Etude des processus d'oxydation biotique et abiotique dans les organismes photosynthétiques marins : approche à l'aide des traceurs lipidiques

par Stéphane Christodoulou

Thèse de doctorat en Océanographie. Biogéochimie

Sous la direction de Jean-François Rontani.

Soutenue en 2009

à Aix Marseille 2 .


  • Résumé

    Cette thèse avait pour objectif d'améliorer les connaissances dans le domaine de la dégradation biotique (bactérienne) et abiotique (photo-oxydative et autoxydative) des lipides des organismes photosynthétiques marins. Nous avons pu mettre en évidence un mécanisme d'oxydation enzymatique original chez certains Phototrophes Anoxygéniques Aérobies (PAA), à savoir une péroxydation de l’acide cis-vaccénique en position 10 que nous avons attribuée à l’action d’une lipoxygénase. Ce mécanisme enzymatique relativement rare peut constituer un moyen de caractériser ces organismes. Afin d'étudier l'induction des processus d’autoxydation au sein du phytoplancton senescent, nous avons réalisé différentes cultures d'Emiliania huxleyi. Nous avons constaté que l’augmentation de la teneur en CO2 dans la phase gazeuse favorisait l'apparition de produits d'autoxydation. Nous avons pu de cette manière étudier la dégradation autoxydative des principaux composants lipidiques de cet haptophyte et démontrer que ces processus dégradatifs pouvaient intervenir de manière significative dans les cellules phytoplanctoniques et y induire une dégradation importante de la plupart des lipides insaturés et notamment des alcènones. Nous avons également étudié l'effet des radiations UV et PAR sur certains lipides phytoplanctoniques et bactériens en exposant à ces radiations des cellules d'une culture d'E. Huxleyi non axénique. La plupart des lipides insaturés de cet organisme ont subi une photo-oxydation de type II (impliquant l'oxygène singulet), induite à la fois par les radiations PAR et UV. Les radiations UV ont induit une stéréomutation photo-induite (isomérisation cis-trans) de la double liaison de certains lipides (notamment des acides gras monoinsaturés et du phytol) et de certains de leurs produits d'oxydation. Nous avons montré que les acides 9-hydroxyoctadèc-cis-10-énoïque et 10-hydroxyoctadèc-cis-8-énoïque (résultant de l'oxydation de l'acide oléique) et les acides 11-hydroxyoctadèc-cis-12-énoïque et 12-hydroxyoctadèc-cis-10-énoïque (résultant de l'oxydation de l'acide vaccénique) pouvaient servir de traceurs de la photodégradation induite par les UV. Une forte photodégradation de certains acides gras monoinsaturés typiques des bactéries hétérotrophes a également été observée et attribuée à la migration de l'oxygène singulet des phytodetritus vers les bactéries hétérotrophes attachées. Nous avons ainsi démontré que, dans la couche euphotique, au sein des assemblages phytodétritus/bactéries, le phytoplancton sénescent peut contribuer à la dégradation des bactéries qui lui sont associées. Sur le site DYFAMED (Mer Ligure), nous avons pu confirmer que l'utilisation de l'ensemble des produits de dégradation des lipides était nécessaire pour caractériser de manière précise le devenir de la matière organique particulaire dans le milieu naturel. En effet, les produits d'oxydation abiotique des acides gras permettent un suivi précis de l’évolution du bloom, mais sont labiles et inutilisables pour des échantillons trop dégradés. Par contre, les produits d'oxydation abiotique du phytol, bien que constituant des traceurs moins sensibles, permettent de donner des informations sur des échantillons plus dégradés. Enfin, grâce à la grande stabilité de leur structure polycyclique, les stérols permettent d’obtenir des informations sur le type de dégradation (biotique, photo-oxydative ou autoxydative) qui est intervenu, et cela même sur des échantillons très dégradés. Tous ces traceurs ont permis de confirmer que les processus d'oxydation abiotiques jouent un rôle biogéochimique majeur au sein de la couche euphotique des océans et qu'ils sont impliqués de manière significative dans le cycle du carbone. Nous avons enfin constaté que les processus d'autoxydation pouvaient altérer significativement le rapport d’insaturation des alcènones, alors que les processus de photo-oxydation n'avaient pas d'effet notable. En effet, les processus autoxydatifs peuvent induire une augmentation significative de l'indice qui correspondrait à une variation de 2 à 4 °C lors de l'estimation de la température.

  • Titre traduit

    Study of biotic and abiotic oxidation processes in marine photosynthetic organisms : approach with lipid tracers


  • Résumé

    The aim of this thesis was to improve knowledge in the field of biotic (bacterial) and abiotic (photo-oxidative and autoxydative) degradation of lipids of marine photosynthetic organisms. We identified a very interesting enzymatic peroxidation of the allylic carbon 10 of cis-vaccenic acid in some Aerobic Anoxygenic Phototrophs (AAP), which was attributed to the action of a lipoxygenase. This relatively rare enzymatic mechanism may be a way to characterize these organisms. To study the induction of autoxidation processes in senescent phytoplankton, we conducted various cultures of E. Huxleyi. We found that under an atmosphere with additional CO2 the production of autoxidation products increased. We studied autoxidative degradation of the major lipid components of this haptophyte and demonstrated that these processes could play a significant role in the degradation of most unsaturated lipids including alkenones. We also studied the effect of UV and PAR radiations on some phytoplankton and bacterial lipids. Cells of a non axenic strain of E. Huxleyi were exposed to these radiations. Most of the unsaturated lipids have undergone a photo-oxidation of type II (involving singlet oxygen), induced by both PAR and UV radiations. UV radiations induced a photo-induced stereomutation (cis-trans isomerization) of the double bond of some lipids (e. G. Monounsaturated fatty acids and phytol), and of some of their oxidation products. Hydroxyoctadec-9-cis-10-enoic and hydroxyoctadec-10-cis-8-enoic acids (resulting from the oxidation of oleic acid) and hydroxyoctadec-11-cis-12-enoic and hydroxyoctadec-12-cis-10-enoic acids (resulting from the oxidation of vaccenic acid) were proposed as tracers of UV-induced photodegradation processes. Strong photodegradation of monounsaturated fatty acids typical of heterotrophic bacteria was also observed and attributed to the migration of singlet oxygen from phytodetritus to attached heterotrophic bacteria. Thus we have shown that in the euphotic layer of the oceans, senescent phytoplankton may contribute to the degradation of associated bacteria. At the DYFAMED station (Ligurian Sea), we confirmed that the use of a pool of lipid degradation products was needed to accurately characterize the fate of particulate organic matter in the natural environment. Indeed, abiotic oxidation products of fatty acids allow precise monitoring of the evolution of the bloom, but are labile and unusable for too degraded samples. In contrast, abiotic oxidation products of phytol, although less sensitive tracers, can provide information on more degraded samples. Finally, thanks to the stability of their polycyclic structure, sterols can provide information on the type of degradation (biotic or photo-oxidative autoxidative) which occurred, even on highly degraded samples. All these tracers have confirmed that abiotic oxidation processes play a major biogeochemical role within the euphotic layer of the oceans. We finally found that autoxidation processes could significantly alter the alkenone unsaturation index, while the photo-oxidation processes had no effect. Indeed, the processes of autoxidation can induce a significant increase in the index that corresponds to a variation of 2 to 4 ° C when estimating the temperature.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f.157-185

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