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plantes Règnes animaux protistes Protistes supérieurs -Algues -protozoaires -champignons Protistes inférieurs -Algues bleu- verts: cyanophycées Bactéries ou schizomycètes
La cellules eucaryotes et la cellules procaryotes
Paroi: mucopeptide la membrane plasmique mitochondries chloroplastes Reticulum endoplasmique Appareil de Golgi ribosome Membrane nucléaire chromosome Association ADN Histone + 80S + n + + + + + Eucaryotes + Procaryotes + 70S 1 unique
suite
Eucaryotes Génophore nucléaire Génophore mitochondriale Génophore chloroplastique Génophore plasmidique La division cellulaire + + + mitose Transport actif + Transport passif + L’endocytose et l’exocytose + respiration photosynthèse Membrane mitochondriale + chloroplaste Procaryotes + + amitose + + Membrane cytoplasmique + variable Système analogue au chloroplaste: cyanophycées
Chromatophore :
photosynthétiques bactéries
La cellule bactérienne
• 1- Morphologie
• • • • •
• Taille:
0.5 à 1µm de diamètre et de 2 à 5 µm de longueur.
Certaines bactéries « spirilles » peuvent atteindre la taille d’une algue D’autres ont une taille analogues ou inférieure à celle d’un gros virus.
Les entérobactéries:
Escherichia coli 1x2 à 3µm Treponema pallidum:
0.1à0.2 x 5 à 20µm Les spirochètes: 0.2 à 0.7 x5 à 500µm
Formes et arrangements des bactéries
• Sphèriques ou cocoïdes (coques) • En Bâtonnet ou cylindriques (bacilles) • Spiralées ou hélicoïdales(spirilles)
Forme sphérique: cocci
Staphylococcus aureus
(x1000)
Enterococcus faecalis
(x200)
Forme en Bâtonnet: Bacille
Vrais bacilles: bâtonnet droit à extrémité arrondie ou réctangulaire (entérobactéries, bacillus), aux extrémités effilées (fusiforme): Corynébactéries.
Incurvés en virgule:
Vibrio cholerea
Bacillus megaterium
(x 600)
Bacillus anthracis
Forme: spirilles
Forme très allongée et ondulée:
Rhodospirillum rubrum
(x 500) Spirochètes:
spirochaeta, Leptospira, Tréponema mobiles avec mouvement ondulatoire, pondulaire ou giratoire. Pas de cils spirilles
Certaines bactéries sont associées en filaments non ramifiés:
Sphaerotilus, Beggiatoa, cyanobactéries, ou ramifiés formant un mycélium: Actinomycètes (Streptomyces)
La paroi
• • C’est une enveloppe rigide qui représente 20% du poids sec de la cellule.
• Rôle: - forme résistance à la forte pression osmotique -division cellulaire - absente uniquement chez les
mycoplasme
La coloration de
Gram
basée sur la différence de composition des parois, permet de classer les bactéries en deux catégories: les
Gram+ (violet)
et les
Gram- (rose)
Mise en évidence de la paroi
• La séparation de la paroi du reste des constituants cellulaires se fait par
l’action des enzymes.
broyage, ultrasons, congélation-décongélation ou par
• Les parois obtenues sont purifiées par
centrifugation différentielle,
puis rinçage à l’eau afin d’éliminer les composants cytoplasmiques.
• Sous ME, elles ressemblent à des sacs aplatit avec une déchirure par laquelle sont sorties les constituants cytoplasmiques.
