Couverture des besoins énergétiques des poissons tropicaux en aquaculture

215 Pages·2001·19.11 MB·French

UNIVERSITÉ D’AIX-MARSEILLE III
FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE SAINT-JÉRÔME
N° d’identification
01Aix30015
Thèse

présentée par
Yann MOREAU
pour l’obtention du grade de DOCTEUR EN SCIENCES

ÉCOLE DOCTORALE
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTÉ
Spécialité
BIOCHIMIE DE LA NUTRITION

Aspects moléculaires et cellulaires
Couverture des besoins énergétiques
des poissons tropicaux
en aquaculture
Purification et comparaison des amylases de deux tilapias
Oreochromis niloticus et Sarotherodon melanotheron
Soutenue le 8 Février 2001
Devant la commission d(cid:146)examen composØe de :
Pierre BESAN˙ON Professeur Rapporteur
Jean-Fran(cid:231)ois SAMAIN Directeur de recherche Rapporteur
JØr(cid:244)me LAZARD Directeur de recherche Examinateur
Antoine PUIGSERVER Professeur Directeur de thŁse
Guy MARCHIS-MOUREN Professeur Examinateur

IMRN IRD
Institut Méditerrannéen Institut de Recherche
de Recherche en Nutrition pour le Développement
(cid:224) Matou pour avoir supportØ et acceptØ toutes les
contraintes propres (cid:224) ce travail,
(cid:224) Sylvia, Yolande et Anta pour m(cid:146)avoir apportØ
rØconfort et appui,
(cid:224) ma famille pour y avoir cru jusqu(cid:146)au bout,
(cid:224) mon pŁre avec qui j(cid:146)aurais aimØ partager cette
derniŁre rØflexion :
« Je ne sais si le Mieux est l’ennemi du
Bien, mais il apparaît bien souvent l’ami
du Rien. »
REMERCIEMENTS

Mes premiŁres pensØes vont (cid:224) mon directeur et (cid:224) mon parrain de thŁse, les professeurs Antoine
Puigserver et Guy Marchis-Mouren qui m(cid:146)ont permis de rØaliser ce travail et m(cid:146)ont aidØ (cid:224) le mener (cid:224)
terme, qu(cid:146)ils trouvent ici l(cid:146)expression de toute ma gratitude qui leur revient (cid:224) juste titre. J(cid:146)aimerais
exprimer toute ma reconnaissance (cid:224) MM. Le Prof. Pierre Besan(cid:231)on et Jean-Fran(cid:231)ois Samain pour
avoir accepter d(cid:146)Œtre les rapporteurs de cette thŁse, et (cid:224) M. JØr(cid:244)me Lazard pour avoir accepter de faire
partie du jury.
Je voudrais remercier l(cid:146)ensemble de mes collŁgues et partenaires du LBBN, Laboratoire de
Biologie et Biochimie de la Nutrition devenu depuis Institut MØditerranØen de Recherche en Nutrition,
qui ont rendu possible par leur soutien et leur conseil la rØalisation de bon nombre d(cid:146)Øtape de ce
travail, avec plus particuliŁrement Mme VØronique Desseaux et M. Marius Santimone. Je tiens aussi (cid:224)
remercier, MM. Claude Villard et Jacques Bonicell (CNRS, Marseille) pour leur aide technique et la
rØalisation d(cid:146)analyses.
Je me dois aussi de remercier les collŁgues et Øtudiants de tous les groupes de recherche avec
lesquels j(cid:146)ai pu travailler en C(cid:244)te d(cid:146)Ivoire, en Guyane fran(cid:231)aise, du BrØsil, au ViŒt-Nam et en
IndonØsie qui par leur aide, leur rØflexion ou leur soutien ont eux aussi contribuer de fa(cid:231)on notoire (cid:224) la
bonne poursuite de cette t(cid:226)che. Mes remerciements vont aussi (cid:224) mes collŁgues du CIRAD, du
CEMAGREF, de l(cid:146)INRA et de l(cid:146)IRD, ex ORSTOM bien sßr, avec qui j(cid:146)ai eu et j(cid:146)aurai toujours plaisir
(cid:224) travailler.
Je voudrais enfin exprimer toute ma gratitude (cid:224) mes collŁgues et amis, El Hassan Ajandouz,
Brigitte Bournier, Jean-Claude Chaix, Christian Colin, VØronique Desseaux, Sybille Farine, Saurin
Hem, LŒ Thanh Høng, Roger Koukiekolo, JØr(cid:244)me Lazard, Marc Legendre, Sevastianos Roussos, Jac-
ques Slembrouck, Nonato Teixera, Claude Villard qui d(cid:146)un geste, d(cid:146)une phrase ou d(cid:146)un comportement
m(cid:146)ont apportØ aide, soutien, appui et rØconfort. La liste est longue mais certainement incomplŁte et je
m(cid:146)excuse par avance auprŁs de tous ceux que j(cid:146)aurai pu oublier.

