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Chapitre II : étude de la structure des bactéries

I. la morphologie générale des bactéries ................................................................................ 2 1. taille, forme et arrangement ............................................................................................... 2 2. organisation générale de la cellule bactérienne.................................................................. 2

II. l’ultrastructure bactérienne ............................................................................................... 3

1. la paroi bactérienne ............................................................................................................ 3 2. la membrane plasmique...................................................................................................... 5 3. le cytoplasme...................................................................................................................... 5 4. le génome bactérien........................................................................................................ 5 5. les inclusions cytoplasmiques ........................................................................................ 6 6. les flagelles ..................................................................................................................... 6 7. les pilis............................................................................................................................ 7 8. les endospores ................................................................................................................ 7 9. les enveloppes supplémentaires ......................................................................................... 8

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Chapitre II : étude de la structure des bactéries

I. la morphologie générale des bactéries

1. taille, forme et arrangement Taille La taille moyenne d’une bactérie est de 1 à 6 µm de longueur et 1 à 2 µm de diamètre. Les plus petites bactéries ont une taille qui se situe entre 100 et 200 nm. Les plus grandes bactéries atteignent 500 µm de longueur et 7 µm de diamètre. Morphologie 3 catégories

• coques : bactéries de forme rondes (petite volumineuse, parfaitement ronde, ovalaire) • bacilles : (long, court, fin, épais, extrémité ronde, extrémité carré) • coccobacilles

On peut avoir des bactéries spiralées :

• spirilles : spirale rigide • spirochètes : spirale flexible • carré • étoile • en forme de rosette • possédant en pédoncule

Certaines bactéries changent de formes selon leur âge ou les conditions physico-chimiques : on les appelle bactéries polymorphes. Mode de groupement

• Les coques : seules, par 2, en chaînette, tétrade ou amas • Les bacilles : seule, chaînette

Le mode de groupement va dépendre du plan de division de la bactérie. Le mode de groupement n’est pas essentiel à la survie de la bactérie.

2. organisation générale de la cellule bactérienne Les éléments permanents de la cellule bactérienne

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• Paroi : donne la forme à la bactérie. Protège la bactérie contre la pression extérieure. Selon le type de bactérie, la composition change. On distingue les bactéries Gram + et le Gram -.

• Membrane cytoplasmique : structure classique ayant u rôle très important car il n’existe pas de membrane plasmique interne.

• Cytoplasme : ribosome et des incluions • ADN bactérien ou chromosome bactérien : 1 mm de long également appelé nucléoïde,

flotte dans un cytoplasme. Eléments facultatifs de la cellule bactérienne

• Les flagelles : de 10 à 20 µm de long. Filament fin et flexible. N’existe que chez les bactéries mobiles. Les coques sont toujours immobiles.

• Les pilis : poils � Communs : servent à adhérer à certaines surfaces � Sexuels : permet le transfert d’ADN d’une bactérie mâle vers une bactérie

femelle. � La capsule ou glycocalyx : substance visqueuse synthétisée par la bactérie qui

sort et entoure la bactérie. Permet l’adhérence et protège les bactéries contre la phagocytose.

• Les corps d’inclusion • Les endospores : lorsque les conditions deviennent défavorables, certaines bactéries

peuvent sporuler et devenir très résistante

II. l’ultrastructure bactérienne

1. la paroi bactérienne La plupart des bactéries possèdent une paroi composée de peptidoglycane. Définition : Structure rigide qui assure l’intégrité de la bactérie et qui la protège des variations de pression osmotiques. La structure de base est le peptidoglycane excepté pour les archéobactéries et les bactéries halophile (qui aiment le sel). Cette paroi n’existe pas chez certaines bactéries : molécules. Structure du peptidoglycane Polymère composé de 2 parties :