Composition chimique de la paroi
Osamines: mucopeptides Acides aminés Gram+ ++ 24 à 35% Gram + 50% Nombre Acide diaminopimélique +++ exclut la lysine Acides téichoÏques 4 à 10 +++ 16-17 + n’exclut pas la lysine Oses lipides 20-60% 1 à 2.5% 20-60% 10 à 22%
La structure glucidique de base du peptidoglycane: osamines
NAM (acide N-acétylmuramique = NAG+acide lactique lié par éther)
H O Capable de faire des liaisons avec les sucres et les peptides O H 3 C CH Galactosamine est rare CH 2 OH O H H H C = O NH C = O CH 3 OH H O liaison du tétrapeptide H H OH CH 3 NH C = O
NAG
H
(acide N-acétylglucosamine)
H H O CH 2 OH O NH Acides aminés : Det L Ala, Dglutamate, lysine ou acide diaminopimélique R C H C = O En plus glycine
Staphylocoques
Aspartate
Lactobacillus
Les acides téichoïques (Gram positives) rôle antigénique Acides mycoliques : acides gras très long c=60 ramifiés chez mycobactéries Polyol phosphate (glycérol bacillus, ribitol, staphylocoques) R = D-alanine, glucose ou autre… Le lipopolysaccharide
i.e.
LPS = endotoxine(Gram négatives) LPS de
Salmonella
Abe = abéquose, Gal = galactose, Glc = glucose, GlcN = glucosamine, Hep = heptulose, KDO = 2-céto-3-désoxyoctonate, Man = mannose Sucre+lipide
Élément structural
: péptidoglycanes= muréine= mucocomplexe= mucopeptide
Structure de base du peptidoglycane Nombreuses Gram négatives et Gram positives (
Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Corynebacterium, Mycobacterium , Nocordia
…) DAP = acide mésodiaminopimélique Nombreuses Gram positives (
Staphylococcus, Streptococcus, Micrococcus, Lactobacillus, Leuconostoc
…)
La paroi des bactéries Gram positives et Gram négatives
Gram négative
Chaînes latérales O Porine Lipoprotéine de Braun Liposaccharide (LPS)
Gram positive
Acides lipotéichoïques Acides téichoïques Phospholipides Peptidoglycane Protéines intrinsèque Membrane externe Espace périplasmique et peptidoglycane Membrane plasmique Espace périplasmique +épaisse et homogène
Rôle de la paroi
• Exosquelette: forme, rigidité, protège de la pression osmotique • Support de nombreux antigènes (classification+ diagnostic) – Acide teichoique+ polyolosides (staphylocoques) – Antigènes protéiques: MTR (+virulent) – Gram-: Ag somatique O: c’est l’ensemble LPS (spécificité sérologique) et Lipoprotéique (antigène): sérotypes • Siège des sites de fixation des bactériophages: acides téichoiques pour les Gram+. Cette carte d’identification= lysotype
Coloration de Gram
• • • • • • • • • • En 1884, Gram médecin Danois mis au point la méthode de coloration. Basée sur la perméabilité de la membrane au passage de certains solvants.
coloration des cellules d’un frottis avec le violet de gentiane Fixation par le lugol (iodo ioduré ) Décoloration par l’alcool Recoloration par la fushine.
Si la cellule ne se décolore pas: violet Gram+ Si elle se décolore: rose Gram Le cytoplasme se colore et le peptidoglycane est responsable de la rétention du colorant à cause de son épaisseur.
Certaines bactéries ont un comportement intermédiaire: Gram- labile
capsule
Les capsules bactériennes
Capsule de
Streptococcus pneumoniae
visualisée à l’encre de Chine Capsule de
Bacillus anthracis
visualisée à l’aide d’anticorps fluorescent Capsule de
Streptococcus pyogenes
visualisée par microscopie électronique à transmission -
capsule au sens stricte
: structure bien organisée, facilement mise en évidence par des techniques simples (coloration à l’encre de chine, anticorps, microscopie électronique).
couches mucoïdes
(
slime layers
) : substance diffuse et non organisée dont les constituants (polysaccharidiques) sont plus ou moins libérés dans le milieu et ne constituent plus une véritable entité morphologique.
Les cils, ou flagelles, sont des structures inconstantes chez les bactéries. Ils constituent les organes de locomotion pour les bactéries qui en possèdent. Ils sont retrouvés surtout chez les formes bacillaires et très rarement chez les cocci.. Ils sont au nombre de 1 à 3 selon les espèces mais peuvent variés en fonction des conditions de culture (milieu mou) Selon la disposition des flagelles, on distingue les bactéries monotriches (un seul flagelle polaire ex
Pseudomonas
), lophotriches (une touffe de flagelles polaires
P.fluorescens
) ou péritriches (flagelles répartis sur toute la surface de la bactérie entérobactérie ex dans chaque pôle :
Spirillium)
.
