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Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiolog

Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 1 Matière Physiologie et Génétique Bactérienne (PGB) Chapitre I : La cellule procaryote (structure et fonction)  La cellule : La cellule est une unité fondamentale, structurale et fonctionnelle des organismes vivants. Elle peut remplir toutes les fonctions de l’organisme, à savoir le métabolisme, le mouvement, la croissance, la reproduction ou encore la transmission de gènes. C’est une entité vivante qui fonctionne de manière autonome, tout en restant coordonnée avec les autres. On en distingue deux types : 1- Les cellules eucaryotes : elles possèdent un noyau contenant le matériel génétique (exemple : l'homme, la levure). 2- Les cellules procaryotes : elles sont dépourvues de noyau, leur matériel génétique est donc libre dans la cellule (exemple : les bactéries). Attention les virus, ou acaryotes, sont des éléments (et non des cellules) qui ne possèdent ni de noyaux ni de cytoplasme et ne peuvent se reproduire qu’en parasitant une cellule hôte en détournant la machinerie cellulaire.  Les caractères distinctifs entre procaryote et eucaryote : A- Les procaryotes : Ne possèdent pas de noyaux Possèdent un ADN circulaire ou linéaire, situé dans le cytoplasme La réplication, la transcription et la traduction de l’ADN se fait directement dans le cytoplasme. Les procaryotes n’ont pas de cloisonnement cytoplasmique La membrane est doublée d’une couche de peptidoglycane formant la paroi cellulaire La substance fondamentale du cytoplasme est appelé le cytosol qui est rigide chez les procaryotes, avec une absence de flux (ni exocytose, ni endocytose) Ne possèdent ni organites ni cytosquelette. B- Les eucaryotes : Possèdent un noyau qui est l’organite le plus volumineux Noyau est délimité par une double membrane appelée enveloppe nucléaire. Dans le noyau se réalise la réplication et la transcription de l’ADN Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 2 la traduction se fait dans le cytoplasme de la cellule. Présence d’organites (noyau réticulum endoplasmique, appareil de golgi, lysosomes) Ces organites nagent dans le cytosol (fluide) Les membranes plasmiques ne sont pas doublées d’une paroi pour les animaux, mais doublées pour les végétaux (paroi pecto-cellulosique) et pour les champignons (paroi polysaccharidique)  La cellule procaryote : Les procaryotes (Prokaryota) sont des bactéries et des archées dont la taille est de l'ordre de 0,01 mm, comme les coques, les bacilles ou les spirilles. Ils possèdent une paroi cellulaire (polypeptides, polysaccharides) et un ADN circulaire généralement unique (de nombreux procaryotes ont plusieurs chromosomes comme Rhodobacter qui en possède deux ou Deinococcus qui en a quatre). Les procaryotes possèdent également parfois des Fig. 01 : Schéma général d'une cellule végétale. Fig. 02 : Bactérie (cellule procaryote), pas d'organite différencié et en particulier pas de noyau. Fig. 03 : Schéma général d'une cellule végétale. Fig. 04 : Bactérie (cellule procaryote), pas d'organite différencié et en particulier pas de noyau. Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 3 plasmides. À l'inverse du noyau chez les cellules eucaryotes, la cellule procaryote possède un filament d'ADN qui contient l'information génétique qui n'est protégée que par une membrane plasmique.  Les cellules procaryotes sont divisées en deux types cellulaires : Les archéobactéries qui prennent en compte les cellules méthanogènes, les cellules halophiles et les cellules thermoacidophiles. Les archéobactéries sont les premières à coloniser les roches nues car elles survivent avec le minimum de ressources. Les eubactéries (ou « vraie-bactérie ») sont les plus proches des bactéries actuelles. Elles prennent en compte les bactéries contemporaines, les mycoplasmes et les cyanobactéries. Le procaryote classique est Escherichia.coli (ou E-coli), qui est une bactérie habitant dans la flore intestinale humaine grâce à une paroi cellulaire rigide. Les bactéries se distinguent de part leurs parois cellulaires mise en évidence par la coloration de Gram. On trouve des bactéries « gram + » et des bactéries « gram – » : Les bactéries gram + retiennent le colorant, coloration violette. Leurs parois possèdent une couche unique de peptidoglycane qui repose sur la membrane plasmique, les deux constituent la paroi cellulaire. On pourra prendre comme exemple les staphylocoques. Les bactéries gram – sont beaucoup plus perméables au colorant, coloration rose. Leurs parois sont constituées d’une couche fine de peptidoglycanes qui repose sur la membrane plasmique entourée par une membrane externe : il y a donc trois couches. L’exemple le plus pertinent sera Escherichia.coli. Les cellules procaryotes contiennent un compartiment unique, le cytoplasme, contenant un chromosome ou une molécule d’ADN unique qui est le plus souvent circulaire et que l’on appelle le nucléoïde. Les bactéries se répliquent rapidement par division cellulaire ou scissiparité. Elles peuvent être pathogènes ou non pathogènes. Une cellule bactérienne est composée d’éléments constants (essentiels), présents chez quasiment toutes les bactéries, et éléments facultatifs, observes ou non en fonction des espèces (Tableau 1 et figure 5). Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 4 Figure 5 : Organisation de la cellule procaryote. Tableau 1 : les éléments constants et facultatifs d’une bactérie. Les éléments constants Les éléments facultatifs La paroi (enveloppe rigide protégeant la cellule) Les fimbriae (rôle d’adhésion aux cellules de l’hôte) La membrane plasmique (délimitant la cellule) Les pili sexuels (intervenant dans la conjugaison) Les ribosomes (présents dans le cytoplasme) Les flagelles (permettant aux bactéries de se déplacer) Le cytoplasme (le –liquide cellulaire-) La capsule (couche entourant la paroi) Le chromosome bactérien (constitué d’ADN) La spore (forme de résistance) Les éléments constants o Les enveloppes: Ensemble de structures qui délimite et protège l'extérieur des bactéries. Ces enveloppes peuvent donc présenter des structures variées et ceci en fonction des milieux de vie. Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 5 Structure minimale: membrane cytoplasmique. Seconde structure: paroi G(+) et G(-) (Figure 6). Troisième structure: couche externe, notamment capsule, couche protéique et exopolymère. Figure 6 : Structures de la membrane et de la paroi de peptidoglycane chez les bactéries Gram+/Gram-  La paroi bactérienne : C’est une enveloppe rigide assurant l'intégrité de la bactérie, donc responsable de la forme des cellules. Elle protège des variations de pression osmotique (5-20 atmosphères). Elle est absente chez les Mollicutes (Mycoplasma). En dehors des bactéries halophiles et thermophiles, la partie commune à toutes les parois bactériennes est le peptidoglycane (ou muréine), enveloppe la plus interne. Mollicutes : les Mollicutes sont une classe de bactéries de très petite taille, dépourvues de paroi cellulaire rigide et caractérisées par un génome inhabituellement petit. Le mot Mollicutes vient du latin mollis, et cutis. Ce sont des parasites de divers animaux et plantes, vivant sur ou dans les cellules de l'hôte. La composition de la paroi n'est pas la même d'un groupe de bactéries à l'autre. Il ne faut pas confondre paroi et enveloppe bactérienne. La paroi n'est qu'un élément de l'enveloppe Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 6 cellulaire bactérienne. On trouve deux grands types d'enveloppe bactérienne, originellement basés sur un résultat différent à la coloration de Gram : Les bactéries à Gram négatif possèdent une enveloppe cellulaire constituée d'une membrane cytoplasmique (ou membrane interne), d'un périplasme contenant une paroi fine, et d'une membrane externe. Les bactéries à Gram positif possèdent une enveloppe cellulaire constituée d'une membrane cytoplasmique et d'une épaisse paroi ; puisqu'elles n'ont qu'une membrane biologique. Toutes les parois sont composées de peptidoglycanes (Figure 6) de très grande taille qui entoure toute la bactérie, constituée de plusieurs chaines de sucres liés par des ponts peptidiques. Les sucres peuvent être de l'acide N acétyle muramique ou du N-acétyle glucosamine. Figure 6 : Peptidoglycane. Dans la paroi bactérienne GRAM + on constate la présence d'un peptidoglycane épais (15 à 30nm) plus riche en liaison inter peptidique. Ce peptidoglycane est séparé par un espace périplasmique. Il renferme un autre composant : les acides téichoïques au contact de la paroi. Ce sont des lipides toujours fixés sur les N acetylglucosamines qui jouent le rôle de récepteur (= rôle antigénique). D'autres lipides complexes se fixent sur la membrane plasmique : les acides lipotéichoïques (rôle secondaire). Département de Microbiologie & Biochimie Niveau: 1ière année Master Microbiologie Appliquée GUETOUACHE Mourad 7 Dans la paroi bactérienne GRAM - le peptidoglycane se présente sous la forme d'une couche mince (3 à 5nm) surmontée d'une membrane complexe supplémentaire : la membrane externe. Elle est séparée de la membrane plasmique par l'espace périplasmique (donc le peptidoglycane est au milieu de l'espace). La membrane externe est formée d'une couche phospholipidique intérieure surmontée de macromolécules LPS (lipopolysaccharides). Le LPS renferme un lipide A toxique, la partie polysaccharide est souvent composée d'une longue chaine de sucres distincts en fonction des espèces (exemple : chaines latérales O). Le LPS joue un rôle antigénique (immunogène) et pathogène (entraine de nombreux symptômes différents en fonction des espèces) On trouve également des protéines intégrées dans la membrane externe : les protéines de transport (porines) et des lipoprotéines entre le peptidoglycane et la membrane externe (lipoprotéines de Braun) consolidant la paroi bactérienne. La paroi assure donc un passage sélectif des substances, elle a un uploads/Ingenierie_Lourd/ combinepdf.pdf