée dans des molécules d'ATP, véritables transporteuses intracellulaires d'énergie. Toutes les cellules (procaryotes et eucaryotes) possèdent des molécules d'ATP ; certaines cellules (ou organismes) remplaceront pourtant la respiration par la fermentation en vue de produire cette énergie nécessaire à d'autres phénomènes cellulaires.
b)La fermentation
La fermentation est une voie d'oxydation partielle du pyruvate produit dans le cytoplasme cellulaire par glycolyse. En fait c'est plutot une voie de régénération des transporteurs d'éléctrons et de protons qui ont été reduitslors de la glycolyse et qui doivent être réoxydés. Chez certains micro-organismes comme les levures ou certaines bactéries dans le kefir la fermentation intervient conjointement à la respiration. Les fermentations qui ont lieu dans le kefir ne necessite pas de O2 (réaction anaérobiose) donc sont en quelquesorte une alternative à la respiration pour la réoxydation des transporteurs d'éléctrons et de protons vues dans la réspiration.
Pour le kefir qui se forme principalement grâce à la fermentation du lait, on distingue trois grandes fermentations apportant de l'énergie avec une formation d'ATP.
1)fermentation malolactique
La fermentation malolactique consiste en une dégradation biologique de l'acide malique en acide lactique sous l'action des bactéries lactiques (principalement les leuconostocs). Elle est à l'origine d'un dégagement de CO2 dans la solution de kefir. Cette réaction apporte peu d'énérgie donc ne permet pas une formation importante d'ATP.
2)fermentation lactique
Elle consiste à la transformation du pyruvate ent acide lactique ou lactate
H3 C-CO-COO + NADH + H+ 2 H2O -----------------> H3 C-CHOH-COO + NADH+ + O2
Cette fermentation est faites par des bactéries acétiques (pH>4,5) comme les lactobacillus et les streptocus. Elle peut se faire aussi à partir du glucose et permet la formation d'ATP.
Glucose + 2 ADP + 2 Pi -------> 2 lactate + 2 ATP
Le bilan en NAD+/NADH étant nul, ces coenzymes n'apparaissent pas dans l'équation globale de transformation du glucose en lactate.
3)fermentation alcoolique
La fermentation alcoolique est elle-même une chaîne très complexe de transformations, que l'on modélise -en simplifiant beaucoup- par la réaction:
C6H12O6 --levures--> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + energie
Ce qui signifie que les levures transforment le glucose en alcool éthylique et en gaz carbonique. En outre, on sait que cette réaction ne peut avoir lieu que dans un certain intervalle de température, et qu'elle se déroule idéalement entre 22 et 28°C .Elle est mise en évidence par un dégagement de CO2. Pour la levure, la fermentation est le moyen de retirer le matériel nécessaire à sa croissance et sa nutrition à partir de la décomposition du sucre.En présence d'oxygène (vie aérobie), les levures vivent, c'est-à-dire respirent, se nourrissent et se multiplient par bourgeonnement. Ce qui fait d'elles, les principaux micro-organismes pour la production du kefir.
c)bilan
Les deux principaux processus qui se passent dans le kefir sont la respiration et les fermentations. Ainsi, le kefir peut aussi bien survivre en milieu avec du O2 qu'en milieu dépourvu de O2. En effet, les levures sont capables de s'approvisionner en énergie tant par la respiration que par la fermentation.
Levures (saccharomyces cerevisae)
Le kefir develloppe donc grâce à ces deux phénomènes.
Le kefir est un agrégat de polysaccharides (galolactose, maltose...) de caséine et de nombreuses éspèces micro-organiques vivant en symbiose. On dénombre plus d'une trentaine d'éspeces micro-organiques que l'on regroupe en trois groupes:
les levures (saccharomycezs cervisiae ,S.unisporus, S.kefir, Candida kefir, Kefir lactis...)
les bactéeies lactiques (lactococcus, lactobacillus, leuconostoc...)
les coques (streptocoques...)
Le develloppement du kefir dépend donc de la vitesse de production de ces micro-organismes. Il nous faut donc comprendre comment ceux-ci se develloppent dans la solution de kefir. Ces micro-organismes comme nous venons de le voir sont unicellulaires donc utilisent la division binaire pour se multiplier. Toutes les cellules qui se divisent, nécéssitent un apport d'énergie et dans la plupart des cas du dioxygene. Mais quels sont les phenoménes permettant l'apport d'énergie pour ces divisions?
a)La respiration
Quand le glucose est présent dans le milieu, les cellules cosomment du dioxygene et liberent du dioxyde de carbonne : c'est ce qu'on appelle la respiration cellulaire. Le bilan des transformations chimiques au cours de celle-ci s'écrit :
C6 H12 O6 + 6 O2 + 6 H2O ------> 6 CO2 + 12 H2O
Les micro-organismes en présence pour la plupart n'ont pas de mitocchondries mais respirent tout de même. Pour expliquer la respiration de ceux-ci, mous utiliserons le glucose bien que n'importe quel sucre à six carbones peut etre utilisé.