E.coli
) et enfin amphitriche (un flagelle
Proteus (entérobactérie)
possède une mobilité exceptionnelle due à une ciliation abondante qui se traduit par l’apparition d’un voile qui envahisse la boîte de pétri. Cet aspect voile (hauch) est à l’origine de l’appelation H pour les antigènes flagellaires.
Les Salmonelles alternent durant leur vie deux types d’antigène flagellaire. Ce phénomène est appellé « variation de phase », il est dû à l’expression alternative des deux gènes codants pour ces antigènes.
se sont des appendices filamenteux, généralement plus longs que la bactérie, de l’ordre de 6 à 20µm. et d’epaisseur variable selon l’espèce 12 à 30nm. composés d’un assemblage d’une protéine sphérique appelée
flagelline (30 à 40kda)
.et composé de 3 partie :
le corps basal, le crochet et un long filament.
L’insertion des flagelles est probablement cytoplasmique du fait que l’action du lysozyme sur la paroi prouve l’ancrage du flagelle au niveau de la membrane plasmique :
granule ou corps basal
. Cette structure comprend deux anneaux protéiques. Le plus interne est relié à la membrane plasmique (système d’exportation: anneau S et M), alors que le plus externe est relié au LPS et au peptidoglycane.
La croissance du flagelle est assurée non à partir de la base mais par un prolongement de l’extrémité : les molécules de flagellines traversent la partie centrale creuse du flagelle est s’additionnent à l’extrémité terminale :
autoassemblage
.
Nb :
Les flagelles sont facilement cassés par une agitation mécanique, cependant, la mobilité est rapidement restaurée .
Fonction des Flagelles:
1 Mobilité 2- Le chimiotactisme
: les bactéries sont douées de chimiotactisme positif ou négatif du à des signaux envoyés par des récepteurs chimiques au niveau de la membrane plasmique. Les flagelles change de direction dans le sens de la zone de forte concentration en signal :
Swarming.
3 Propriétés antigéniques: Ag H
Pili ou Fimbriae :
De nombreuses bactéries à Gram négatif (exceptionnellement des bactéries à Gram positif) possèdent des appendices de surface plus courts et plus fins que les flagelles et que l'on appelle pili (de pilus = distingue deux catégories : poil), ou fimbriae ( frange ). On en
1- Les pili communs
de structures protéiques filamenteuses, de 2 à 3 µm de long, disposés régulièrement à la surface de la bactérie. constitués par la polymérisation d'une même sous-unité polypeptidique
, la piline
, assemblée à des polypeptides mineurs dont l'adhésine . L'adhésine peut avoir des interactions avec un récepteur cellulaire hydrocarboné (glycolipides ou glycoprotéines) présent à la surface d'une cellule eucaryote et leur présence est en rapport avec les propriétés hémagglutinantes de la bactérie.
Les structures génétiques codantes pour les complexes pili-adhésine sont des opérons en situation plasmidique ou chromosomique.
2- Les pili sexuels
-plus longs nombre plus restreint (1 à 4) que les pilis communs codés par des plasmides (facteur F).
Ils jouent un rôle essentiel dans l'attachement des bactéries - entre elles au cours de la conjugaison. servent également de récepteurs de bactériophages spécifiques.
