Chapitre 2 Morphologie et structure des bactéries I. La cellule bactérienne 1
II. La paroi 1) Mise en évidence Microscope optique (par la coloration de gram) Microscope électronique Gram + (paroi épaisse) = 15 nm à 80 nm Gram (paroi fine), aspect stratifié = 6 à 15 nm 2) Isolement Faire éclater la bactérie par l intermédiaire des enzymes, choc mécanique, congélation/décongélation. Une série de centrifugation pour isoler la paroi. 3) Composition chimique de la paroi Le composé commun à toutes les bactéries est le peptidoglycane. a) Structure du peptidoglycane Nature biochimique : GLUCOSAMINOPEPTIDE Glucosamine N-acetylglucosamine (ou NAG) Acide N-acétylmuramique (ou NAM) Les NAG et les NAM sont reliés entre eux par des liaisons β 1-4 glucosidique. Les NAM sont relié à des tétrapeptides (fait de 4 acides aminés) par des liaisons peptidiques Les tétrapeptides de chaque chaine d associe à l aide de pont inter peptidique (constitué de 5 acides aminés ou bien d une liaison peptidique). On obtient une structure en réseaux rigide. NAG NAM NAG NAM NAG NAM TP TP NAG NAM NAG NAM NAG NAM TP 2
b) Paroi des Gram + Dans les Gram +, il y a 50 % de peptidoglycane dans les parois plus des acides Teichoïques (ceux sont des long polymères composé de ribitol-phosphate ou de glycérol- phosphates ou un mélange des deux) Sur ces chaines peuvent venir se fixer des oses ou des acides aminés. Il y a aussi des acides liproteiccoique qui sont directement relié à la membrane cytoplasmique. Voir feuille de «la paroi des Gram +» c) La paroi des Gram On a environ 10 % de peptidoglycane. Il y z un aspect stratifié car elle est constitué d une membrane externe. Membrane externe Extérieur Peptidoglycane Espace périplasmique Cytoplasme Membrane Cytoplasmique i. Membrane externe On trouve des lipides et des protéines. Dans les lipides : on trouve des phospholipides Amino Alcool (hydrophile) Acides Gras (Hydrophobe) Les phospholipides sont amphiphiles (hydrophile et hydrophobe), il son orienté par rapport à l eau. Les phospholipides sont en bicouche. 3
LPS (LipoPolySaccharide) Le «lipo» est hydrophobe et le «Polysaccharide» est hydrophile. C est une molécule orienté. Dans les protéines : Les porines : «canaux» qui laissent passer des molécules hydrophiles Lipoprotéine de Braun Peptide (Hydrophile) Acide Gras (Hydrophobe) Cette molécule est orientée. Des lipoprotéines sont reliées au peptidoglycane, cela permet la stabilité de la structure. Lipoplysaccharide Antigène O Core Lipide A Antigène O : Fait d unité répétitive (oses), 3 à 7 oses différents par unité forment 1 à 40 unités. Permet l indentification (ex : Salmonelles) Core Dérivé d oses, c est la même structure chez tous les Gram Lipide A Fait de glucosamine et d acide gras, il forme les endotoxines «pathogène» (ils sont libérés à la lyse de la bactérie). Même structure pour tous les Gram -. Dans l espace périplasmique, il y a du peptidoglycane (10%) et quelques enzymes fabriqué par la bactérie. 4
4) Fonctions de la paroi a. Rôle protecteur Chez les Gram -, si on met ces bactéries dans un milieu Hypertonique (très concentré) et avec du lysozyme. On obtient des cellules sphériques. Les propriétés antigéniques sont intactes puisque le site de fixation se trouve dans la membrane externe qui est normal On obtient un Sphéroplaste Vocabulaire : Lysozyme : il s agit d une enzyme qui détruit les liaisons β 1-4 glycosidique et donc détruit la paroi. b. Propriétés antigénique Une substance est antigénique lorsqu elle provoque chez un individu une réaction immunitaire et la synthèse d anticorps. Ceux sont les substances les plus complètes dans la paroi qui sont antigénique. Les Gram + ont un polyoside (acide teichoique) qui permet l indentification. Ex : le sérogroupage des Streptocoques (polyoside), Streptocoque pyogenes (groupe A). Les Gram ont un antigène O sur le lipopolysaccharide Ex : sérotypage des Salmonelles c. Les bactériophages C est un virus spécifique aux bactéries (chacune des bactéries) Récepteur sur la paroi Identification des bactéries > lysotypage Phage γ Coliphage Phage T Bactéries lysée (E. coli) 5
