Structure de la cellule bactérienne PDF

Structure de la cellule bactérienne Les bactéries et les archées ont longtemps été rassemblées et considérées comme des procaryotes. Ils n'ont ni noyau bordé d'une membrane, ni cytosquelette, ni organites limités par une membrane et ni structures membranaires internes comparables un réticulu...

Structure de la cellule bactérienne Les bactéries et les archées ont longtemps été rassemblées et considérées comme des procaryotes. Ils n'ont ni noyau bordé d'une membrane, ni cytosquelette, ni organites limités par une membrane et ni structures membranaires internes comparables un réticulum endoplasmique et å un appareil de Golgi. La taille moyenne d'une cellule bactérienne varie de 0,3 μm de diamètre pour Mycoplasma genitalium à 100–300 μm de diamètre pour Thiomargarita namibiensis, qui peut atteindre jusqu'à 750 μm de diamètre et est visible à l'œil nu. Une autre grande bactérie, Epulopiscium fishelsoni, mesure environ 600 μm de longueur et 80 μm de diamètre (Fig. 1). La plus petite archée connue à ce jour est Nanoarchaeum equitans, qui mesure environ 0,4 μm de diamètre et vit de manière parasitaire sur un autre hôte archéal, Ignicoccus hospitalis. Figure 1 : une bactérie géante. Cette photographie montre Epulopiscium fishelsoni écrasant les paramécies qui sont des protozoaires. Les cellules d’E. fishelsoni ont une longueur d'environ 0,53mm. Le monde microbien présente une variété presque infinie de morphologies. Toutefois. Les deux formes les plus communes sont les coques et les bâtonnets (fig.2). Les coques sont peu près sphériques. Ils peuvent exister cn tant que cellules individuelles, mais aussi former des arrangements caractéristiques souvent utiles pour une identification. Les diplocoques apparaissent quand les coques se divisent et restent ensemble en constituant des paires. De longues chaines de coques se forment quand les cellules restent attachées après plusieurs divisions dans un plan. C'est ce type d'arrangement que l'on trouve dans les genres Streptococcus, Enterococcus et Lactococcus (fig. 2). Les membres du genre Staphylococcus se divisent en plans aléatoires pour former des amas cellulaires irréguliers semblables à des grappes de raisins (fig. 2). Des divisions dans deux ou trois plans peuvent produire des amas symétriques de coques. Les membres du genre Micrococcus se divisent souvent selon deux plans pour donner des groupes carrés de quatre cellules, appelés tétrades. Dans le genre Sarcina, les coques se divisent suivant trois plans et produisent des ensembles cubiques de huit cellules. Bacillus megaterium est un exemple de bactérie ayant une forme de bâtonnet (fig. 2). Les bâtonnets, parfois appelés bacilles, diffèrent dans leur rapport longueur/largeur. Les coccobacilles sont si courts et si larges qu'ils ressemblent des coques. Les extrémités du bâtonnet varient souvent suivant les espèces, elles peuvent être plates, arrondies. Quoique de nombreux bacilles soient solitaires, certains restent associés après la division pour former des paires ou des chaines (ex. Bacillus megaterium forme de longues chaines). Figure 2 : Les coques et les bátonnets sont les formes bactériennes les plus communes. (a) Streptococcus agalactiae. (b) Staphylococcus aureus. (c) Bacillus megaterium. Coloration de Gram (x 1.000). Il y a plusieurs formes et arrangements bactériens moins communs. Les vibrions ressemblent plus à des bâtonnets incurvés en virgules (fig. 3). Les spirilles sont des cellules spiralées rigides (fig. 3) possédant habituellement une touffe de flagelles une ou aux deux extrémité(s) de la cellule. Les spirochètes sont des bactéries spiralées flexibles, qui ont un dispositif flagellaire interne particulier. Certaines bactéries forment des pédoncules (ex. Caulobacter crescentus) (fig. 3). D'autres bactéries sont pléiomorphes (des bactéries qui peuvent adopter différentes formes), car elles changent de forme et n'ont pas une seule forme caractéristique. Elles sont ainsi similaires aux champignons filamenteux eucaryotes. On peut penser que certaines bactéries sont multicellulaires. De nombreuses actinobactéries forment de longs filaments appelés hyphes, qui forment un réseau appelé mycélium. De nombreuses cyanobactéries, un groupe de bactéries photosynthétiques, sont également filamenteuses. Ainsi, certaines cyanobactéries filamenteuses forment des hétérocystes dans les filaments. Ce sont des cellules spécialisées qui assurent une fixation de l'azote. C. Crescentus- pédonculée Campylobacter jejuni-forme spiralée Streptomyces - filamenteuse V. vulnificus-Vibrions en virgule Figure 3 : Autres formes cellulaires et agrégats. 2 Organisation cellulaire Les structures souvent observées dans les cellules bactériennes sont résumées dans le tableau 1 et la figure 4 en donne une illustration. Il faut noter qu'aucune bactérie ne possède pas tout le temps toutes Ces structures. Quelques-unes ne se trouvent que dans certaines cellules, dans certaines conditions ou dans certaines phases du cycle cellulaire. Une cellule bactérienne typique est divisée en trois parties principales : l'enveloppe cellulaire, le cytoplasme et les appendices extracellulaires (Fig. 4). L'enveloppe cellulaire maintient l'intégrité de la cellule et se compose principalement de la membrane plasmique la plus interne, de la paroi cellulaire, de l'espace périplasmique entre la membrane plasmique et la paroi cellulaire, ainsi que des couches les plus externes entourant la paroi cellulaire. Le cytoplasme contient le nucléoïde en tant que matériel génétique, des ribosomes en tant que machinerie de synthèse des protéines et des corps d'inclusion dispersés dans tout l'espace cytoplasmique. Les appendices extracellulaires tels que les fimbriae, les pili et les flagelles remplissent plusieurs fonctions et aident les cellules dans la conjugaison, l'attachement et la locomotion. En plus des composants principaux, les cellules bactériennes forment également des endospores, qui sont des structures dormantes permettant aux bactéries de survivre dans des conditions environnementales défavorables. Tableau 1 : Les structures communes des bactéries et leurs fonctions Figure 4 : Structure d’une cellule bactérienne 3 Membranes Bactériennes La membrane plasmique ou membrane cytoplasmique est la couche la plus importante de l'enveloppe cellulaire, car elle entoure le cytoplasme et définit la forme de la cellule. Aucune cellule ne peut survivre sans une membrane plasmique. Elle est très fine, avec une épaisseur d'environ 8 à 10 nm, et apparaît comme deux lignes sombres séparées par une ligne claire lorsqu'elle est observée au microscope électronique. 