Cultures de Saccharomyces cerevisiae

Test d'aptitude à métaboliser diverses molécules organiques

Objectif
L'hétérotrophie de la levure pour le carbone a été établie par l'intermédiaire de cultures réalisées en présence et en absence de glucose, il s'agit ici de tester d'autres molécules organiques : acides aminés puis saccharose, lactose, maltose.
Les résultats expérimentaux présentés sont extraits d'un TPE sur la recherche des conditions de croissance de la levure.

Principe et protocole
Tester la croissance de Saccharomyces cerevisiae dans diverses solutions nutritives qui ont toutes la même composition minérale de base ("yeast Nitrogen Base") mais qui diffèrent par le ou les nutriments organiques ajoutés.
Le protocole est le même que celui qui a permis de tester le glucose (voir avant) mais ici on se contente de mesurer l'absorbance A600 (l = 600 nm). pour apprécier la croissance de la population de cellules. Une première étape a consisté à tester les ac.aminés seuls et associés au glucose.Ensuite les glucides, maltose, lactose et saccharose ont à leur tour été proposés aux cellules de levure. Deux tubes de chacun des milieux ont été préparés.
- tube 1: 0,06 g de milieu "yeast nitrogen base" sans ac.aminés, sans glucide (minéral avec vit.) + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 2: 0,06 g de milieu "yeast nitrogen base" sans ac.aminés + 0,04 g glucose + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 3: 0,06 g de milieu "yeast nitogen base" avec ac.aminés (His, Met, Trp) sans glucide + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 4: 0,06 g de milieu "yeast nitogen base" avec ac.aminés + 0,04 g glucose + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 5: 0,06 g de milieu "yeast nitogen base" avec ac.aminés + 0,04 g maltose + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 6: 0,06 g de milieu "yeast nitogen base" avec ac.aminés + 0,04 g lactose + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.
- tube 7: 0,06 g de milieu "yeast nitogen base" avec ac.aminés + 0,04 g saccharose + O,5 ml suspension de levure + 10 ml eau distillée.

Résultats

Conditions de culture
20°C
Tubes
Absorbance
(l = 600 nm )
t0
t7j7
Milieu minéral
1
0,247
0,258
Milieu minéral + glucose
2
0,250
0,713
Milieu minéral + ac.aminés*
333
0,253
0,235
Milieu minéral + ac.aminés* + glucose
4
0,287
1,041
Milieu minéral + ac.aminés* + maltose
5
0,249
1,232
Milieu minéral + ac.aminés* + lactose
6
0,270
0,211
Milieu minéral + ac.aminés* + saccharose
7
0,253
1,234
* His, Trp, Met
Rq/ Une baisse de l'absorbance correspond théoriquement à une diminution de la population, les cellules mortes ont une opacité plus faible que celle des cellules vivantes.

Exploitation
- Les résultats confirment l 'hétérotrophie de Saccharomyces vis à vis du carbone, mais ils montrent que si le glucose, le maltose, le saccharose peuvent être, chacun, utilisés comme seule source de carbone par la cellule de levure, il n'en est pas de même pour les ac. aminés (His + Trp+ Met). ou pour le lactose.
- Avec les ac.aminés His, Trp, Met (molécules organiques azotées) et le milieu minéral complet, il n'y a pas de croissance de la population ( baisse de A600, peut être régression), la cellule de levure est incapable de produire de la matière et d'assurer son entretien. Le métabolisme ne peut à partir de ces molécules, couvrir l'ensemble des besoins (anabolisme et catabolisme) de la cellule. Il serait intéressant de tester d'autres ac.aminés en particulier Gly, Ala ou Val.
- Quand le milieu minéral est supplémenté avec His, Trp, Met et glucose, la croissance sur une semaine est plus importante (x1,6) qu'en présence de glucose seul. Ces ac. am. entrent donc bien dans la cellule (perméases intégrées à la membrane plasmique) où ils sont utilisés (synthèse des protéines).
- Les disaccharides maltose (2 résidus glucose reliés par une liaison glycosidique a 1-4 ) et saccharose (1 résidu glucose et un résidu fructose reliés par une liaison b 1-2) peuvent être utilisés tout comme le glucose. Les résultats suggèrent que chaque disaccharide peut constituer une source unique suffisante de carbone. Le lactose (un résidu galactose et 1 résidu glucose reliés par une liaison glycosidique b1-4), autre disaccharide, de même formule brute que les précédents C12H22O11n'est pas exploitable pour la cellule de Saccharomyces.

L'interprétation des résultats peut faire l'objet d'une discussion centrée sur une interrogation.

Pourquoi le lactose n'est-il pas métabolisé par Saccharomyces cerevisiae?
Pour qu'une molécule organique présente dans le milieu extracellulaire soit exploitable par une cellule, il faut qu'elle (ou les produits de son hydrolyse extracellulaire) "traverse" la membrane plasmique par l'intermédiaire d'un transporteur (ou perméase) protéique. Ensuite, il faut que la cellule dispose d'un équipement enzymatique qui permet la prise en charge de la molécule.
- Le glucose est un nutriment cellulaire universel qui entre dans la cellule par l'intermédiaire d'un transporteur intégré à la membrane plasmique. Il est immédiatement utilisé soit comme métabolite énergétique (entrée dans la glycolyse) soit pour fournir des intermédiaires qui initient des réactions anaboliques, éventuellement pour constituer des réserves (ici glycogène).
- Le saccharose extracellulaire est hydrolysé en glucose et fructose en présence d'une saccharase sécrétée par la cellule de levure. Cette enzyme, facilement récupérable peut servir de modèle pour une étude expérimentale de la catalyse enzymatique au lycée (voir "TP invertase" et TP "réacteur à saccharase immobilisée". Le glucose et le fructose pénètrent rapidement dans la cellule (transporteurs) où ils sont très vite métabolisés.
- Le maltose extracellulaire entre dans la cellule par l'intermédiaire d'une perméase (protéine) puis une maltase interne catalyse son hydrolyse qui libère du glucose.
- Le lactose extracellulaire n'est pas utilisé car la cellule de Saccharomyces cerevisiae ne présente pas de perméase capable de pendre en charge ce disaccharide et elle ne synthétise pas de lactase.
L'aptitude, pour une cellule hétérotrophe vis à vis du carbone à utiliser telle ou telle molécule organique présente dans son environnement , comme source de carbone dépend directement des protéines (enzymes, perméases...) qu'elle peut synthétiser donc de son génome.

Auteur, professeur SVT: Auclair Jean Jacques
Les publications, en particulier les images, ne sont libres de droits qu'à la conditions d'être utilisées dans le cadre d'une classe.