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 LA PLUS BELLE CONQUÊTE DE L'HOMME...  LA LEVURE DE BIÈRE

L'origine des biotechnologies peut être située il y a environ 8000 ans : les civilisations mésopotamiennes qui cultivaient des céréales savaient déjà utiliser les levures pour fabriquer des boissons alcoolisées. Plus prés de nous, A. von Leeuwenhoek fut le premier microscopiste à observer des cellules de levure et à les décrire et il en réalisa même un modèle en cire.
Au XIXème siècle, deux théories s'affrontèrent pour expliquer la fermentation. Une théorie chimique était défendue par les "pères" de la chimie organique, le Suédois Jakob Berzélius (1779-1848) et les Allemands Justus von Liebig (1803-1873) et Friedrich Woehler (1800-1882). Pour eux, la fermentation était un processus chimique au cours duquel le sucre est décomposé en alcool et gaz carbonique. Ils affirmaient que les levures se décomposent au cours de ce processus. Pour les tenants de la théorie microbienne, notamment l'Allemand Theodor Schwann (1810-1882), père de la théorie cellulaire, c'étaient les levures elles-mêmes, êtres vivants microscopiques, dont l'activité transformait le sucre.

Ce fut Louis Pasteur 1822-1895), qu'il est inutile de présenter, qui départagea les protagonistes de cet affrontement scientifique : appelé par les distillateurs de Lille dont la production d'alcool par fermentation était freinée par une acidification du milieu de culture des levures, ses études aboutirent à la fondation de la microbiologie. Il montra en effet que l'acidification était due au développement de bactéries dans les cuves de fermentation. Il mit alors au point le procédé de pasteurisation qui permit de régler le problème des distillateurs en inactivant les bactéries par la chaleur. Au cours de ses travaux, Pasteur montra que chaque fermentation était due à un microorganisme bien déterminé et que certains d'entre eux étaient capables de vivre en absence d'air (organismes dits anaérobies). Il démontra également l'impossibilité de la génération spontanée, croyance encore tenace à l'époque. Il faut souligner toutefois, que si effectivement les fermentations sont bien liées à des microorganismes déterminés, ce sont néanmoins des réactions chimiques qui les expliquent. Certes, les cellules fabriquent les substances chimiques qui rendent ces réactions possibles, mais elles restent possibles in vitro en l'absence de tout être vivant si on mélange les produits adéquats. Ceci devait aboutir ultérieurement à la découverte des enzymes comme nous le verrons ultérieurement.

Nous allons nous occuper de la levure de bière dont l'étude a si bien réussi à Pasteur. Nous allons voir comment réaliser une fermentation alcoolique, caractériser certains des produits formés à partir du sucre et mettre en évidence des enzymes.

La levure de bière, dont le nom scientifique est Saccharomyces cerevisiae, (ce qui signifie littéralement champignon de la bière qui utilise du sucre), est un champignon unicellulaire. On peut s'en procurer chez tous les boulangers sous forme de petits blocs où les cellules sont agglomérées et en vie ralentie. Le paquet peut être conservé environ un mois au réfrigérateur.

La levure est l'un des êtres vivants les mieux connus et, à côté de son utilisation millénaire dans la fabrication de bière, de vin, d'alcool ou de pain, elle constitue l'un des outils les plus utilisés dans les biotechnologies, notamment en génie génétique. Ainsi, en introduisant dans des levures le gène humain responsable de la synthèse de l'albumine ou de l'hémoglobine, les cellules de levure produisent de l'albumine humaine ou de l'hémoglobine humaine. On produit également dans des levures un vaccin contre l'hépatite B qui permet d'éviter le recours, toujours dangereux, à des virus, même atténués. Les levures présentent en outre l'avantage par rapport au microorganisme "vedette" du génie génétique, le colibacille Escherichia Coli, d'être des cellules beaucoup plus proches des nôtres, avec un véritable noyau. A ce titre, leur fonctionnement est également plus proche de celui des cellules animales que ne l'est celui du colibacille.

Il est possible d'observer les cellules de levure au microscope. Il suffit pour cela de délayer une miette du paquet dans un verre d'eau et de mélanger soigneusement en mettant assez d'eau pour que le milieu présente à peine un léger trouble. Prélever alors une goutte. Pour observer avec notre microscope rudimentaire, laisser sécher la goutte sur la lame.