• Glucides � N-acétylglucosamine � N-acétylmuramique

• Peptide

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Structure complexe : chaîne glucidique composée de l’alternance de N-acétylglucosamine et de N-acétylmuramique. Sur chaque N-acétylmuramique, il y a fixation de tétrapeptide. Les tétrapeptides de 2 chaînes glucidiques adjacentes sont reliés par un pont interpeptidique. Ce pont interpeptidique est différent chez les Gram + et les Gram-. Chez les Gram +, le pont est composé de 5 glycines alors que chez les Gram – c’est une liaison directe. Structure de la paroi des bactéries Gram+ Chez les bactéries Gram+, le peptidoglycane est très épais. Dans cette paroi on trouve des acides techoïques et lipotechoïques. Structure de la paroi des bactéries Gram – Dans cette paroi, on trouve une fine couche de peptidoglycane, périplasme, membrane lipidique du côté externe. La membrane plasmique externe on a :

• Des lipopolysaccharides localisées à la surface et composée de 2 parties : � Lipide A situé dans la membrane externe � Glucide : polysaccharide O. Cet antigène O est utilisé pour identifier les

bactéries et les lipides A es tune toxine. Lors de la mort de la bactérie, il y a dégradation de la membrane externe et libération de lipide A. Ce lipide A, une fois libérer, provoque de la fièvre, avortement, mort. Ce lipide est une endotoxine.

• Des protéines de transport : servent aux transports des molécules à travers la membrane externe

• L’espace périplasmique : dans lequel on trouve des protéines solubles, ainsi que des enzymes de dégradation, enzymes de détoxification.

La coloration de Gram (1884) Permet de classifier les bactéries en 2 groupes :

• Les bactéries violettes : Gram + • Les bactéries roses : Gram-

Plusieurs étapes :

• Coloration des bactéries • Fixation au lugol • Décoloration à l’alcool : les Gram + résistent à la décoloration grâce à la paroi • Contre coloration à la safranine

La paroi des mycobactéries La paroi est différente des Gram + et Gram -. On retrouve du peptidoglycane et de l’acide mycolique : acide gras à très longue chaîne qui va former une barrière hydrophobe. La coloration de Gram ne fonctionne pas. Chez les archéobactéries, la paroi est également différente, le N-acétylmuramique est remplacé par le NAT.

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2. la membrane plasmique La plupart des fonctions sont portées par la membrane plasmique. Composition chimique Chez les bactéries, les acides gras qui composent les phospholipides sont plus courts. Pas de présence de cholestérol qui est remplacé par les opanoïdes. Le taux de protéines est de 70% chez les bactéries. Fonction Barrière imperméable et sélective. Rôle dans la bioénergétique de la cellule. Tout le système de production de l’ATP est localisé dans la membrane. Le système photosynthétique des bactéries est également localisé dans la membrane plasmique.

3. le cytoplasme Contient principalement des ribosomes ainsi que des protéines solubles et des inclusions. La membrane plasmique + cytoplasme = protoplasme.

4. le génome bactérien L’ADN est directement dans le cytoplasme. On les appelle également l’ADN, nucléoïde. Taille des génomes Le génome est plus important chez les bactéries que chez les virus mais plus petit que celui des champignons. Taille moyenne : 3000 à 4000 kilos de paires de bases La taille de l’ADN varie selon les bactéries. Plus une bactérie est dépendante de son hôte, plus son génome est petit. Topologie du génome bactérien En général, le génome est circulaire et unique, cependant chez certaines bactéries, le génome est fragmenté en 2 ou 3 morceaux. On pense que cet ADN est lié à la membrane plasmique. La région ou l’ADN est lié à la membrane plasmique s’appelle le mésosome. Organisation du génome bactérien 2 types de gènes :

• gènes de structure • gènes de régulation

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Ces gènes sont regroupés en une structure appelée opéron. 5 à 10% de séquence non codante dans le génome. Le génome présente une plasticité importante, il peut être modifié rapidement grâce à 3 processus :

• Conjugaison • Transformation • Transduction

Dans une même espèce, la variabilité génétique peut atteindre 10 à 20 %.