Pili
et flagelles
Observations de Rickettsia felis par microscopie électronique à transmission
(A) Pilus sexuel entre deux bactéries (B) Petits pili permettant l’adhésion
Eucaryotes Archées Eubactéries Noyau ADN avec histones en nucléosomes Nbre de chromosomes Nucléole Mitose ARNm polycistroniques Présence d'introns ARNm épissés avec coiffe et queue polyA Recombinaisons génétiques Ribosomes Microtubules Organites (mitochondries, chloroplastes, RE, Golgi...) Flagelles Paroi cellulaire Membrane de phospholipides Présence de diéthers ou tétraéthers membranaires Présence de stérols membranaires Présence de squalènes membranaires Méthanogénèse Fixation de l'azote
Non mais nucléoïde avec protéines histones-like IHF 1 voire + + Transferts horizontaux 70S rares + Peptidoglycane (= muréine) + + + chez les Euryarchaeota 1 seul ?
+ Transferts horizontaux ?
70S rares + Pseudomuréine Pour + de 70 % des lipides + + + + + + Plusieurs + + + + Méiose, fusion des gamètes 80S + + + Paroi polyosidique simple + + -
Photosynthèse
+
Transport
Les transporteurs ATPasiques Figure 4
: transport d’un sucre par gradient de sodium.
Pompe à protons en jaunâtre, transporteur antiport H+/Na+ en orangé, transporteur symport Na+/sucre (mécanisme ping-pong) en vert.
Escherichia coli
va ainsi capter des sucres (…). Les arabinose, maltose, galactose, ribose …) et acides aminés (glutamate, histidine, leucine protéines fixatrices de solutés sont aussi impliquées ans le chimiotactisme .
2ème année DEUA Bactériologie ISMAL 2007-2008 Melle ALOUACHE
L’induction: Opéron LACTOSE
respiration
Le système générant l’ATP est intiment lié à la membrane plasmique. Chez les bactéries aérobies, les H d’ATP. + et é produits lors de l’oxydation du substrat carboné sont transportés le long d’une chaîne respiratoire composée de deshydrogenase et leur coenzyme ainsi que des cytochrome jusqu’à l’accepteur final qui est l’oxygène. Ce transfert génère la production
Nb:
chez les bactéries photosynthétique, le siège de la photosynthèse est la membrane plasmique.
mésosome
Seul organite détecté par ME C’est une invagination de la mbp qui peut être lamellaire ou globulaire Il disparaît chez les sphéroplaste -Gram+: 1 ou+ de grande taille -Gram-: petit et rare Rôle: - rôle incertain dans la respiration -Division cellulaire Réplication de l’ADN vue que ce dernier est toujours lié au mesosome
cytoplasme
-pH: 7,2 un gel colloïdal, qui contient 80 %d'eau et des substances organiques et minérales -Les ribosomes, au nombre de 15000 environ par bactérie, représentent 40 % du poids sec de la bactérie et 90 % de l'ensemble de l'ARN - Ribosome 70S (50s+30s)
Matériel nucléaire
Caractéristique: -un chromosome -circulaire (cairns) superenroulé Zone centrale: nucléole Pas d’histone Stabilisé par des polyamines: spermine et spermidine et Mg 2+ -Lors de la division le chromosome est répliqué grâce à la polymérase lié à la mbp
• Plasmide
ADN extrachromosomique
Petite moléculaire circulaire bicaténaire, extrachromosomique indépendante du chromosome et indespensable à la survie de la cellule.
super enroulé, plus résistant Découvert par Lederberg en 1952 -Assure leur propre transfert par conjugaison ou transduction Confère à la bactérie une adaptabilité à son environnement: résistance au antibiotique, virulence…..
Autres constituants cytoplasmiques
• Ribosome • -siège de la synthèse protéique • - petite granulation sphérique (10-30nm de diamètre) • - libre ou associés en polysome • - Taille 70S: 2s/u 30S+50S • 30S: ARN16S+21Protéines S (small) • 50S: ARN 23S+ ARN5s+ 34 proteines L (large)
Inclusions granulaires
• • •
• -
peuvent êtres organiques ou inorganiques: réserve d’énergie Ces granules peuvent être spécifiques chez certaines espèces Plusieurs types existes: Réserve de carbohydrate: glycogène (cyanobactéries, entérobactéries et
Clostridium
) ou l’acide poly-bétahydroxybutyrique
(V.cholerea, cyanobactéries, Photobacterium, Azobacter, bactéries pourpre…) aucune chez Acinetobacter.