L’EXPÉRIENCE

REALISER UNE FERMENTATION

Matériel nécessaire

Levure de boulanger, sucre en poudre, bouteille de bière (ou tout autre flacon), test d'alcoolémie (en vente en officine et dans les grandes surfaces), ballon de baudruche, une gélule de polyvitamines-sels minéraux.

Comment procéder ?

Prendre 5 grammes de levure, soit le contenu d'une cuillère à café de levure fraîche tassée. Mesurer 100 ml d'eau, soit un verre de cuisine plein. Emietter la levure dans l'eau et mélanger soigneusement avec une cuillère jusqu'à ce qu'il ne reste plus de grumeaux. Ajouter 5 grammes de sucre en poudre, soit une cuillérée à café remplie au maximum. Mélanger jusqu'à dissolution. Ajouter une pincée de la poudre contenue dans une gélule de polyvitamines-sels minéraux. Bien que ce ne soit pas strictement indispensable, cela améliorera l'activité des levures. Bien mélanger le tout et verser dans une bouteille de 250 mL (genre bouteille de bière). Découper l'embout de gonflage d'un ballon de baudruche pour réaliser un adaptateur entre le goulot de la bouteille et la cartouche du test d'alcoolémie. Avec une épingle à nourrice, percer deux ou trois petits trous à travers le réactif de la cartouche pour faciliter le passage des gaz. Placer le raccord de baudruche d'un côté sur le goulot de la bouteille et de l'autre côté sur la cartouche enfoncée dans le ballon du test selon son mode d'emploi. Etanchéifier ce raccord du côté de la bouteille et du côté de la cartouche avec du ruban adhésif. En moins d'une heure, le ballon va commencer à se gonfler car en consommant le sucre, la levure produit du gaz carbonique (dioxyde de carbone, CO2) comme sous produit. Agiter de temps en temps pour empêcher la sédimentation des levures et laisser le ballon se gonfler. En même temps, on verra apparaître une coloration verte dans le réactif de la cartouche indiquant la présence d'alcool.

Pour caractériser le gaz une fois le ballon gonflé, imbiber un petit morceau de coton avec de l'alcool et le mettre de côté. Détacher le ballon de la cartouche en le maintenant fermé. Laisser le gaz s'échapper doucement du ballon dans un flacon vide (pot de yaourt par exemple). Enflammer le morceau de coton et le déposer alors immédiatement dans le flacon. On constatera que le coton s'éteint sur le champ trahissant ainsi la présence de dioxyde de carbone incompatible avec la combustion.

Mettre en évidence une enzyme

Toutes les réactions chimiques qui permettent le fonctionnement des êtres vivants sont catalysées par des protéines particulières, les enzymes. Comme toutes les cellules vivantes, les levures fabriquent de multiples enzymes. Les molécules du sucre alimentaire, dont le nom scientifique est saccharose, sont formées par l'assemblage de deux molécules de sucres plus simples, le glucose et le fructose. Les molécules de saccharose sont trop grosses pour traverser la membrane des Levures. En revanche, le glucose et le fructose peuvent passer à travers cette membrane et constituent l'aliment de base des levures. Néanmoins, les levures peuvent utiliser le saccharose (comme le montre la fermentation du sucre) car elles sécrètent dans leur milieu une enzyme appelée invertase (ou saccharase) qui a la propriété de briser les molécules de saccharose en leurs deux constituants, le glucose et le fructose qui peuvent dès lors pénétrer dans les cellules de levure. Pour mettre en évidence l'action de cette enzyme, il suffit de pouvoir détecter du glucose dans le milieu où se trouvent nos levures. En effet, nous n'avons mis qu'un seul sucre, le saccharose. Si nous trouvons du glucose dans le milieu, c'est que le saccharose aura été brisé en ses deux sous unités ce qui ne peut pas se faire spontanément mais qui se fait très facilement en présence de l'enzyme invertase et uniquement en présence de cette enzyme là. Pour détecter le glucose, nous ferons appel à des bandelettes réactives vendues en pharmacie qui permettent aux diabétiques de déceler le glucose dans leurs urines (bandelettes Clinistix, par exemple). On trempera la bandelette dans le liquide des levures après une demi-heure à une heure de fermentation. Si du glucose est présent on observera un changement de couleur de la bandelette confirmant ainsi la sécrétion de l'enzyme par la levure.

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