Elle se déroule en trois étapes :
1) la glycolyse
Le glucose subit une dégradation partielledans le hyalophase. Ce phenomene conduit à 2 molécules d'acide pyruvique. Ce phenomene n'utilise pas de O2 et est en fait une serie de metabolites intermediaires entre le glucose et l'acide pyruvique. La réaction principale est la déshydrogénation grâce à une enzyme la déshydrogénase qui correspond à un transfert de protons et d'éléctrons d'un métabolite intermédiaire à un transporteur d'hydrogène. Dans le même temps l'énergie libéré par cette réaction est utilisée pour la fabriquation d'une molécule indispensable à la division : l'ATP (adénosine triphosphate).Elle se forme à partir à partir d'une réaction endoénergétique appellée phosphorylation.
ADP + P +energie -------> ATP + H2O
L'énergie fournie par la glycolyse permet la fabrication de deux mollécules d'ATP pour une mole de glucose.
2)la décarboxylation oxydative
Ensuite dans la mitocchondrie des levures ou dans le cytoplasme des bactéries, le pyruvate est totolement dégradés.On obtient ;
2 CH3-CO-COOH + 10R' + 6 H2O-----> 6 CO2 + 10R'H2
R' est un accepteur qui prend en charge les protons et les électrons libérés par cette réaction pour se réduire en R'H2. Grâce à cette décarboxylation, deux nouvelles molécules d'ATP sont formées.
3)régénérations des transporteurs
Les protons H+ des transporteurs R'H2 sont libérés ce qui provoque chez ces mêmes transporteurs une instabilité. Afin de se stabiliser, ils s'échangent leurs éléctrons continuellement ce qui conduit à un perte d'énergie des e-. Ces éléctrons dépourvuent d'énergie sont accéptés par le O2 puis combinés aux protons H+ pour former de l'eau. L'énergie perdue par les e- permet l'activation d'une enzyme : l'ATP synthase catalysant l'ATP massivement.
4)bilan de la respiration
Les NAD/NAD + H+ ont le meme rôle que les R'/R'H2.
La Phosphorylation oxydative represente la régénération des transporteurs.
C6H12O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O + Energie
Cette énergie produite par la réaction sera en partie stockée dans des molécules d'ATP, véritables transporteuses intracellulaires d'énergie. Toutes les cellules (procaryotes et eucaryotes) possèdent des molécules d'ATP ; certaines cellules (ou organismes) remplaceront pourtant la respiration par la fermentation en vue de produire cette énergie nécessaire à d'autres phénomènes cellulaires.
b)La fermentation
La fermentation est une voie d'oxydation partielle du pyruvate produit dans le cytoplasme cellulaire par glycolyse. En fait c'est plutot une voie de régénération des transporteurs d'éléctrons et de protons qui ont été reduitslors de la glycolyse et qui doivent être réoxydés. Chez certains micro-organismes comme les levures ou certaines bactéries dans le kefir la fermentation intervient conjointement à la respiration. Les fermentations qui ont lieu dans le kefir ne necessite pas de O2 (réaction anaérobiose) donc sont en quelquesorte une alternative à la respiration pour la réoxydation des transporteurs d'éléctrons et de protons vues dans la réspiration.
Pour le kefir qui se forme principalement grâce à la fermentation du lait, on distingue trois grandes fermentations apportant de l'énergie avec une formation d'ATP.
1)fermentation malolactique
La fermentation malolactique consiste en une dégradation biologique de l'acide malique en acide lactique sous l'action des bactéries lactiques (principalement les leuconostocs). Elle est à l'origine d'un dégagement de CO2 dans la solution de kefir. Cette réaction apporte peu d'énérgie donc ne permet pas une formation importante d'ATP.
2)fermentation lactique
Elle consiste à la transformation du pyruvate ent acide lactique ou lactate
H3 C-CO-COO + NADH + H+ 2 H2O -----------------> H3 C-CHOH-COO + NADH+ + O2
Cette fermentation est faites par des bactéries acétiques (pH>4,5) comme les lactobacillus et les streptocus. Elle peut se faire aussi à partir du glucose et permet la formation d'ATP.
Glucose + 2 ADP + 2 Pi -------> 2 lactate + 2 ATP
Le bilan en NAD+/NADH étant nul, ces coenzymes n'apparaissent pas dans l'équation globale de transformation du glucose en lactate.
3)fermentation alcoolique
La fermentation alcoolique est elle-même une chaîne très complexe de transformations, que l'on modélise -en simplifiant beaucoup- par la réaction:
C6H12O6 --levures--> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + energie
Ce qui signifie que les levures transforment le glucose en alcool éthylique et en gaz carbonique. En outre, on sait que cette réaction ne peut avoir lieu que dans un certain intervalle de température, et qu'elle se déroule idéalement entre 22 et 28°C .Elle est mise en évidence par un dégagement de CO2. Pour la levure, la fermentation est le moyen de retirer le matériel nécessaire à sa croissance et sa nutrition à partir de la décomposition du sucre.En présence d'oxygène (vie aérobie), les levures vivent, c'est-à-dire respirent, se nourrissent et se multiplient par bourgeonnement. Ce qui fait d'elles, les principaux micro-organismes pour la production du kefir.
c)bilan
Les deux principaux processus qui se passent dans le kefir sont la respiration et les fermentations. Ainsi, le kefir peut aussi bien survivre en milieu avec du O2 qu'en milieu dépourvu de O2. En effet, les levures sont capables de s'approvisionner en énergie tant par la respiration que par la fermentation.
Levures (saccharomyces cerevisae)
Le kefir develloppe donc grâce à ces deux phénomènes.