Polyphosphates: volutine: coloration rouge pourpre en présence de certains colorants ex toluidine. Retrouvée chez certaines bactérie pathogène ex
Corynebacterium diphteridae.
Inclusion de soufre et de fer: chez
Thiobacillus,
Thiobactéries ex
Beggiatoa
(énergie de H du SH) et les sidérobactéries dont les gaines sont incrustés de hydroxyde de fer.
Chromatophore et pigments
• • • Chromatophore: organite spécialisé dans la photosynthèse, contient des pigments appelés: bactériochlorophyles.
Bactéries pourpre: entourés d’une membrane en relation avec la membrane plasmique. Sous forme tubulaire, visiculaire ou en amas.
Bactéries vertes: avec une membrane indépendante de la mbp. De forme de vésicule ou en cigare de 100 à 150nm de longueur • • • • D’autres pigments: Vitamine K2: chez
Bacillus subtilis
• Caroténoïde : anti-UV chez Pyocyanine antibiotique
Corynebacterium
(
Pseudomonas
) et Violacéine (
Chromobacterium violaseum
): Zeaxanthène: caroténoïde, pigment jaune chez
S.aureus
• Xantophylle et sarcinaxanthène
: caroténoïde, pigment rouge chez Sarcina
Vacuole à gaz : rencontrée chez 3 groupes photosynthétiques: bactéries pourpre, cyanobactéries et les bactéries vertes. Elle permet à la bactérie de flotter à la surface de l’eau.
• •
Forme de résistance: Sporulation
CertaineS bactéries ex
Bacillus anthracis et Clostridium
contiennent des spores: endospore.
C’est une forme dormantes sans métabolisme qui se transforme à nouveau en forme végétative lorsque les conditions de l’environnement redeviennent favorables. Elles sont extrêmement résistantes à la chaleur, à la dessiccation et aux antiseptiques et totalement résistantes aux antibiotiques. Une endospore est formée par cellule. Cependant le degré de sporulation dans une culture varie selon l’espèce. Elles sont classées selon leur position (centrale, subcentrale, terminale) et selon leur épaisseur par rapport à la forme végétative (déformante ou non). Elles sont considérées comme un critère de taxonomie. La sporulation se déclenche à la fin de la phase exponentielle Spore ronde terminale déformante Spore de
B.subtilis
Endospore ovale centrale et non déformante.
B.subtilis
• • • • • •
Étapes de sporulation
Stade1: un la cellule est en phase filament chromatique axial stationnaire . Arrêt de la synthèse de l’ADN, ARN et protéines. Premier changement visible est la conversion de l’ADN en qui s’étend sur presque toute la longueur de la cellule.
Stade2: caractérisée par un cloisonnements membranaire: septum de sporulation. Il se forme par une invagination de la membrane cytoplasmique.
Stade3: La synthèse du septum se poursuit, il s’étend et se détache de la membrane plasmique en formant une préspore visible au ME.
Stade4: la préspore va mûrir nombre de au ponts S téguments: progressivement en s’entourant d’un certains la paroi sporale et le cortex interne de la double membrane.
formés dans les faces La tunique sporale (résistance aux UV grâce S ressemble à la kératine) et l’exosporium ( glycoprotéine)à l’extérieur. La sporulation modifie la composition antigénique de la paroi, avec synthèse de l’acide dipicolinique et le pompage de Ca 2+ (dans le cortex).Il ya changement dans les synthèses et enfin une déshydratation.
Stade5: la lyse bactérienne et libération de la spore Une fois les conditions sont favorables, la spore se réhydrate, la tunique se rompt et la cellule végétative émerge. Certaines spores nécessites un choc.
L’endospore bactérienne
Étapes morphologiques de la sporulation
Structure et arrangements de l’endospore
A = ovale, terminale B = rectangulaire, terminale C = rectangulaire, subterminale D = rectangulaire, centrale E = circulaire, terminale F = circulaire, centrale G = terminale, en forme de club de golf