d. Toxicité LPS sont de lipides A (elles n ont aucune spécifié), elles sont responsable des endotoxines. Elles produisent les mêmes troubles : fièvre, leucopénie (chute du nombre de leucocyte dans le sang) et hypotension. e. La coloration de gram - C est la mise en évidence du type de paroi en étudiant la réaction face à l alcool-acétone. Dans un premier temps, on réalise une coloration au violet de gentiane en présence du lugol (agent mordant) : les bactéries sont violettes - Ensuite on réalise une décoloration par l alcool-acétone. Les Gram + ayant une paroi épaisse (beaucoup de peptidoglycane) l alcool-acétone ne rentre pas dans la bactérie (elle reste violette). Les Gram ayant une paroi qui contient moins de peptidoglycane, la bactérie est perméable (l alcool prend alors la place du violet) : la bactérie est décolorés - On réalise une contre coloration (bactéries roses) E.coli Bacillus subtillus Protoplaste Violet de gentiane Alcool-acétone Fuschine Conclusion Gram - Gram + Gram - C est le cytoplasme qui capte le colorant. Il existe des bactéries appelés Mycoplasmes (petite taille et paroi sans peptidoglycane) insensible à l osmose, à la pénicilline et possède une forme Sphérique. 6
5) Les inhibiteurs de la synthèse de la paroi Ceux sont principalement des antibiotique de la famille des β - Lactamines - On trouve des cycles de β Lactame (ex : pénicilline), cela inhibe la production (synthèse) du peptidoglycane. On les trouve principalement chez les Gram + 4 courbe de croissance de bactéries en milieu non renouvelé 3.5 3 2.5 2 1.5 1 courbe de croissance de bactéries en milieu non renouvelé 0.5 0-0.5 a b c d a : phase de latente : les bactéries ne se multiplient pas mais il y a une adaptation au milieu. b : phase de croissance exponentielle (droite) : il y a multiplication proportionnellement au temps. = croissance optimale c : croissance maximal stationnaire : autant de bactéries qui se multiplient que de bactéries qui meurt, le milieu commence à s appauvrir. d : phase de déclin : le milieu est complétement épuisé. 7
3.5 3 2.5 2 1.5 Essais Témoin 1 0.5 0-0.5 Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3 Catégorie 4 Ajout de pénicilline (au temps T1) On rajoute de la pénicilline pendant la phase de croissance exponentielle (là où elles se multiplient le plus). Conséquence, il y a une chute des bactéries. Les bactéries sont lysés car elles se multiplient et fabrique leur peptidoglycane (empêcher par la pénicilline) et les bactéries ne résiste plus à la pression osmotique car elles n(ont plus de paroi. Lorsque que l on injecte la pénicilline pendant la phase de croissance maximale stationnaire, elle n agit pas sur les bactéries car elles ont leurs peptidoglycanes. Le lysozyme détruit le β 1-4 glucosidique La pénicilline empêche la formation du β 1-4 glucosidique La pénicilline est actif surtout chez les Gram + On trouve d autre transport actif Uniport : une seule substance va passer (voir figure 5) surtout chez les grams Non ionique o Le Phosphoénolpyruvate pyruvate +Pi + énergie Les transports actifs secondaires : 2 substances passent simultanément Par diffusion et par transport actif (l énergie est fourni par la diffusion = ion moteur) 8