PLAN
Plan...........................................................................................................................................................i
Liste des abréviations...........................................................................................................................iv
Publications et communications liées à la thèse..............................................................................vii
Introduction............................................................................................................................................1
Chapitre I Exposé bibliographique.................................................................................................3
I.1 L(cid:146)alimentation en Ønergie des poissons...................................................................................4
I.1.1 Facteurs influant sur la dØpense ØnergØtique.......................................................................6
I.1.1.1 Les dØpenses minimales...............................................................................................7
I.1.1.2 La croissance...............................................................................................................8
I.1.1.3 La reproduction..........................................................................................................17
I.1.1.4 L(cid:146)activitØ physique....................................................................................................18
I.1.2 Valeur ØnergØtique des aliments........................................................................................18
I.1.3 Mode de couverture des besoins........................................................................................19
I.1.3.1 Identification des substrats potentiellement utilisables..............................................19
I.1.3.2 Utilisation des protØines comme substrat ØnergØtique...............................................22
I.1.3.3 Utilisation des glucides comme substrat ØnergØtique................................................23
I.1.3.4 Estimation des besoins alimentaires en Ønergie.........................................................27
I.2 La digestion chez les poissons TØlØostØens...........................................................................30
I.2.1 Anatomie de l’appareil digestif..........................................................................................30
I.2.1.1 La bouche et le pharynx.............................................................................................31
I.2.1.2 L’estomac...................................................................................................................31
I.2.1.3 Les appendices pyloriques.........................................................................................32
I.2.1.4 L’intestin....................................................................................................................34
I.2.1.5 Le foie........................................................................................................................35
I.2.1.6 Le pancrØas................................................................................................................35
I.2.2 Fluides digestifs et enzymes..............................................................................................37
I.2.2.1 SØcrØtions non-enzymatiques....................................................................................37
I.2.2.2 SØcrØtions enzymatiques............................................................................................39
I.2.2.3 Adaptation au rØgime alimentaire..............................................................................43
I.2.2.4 Influence de la flore microbienne..............................................................................44
I.2.2.5 Mode et site d’adsorption des nutriments...................................................................44
Chapitre II Matériel et méthodes....................................................................................................48
II.1 MatØriel biologique et conditions expØrimentales.................................................................48
II.1.1 Les poissons...................................................................................................................48
II.1.2 PrØparations des aliments...............................................................................................49
II.1.3 Conditions d(cid:146)Ølevages....................................................................................................51
II.1.4 Calcul des indices et analyse statistique........................................................................53
II.2 MØthodes d(cid:146)analyses en expØrimentation animale................................................................54
II.2.1 Analyse des aliments, des poissons et des fŁces............................................................54
II.2.1.1 Analyse proximale.................................................................................................54
II.2.1.2 Calcul de l(cid:146)Ønergie brute et de l(cid:146)Ønergie digestible...............................................54
II.2.2 Analyse de l(cid:146)eau............................................................................................................55
II.3 MØthodes d(cid:146)analyses biochimiques.......................................................................................56
II.3.1 Dosage des protØines.....................................................................................................56
II.3.2 Dosage des glucides.......................................................................................................57
II.3.2.1 Dosage de sucres rØducteurs..................................................................................57
II.3.2.2 Dosages des sucres totaux......................................................................................57
II.3.2.3 Analyse des maltodextrines par HPAEC-PAD......................................................58
II.3.2.4 Dosage de l(cid:146)amidon...............................................................................................59
i
Plan
II.3.3 Dosage des activitØs enzymatiques................................................................................60
II.3.3.1 Dosage de l(cid:146)amylase..............................................................................................60
II.3.3.2 Dosage des activitØs trypsique et chymotrypsique................................................62
II.3.4 Techniques d(cid:146)isolement et de prØparation des extraits..................................................62
II.3.4.1 (cid:201)change de tampon................................................................................................62
II.3.4.2 PrØcipitation des protØines au sulfate d(cid:146)ammonium..............................................63
II.3.5 Techniques de chromatographie....................................................................................63
II.3.5.1 Chromatographie d(cid:146)affinitØ sur α-Cyclodextrine Sepharosefi 6B.........................63