5. les inclusions cytoplasmiques Définition : Granules pouvant être délimité par une membrane et localisées dans le cytoplasme. Elles peuvent contenir de la matière organique ou inorganique. Différents types d’inclusions

• inclusion contenant du glycogène soit du PHB • inclusion contenant des lipides • cyanophycine : substance de réserve • chromatophore : contenant des pigments • magnétosomes : bactéries aquatiques qui sont anaérobies strictes. Ce sont des cristaux

qui permettent aux bactéries de s’orienter grâce aux champs magnétiques terrestres. • Vésicules gazeuses

6. les flagelles Caractéristiques générales du flagelle Structure très fine (20nm de diamètre) et très longue (15 à 20 µm). Invisible au microscope optique mais visible au microscope électronique. Distribution des flagelles

• bactéries monotriches : bactéries possédant qu’un seul flagelle • bactéries lophotriches : bactéries possédant plusieurs flagelles à chaque extrémité • bactéries amphitriches : bactéries possédant 1 seul flagelle à chaque extrémité • bactéries péritriches : toute la surface de la bactérie est recouverte de flagelles

L’ultrastructure du flagelle 3 parties :

• filament : partie la plus longue, tube creux, composé de protéines (flagellines)

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• crochet : lien entre le filament et le corps basal et peut être animé d’un mouvement de rotation.

• Corps basal

La synthèse du flagelle nécessite le fonctionnement de 20 à 30 gènes. La flagellines et fabriquée par les ribosomes et vont s’autos assembler pour former le filament. La bactérie ne synthétise le flagelle que si elle a besoin de se déplacer. Le mode de fonctionnement Les flagelles font ente 40 à 60 tours /s. Permet aux bactéries de se déplacer de plusieurs µm/s. Les flagelles tournent dan le sens opposé des aiguilles d’une montre alors que la bactérie tourne dans le sens des aiguilles d’une montre. De temps en temps, les flagelles changent de direction, ce qui permet à la bactérie de changer de direction. Le fonctionnement du flagelle nécessite de l’énergie.

7. les pilis Les pilis non sexuel Recouvre toute la surface de la bactérie. Diamètre de 3à à 10 nm et une longueur de quelques µm. Permet aux bactéries de se fixer à certains supports. Les pilis sexuels 1 et 0 par cellule. 9 à 10 nm de diamètre et plusieurs µm de long. Utilisé pendant le processus de conjugaison. La bactérie male transfère de l’ADN à la bactérie femelle.

8. les endospores Certaines bactéries Gram + sont capables de sporuler lorsque les conditions deviennent défavorables. Structure d’une endospore Structure plus petite qu’une bactérie. De l’extérieur vers l’intérieur :

• l’exosporium • tunique ou manteau : couche épaisse

� interne � externe

• cortex : très épais • paroi sporale • membrane sporale • core : génome + cytoplasme

Très résistante aux fortes chaleurs, aux UV à la dissécation, aux désinfectants chimiques. Cette résistance est due à une molécule : le dipicolinate de calcium.

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La phase de sporogénèse Cette phase dure 10 heures. Plusieurs étapes :

• formation d’un filament axiale • membrane plasmique se replie vers l’intérieur : invagination et forme un septum • formation de différentes couches • la spore est formée dans la bactérie • libération de la spore et les reste est lysé

Les différents types de spores 3 critères :

• forme • position • déformation

Observation des spores au microscope optique

• Coloration de Gram : les spores apparaissent non colorées. • Coloration des spores : vert de malachite. Colore la spore avec le vert et le reste en

rose • La coloration se fait à chaud ou a froid

La germination Lorsque les conditions redeviennent favorables, la spore se transforme en cellule végétative. Durée de la germination : 1h 3 étapes

• Activation : choc thermique, choc mécanique, choc osmotique • Initiation : réhydratation de la spore • Libération de la cellule végétative

2 cycles de vie :

• Cycle végétatif • Cycle de sporulation et de germination

9. les enveloppes supplémentaires La capsule Couche bien organisée d’origine polysaccharidique que l’on ne peut pas enlever facilement. Localisée dans le milieu extracellulaire. Cette capsule et mise en évidence par une coloration à l’encre de chine. Les capsules sont très riches en eau donc vont servir de réserve, protège la bactérie contre la phagocytose.

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Le glycocalix Constitué de sucre, présent dans le milieu extracellulaire mais moins bien organisé. Protège les bactéries contre la dessiccation, permet aux bactéries d’adhérer à des surfaces et permet de résister aux antibiotiques.

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