III. Le cytoplasme 1. Mise en évidence La coloration permet de colorer le cytoplasme. Au microscope électronique, on voit une masse granuleuse. 2. Composition chimique De l eau, des ions et des molécules dissoutes 3. Autres éléments a) Les ribosomes Ils sont très nombreux, ils sont composés de 2 sous unités. Protéines = 30 % ARN = 70 % Lecture de l ARN messager donc synthèse de protéines (TRADUCTION) b) Les granulations de réserve C est une accumulation de substances (organiques ou minérales), ceux sont des polymères. On peut les voir au microscope optique. Elles vont apparaitre lorsque le milieu est épuisé en un élément. Exemple 1 Si le milieu est pauvre en azote, la synthèse des protéines s arrête. La bactérie stocke le carbone organique sous forme d amidon ou de glycogène. S il y a plus d azote, la bactérie utilise le carbone en réserve (les granulations disparaissent) Exemple 2 Les β polyhydroxybutyrate stocke le carbone car la bactérie est en milieu anaérobie (fermentation) Exemple 3 Les granulations métachromatiques Accumulations de phosphates (chez les lactobacillus, identification) Un seul type de granulation par genre. 9
c) Les chromatophores Pigments Vacuoles à gaz Les chromatophores : ils sont présents chez les bactéries capable de photosynthèse (ceux sont des tubes allongés aplatis avec à l intérieur la bactériochlorophylle) Pigments : pyoverdine, pyocyanine (chez les Pseudomonas aeruginosa) Xanthenos, de couleur jaune (chez les Staphylococcus aureus) Vacuoles à gaz : ceux sont des sacs aplatis avec des gaz que l on trouve dans les bactéries aquatiques (les bactéries flottent). IV. L appareil nucléaire 1) Mise en évidence Au microscope optique : Coloration spéciale = coloration de Feulgen. A l ADN, on le fait subir une hydrolyse puis une coloration à la fuschine décoloré La fuschine se recolore en rose Pour les bactéries, des cellules + ARNase (destruction de l ARN) + colorant basique (bleu de méthylène) Au microscope électronique On observe un seul chromosome hyper enroulé, circulaire et libre dans le cytoplasme. Structure biochimique 1 molécule d ADN est égale à un chromosome 2) La composition biochimique La molécule d ADN c est : - Structure en double hélice - 2 bris d ADN = molécules Bicaténaire - Base azoté ACGT - Pentose (ici, c est le désoxyribose) - Phosphate - Liaisons hydrogène entre les bases azotés (A-T et C-G. c est la complémentarité des bases) - Nucléoside : c est un pentose et une base azotée (la liaison entre les deux est le N- glycosidique. - Nucléotide : c est un pentose, une base azotée et un phosphate. Les bactéries ont un coefficient de Chargaff il est constant chez tous les individus d une même espèce 3) Les fonctions de l ADN 10
a) L ADN est une molécule codée Vocabulaire - Codon : triplet de nucléotide (information pour un acide aminés) - Transcription : copie de l ADN en ARN messager (ARN m ) - Traduction : lecture de l ARN par les ribosomes. - Introns : ADN non codées Chez une bactérie, il existe des gènes de structure mais aussi des gênes de contrôle b) La molécules d ADN est auto réplicable Vocabulaire - Réplication : à partir d une molécule d ADN mère, on obtient 2 molécules d ADN filles identiques. Le mode de réplication est semi-conservatrice Chaque molécule fille est constituée d un brin mère et d un brin néoformé (par complémentarité des bases). Mécanisme Une molécule d ADN matrice Nucléotide libre Enzyme o ADN polymérase ADN polymérase 3 : enchainement de nucléotides (5 vers 3 ) ADN polymérase 1 : «correction» o ADN hélicase : rompt toues les liaisons hydrogène o ADN Cyrase : détorsion de la molécule par rupture d un brin o ADN ligase : relié les fragments d ADN par des liaisons inter phosphate 11