II.3.5.2 Chromatographie sur Øchangeur d(cid:146)anions.............................................................64
II.3.5.3 Chromatofocalisation.............................................................................................64
II.3.5.4 Purification en prØsence d(cid:146)un mØlange d(cid:146)inhibiteurs.............................................65
II.3.6 Techniques d(cid:146)ØlectrophorŁse.........................................................................................65
II.3.6.1 (cid:201)lectrophorŁses SDS-PAGE..................................................................................65
II.3.6.2 IsoØlectrofocalisation.............................................................................................66
II.3.6.3 (cid:201)lectroØlution.........................................................................................................68
II.3.6.4 Analyse et coloration des gels...............................................................................68
II.3.7 DØtermination de la masse molØculaire.........................................................................71
II.3.8 DØtermination du point isoØlectrique.............................................................................71
II.3.9 Composition en acides aminØs et sØquence...................................................................71
II.3.10 Amidation des carboxylates...........................................................................................72
Chapitre III Résultats.......................................................................................................................73
III.1 (cid:201)tudes zootechniques.............................................................................................................73
III.1.1 Estimation des besoins alimentaires en Ønergie.............................................................73
III.1.1.1 Principe expØrimental............................................................................................73
III.1.1.2 Poissons et conditions expØrimentales...................................................................75
III.1.1.3 L(cid:146)exemple du tambaqui, C. macropomum.............................................................78
III.1.1.4 Application aux autres espŁces..............................................................................85
III.1.2 DØtermination des substrats mØtabolisables..................................................................92
III.1.2.1 Mise au point des respiromŁtres............................................................................92
III.1.2.2 Poissons et conditions expØrimentales...................................................................96
III.1.2.3 Analyse postprandiale des Øchanges et de l(cid:146)excrØtion...........................................98
III.1.2.4 Bilan sur les 13 heures suivant le repas.................................................................99
III.1.3 Effet de l(cid:146)incorporation de l(cid:146)amidon sur la croissance................................................101
III.1.3.1 Poissons et conditions expØrimentales.................................................................102
III.1.3.2 L(cid:146)aliment..............................................................................................................102
III.1.3.3 Croissance et fixation des protØines.....................................................................103
III.2 (cid:201)tudes biochimiques............................................................................................................105
III.2.1 Purification des amylases de tilapias...........................................................................106
III.2.1.1 Localisation et identification de l(cid:146)activitØ amylasique........................................106
III.2.1.2 MatØriel biologique et prØparation de l(cid:146)extrait brut.............................................108
III.2.1.3 Purification..........................................................................................................108
III.2.1.4 Analyse de la puretØ.............................................................................................111
III.2.1.5 Bilan.....................................................................................................................112
III.2.2 (cid:201)tude structurale des amylases de tilapias...................................................................113
III.2.2.1 Masse molØculaire et pI.......................................................................................113
III.2.2.2 Composition en acides aminØs et sØquence.........................................................114
III.2.2.3 (cid:201)tude des isoformes des amylases des deux tilapias............................................115
III.2.3 CaractØrisation fonctionnelle des amylases de tilapias................................................119
III.2.3.1 Produits d(cid:146)hydrolyse de l(cid:146)amidon........................................................................119
III.2.3.2 TempØrature et pH optimaux...............................................................................120
III.2.3.3 (cid:201)tude cinØtique et inhibition par les cyclodextrines............................................121
III.2.3.4 Digestion in vitro de diffØrentes sources d(cid:146)amidon d(cid:146)origine tropicale...............124
III.2.4 Adaptation au rØgime alimentaire................................................................................131
Chapitre IV Discussion générale...................................................................................................133
ii
Plan
IV.1 (cid:201)tudes zootechniques...........................................................................................................133
IV.1.1 La dØtermination des besoins ØnergØtiques..................................................................133
IV.1.2 DØtermination des substrats mØtabolisables................................................................137
IV.1.3 Effet de l(cid:146)incorporation d(cid:146)amidon dans l(cid:146)aliment........................................................139
IV.2 Comparaison des amylases de tilapias.................................................................................140
IV.2.1 Purification et caractØrisation......................................................................................140
IV.2.2 Digestion in vitro de l(cid:146)amidon.....................................................................................144
IV.2.3 Adaptation au rØgime...................................................................................................146
Conclusion générale et perspectives...............................................................................................148
Références bibliographiques............................................................................................................151
Annexes..............................................................................................................................................171