3.1. Fonctions de la membrane plasmique (1) La membrane maintient l'intégrité de la cellule grâce à sa perméabilité sélective, qui agit comme une barrière permettant la diffusion ou le transport sélectif des solutés et des nutriments à travers la cellule, ainsi que l'excrétion des déchets à l'extérieur de la cellule. (2) La deuxième fonction majeure est que la membrane sert de site pour la conservation de l'énergie et génère une force motrice protonique pour réaliser divers processus métaboliques essentiels à la cellule, tels que la biosynthèse de l'ATP, la motilité et le transport de solutés et d'ions à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule (Depelteau et al., 2019). (3) La photosynthèse, la biosynthèse des lipides et la synthèse des constituants de la paroi cellulaire ont également lieu dans la membrane plasmique. Pour la photosynthèse, certains pigments et enzymes sont présents dans les replis de la membrane s'étendant dans le cytoplasme, et ces extensions sont connues sous le nom de chromatophores. D'autres processus cellulaires importants, tels que la division cellulaire, le trafic des protéines et la sécrétion, sont également réalisés par plusieurs protéines associées à la membrane. 3.2. Structure de la membrane plasmique : le modèle du mosaïque fluide de Singer et Nicolson La structure de la membrane plasmique est bien expliquée par le modèle du mosaïque fluide proposé par Singer et Nicolson. Ce modèle repose sur le fait que les phospholipides en bicouche confèrent une fluidité à la membrane, et que des protéines sont intégrées dans la membrane (Singer & Nicolson, 1972). Les phospholipides sont amphipathiques par nature, avec une tête polaire variable, un groupe glycérol-3-phosphate et deux queues non polaires composées d'acides gras (généralement C14-C20) reliées par une liaison ester. L'extrémité polaire de la bicouche membranaire fait face au cytoplasme et à l'environnement externe, et étant hydrophile, elle interagit avec l'eau. Les queues non polaires, étant hydrophobes, se font face dans la bicouche et forment le noyau hydrophobe (Fig. 5). La teneur en protéines de la membrane est assez élevée et deux types de protéines peuvent y être trouvés, interagissant entre elles lors de processus cellulaires cruciaux : les protéines membranaires intégrales (intrinsèque), qui sont fermement ancrées dans la bicouche de phospholipides, et les protéines membranaires périphériques, qui sont associées à la surface de la membrane, de l'extérieur ou de l'intérieur, par interaction avec les protéines intégrales (Fig. 4). Figure 5 : Le modèle en mosaïque fluide de la structure de la membrane cytoplasmique bactérienne. Ce dessin montre les protéines intrinsèques (en bleu) flottant dans une double couche lipidique. Les protéines périphériques (en violet) sont faiblement associées à la surface interne de la membrane. Les extrémités hydrophiles des phospholipides sont représentées par des petites boules et les chaines d'acides gras hydrophobes par des traits ondulés. D'autres lipides. tels que les hopanoides (en rouge), peuvent être présents, pour la clarté du schéma, les phospholipides sont proportionnellement plus grands que dans une membrane réelle. Figure 5 : Structure d’un phospholipide. La phosphatidyl-éthanolamine, un phospholipide amphipathique, souvent présente dans les membranes bactériennes 3.3. Fluidité de la membrane La fluidité de la membrane est essentielle pour le mouvement latéral des protéines et est principalement maintenue par le nombre d'acides gras saturés et insaturés présents dans la bicouche, qui est largement modulée par les conditions environnementales, notamment les températures. Les thermophiles, qui se développent à des températures élevées, ont un ratio plus élevé d'acides gras saturés par rapport à la teneur en acides gras insaturés, tandis que la situation est inversée pour les psychrophiles. Chez les psychrophiles, en plus de l'insaturation, d'autres changements induits par les basses températures dans les membranes bactériennes incluent la présence d'acides gras à chaîne courte et ramifiée au lieu d'acides gras à chaîne longue et droite. Certains microbes adaptés au froid contiennent également des acides gras polyinsaturés qui restent flexibles même à des températures très basses (Sohlenkamp & Geiger, 2016). De plus, de nombreuses membranes bactériennes sont stabilisées par la présence de molécules similaires aux stérols, appelées hopanoïdes, qui possèdent une structure pentacyclique (Fig. 6). Les hopanoïdes sont similaires aux stérols eucaryotes tels que le cholestérol qui stabilise probablement la membrane bactérienne et modifient les propriétés de la membrane plasmique, influençant la perméabilité de la membrane pour leur survie lors de stress environnemental. Dans Streptomyces, les hopanoïdes se forment dans les hyphes aériens pour minimiser la perte d'eau à travers la membrane (Poralla et al., 2000). Figure 6 : Stéroïdes et les hopanoïdes de la membrane