iii
LISTE DES ABRÉVIATIONS
(PAR ORDRE ALPHABÉTIQUE)
AA (cid:150) Acides aminØs
AM (cid:150) Amidon
APS (cid:150) Ammonium persulfate
BApNA (cid:150) Nα-benzoyl-L-arginine 4-nitroaniline
BSA (cid:150) Albumine sØrique de boeuf
CB (cid:150) Cendres brutes
CBB R250 (cid:150) Bleu de Coomassie R250
CD (cid:150) Cyclodextrine
CEP (cid:150) Coefficient d(cid:146)efficacitØ protØique
CUDa (cid:150) Coefficient d(cid:146)utilisation digestive apparent
CUP (cid:150) Coefficient d(cid:146)utilisation pratique des lipides
L
CUP (cid:150) Coefficient d(cid:146)utilisation pratique des protØines
P
CUP (cid:150) Coefficient d(cid:146)utilisation pratique de la matiŁre sŁche
S
DP (cid:150) DegrØ de polymØrisation
DTT (cid:150) DithiotrØithol
EB (cid:150) (cid:201)nergie brute
ED (cid:150) (cid:201)nergie digestible
EDC (cid:150) 1-Øthyl-3(3-dimØthylaminopropyl)carbodiimide
EEG (cid:150) (cid:201)ther Øthylique de glycine
EM (cid:150) (cid:201)nergie mØtabolisable
ENA (cid:150) Extractif non-azotØ
ET-G7pNP (cid:150) 4,6-ØthylidŁne(G7)-4-nitrophØnol(G1)-α,D-maltopheptaoside
G1 (cid:150) Glucose
G2 (cid:150) Maltose
G3 (cid:150) Maltotriose
G4 (cid:150) MaltotØtraose
G5 (cid:150) Maltopentaose
G6 (cid:150) Maltohexaose
G7 (cid:150) Maltoheptaose
HPAEC-PAD (cid:150) Chromatographie haute performance sur Øchangeurs d(cid:146)anions avec dØtection par
ampØromØtrie pulsØe
IC (cid:150) Indice de consommation
IEF (cid:150) IsoØlectrofocalisation
iv
Listes des abréviations
LT (cid:150) Lipides totaux
MES (cid:150) Acide 2-(N-morpholino) Øthanesulfonique
MF (cid:150) Masse fra(cid:238)che (humide)
MS (cid:150) MatiŁre sŁche
PB (cid:150) ProtØines brutes (quantitØ calculØe (cid:224) partir de la dØtermination de l(cid:146)azote total selon Kjeldahl)
PC (cid:150) Production de chaleur
pNA (cid:150) 4-nitroaniline
pNP (cid:150) 4-nitrophØnol
pNP-G7 (cid:150) voir ET-G7pNP
PPV (cid:150) Valeur productive protØique
R (cid:150) RØgime
RP (cid:150) RØtention protØique
S(cid:137) (cid:150) SalinitØ
SDS-PAGE (cid:150) (cid:201)lectrophorŁse sur gel de polyacrylamide en prØsence de dodØcylsulfate de sodium
SucA PppNA (cid:150) Nα-succinyl-L-alanine-L-alanine-L-proline-L-phØnylalanine-4-nitroanilide
2
TCS (cid:150) Taux de croissance spØcifique
TEA (cid:150) TriØthanolamine
TEMED (cid:150) N,N,N(cid:146),N(cid:146)-tØtramØthylØthylŁnediamine
TR (cid:150) Taux de rationnement
Tris (cid:150) N-tris(hydroxymØthyl)-aminomØthane
v
vi