Chapitre II: Bactérie - Morphologie et Structure PDF

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Here's the conversion of the provided text into a structured Markdown format. ## Chapitre II **Bactérie : Morphologie et Structure** ### Partie 2. Structure physiologique de la bactérie **I. Place des microorganismes dans le monde vivant** *... et les micro-organismes !!* **Classification du monde vivant** **Règne des animaux** * Organismes multicellulaires * Pas de paroi cellulaire * Hétérotrophes par ingestion * Pas de chloroplastes * Capables de se déplacer **Règne des végétaux** * Organismes multicellulaires * Présence d'une paroi squelettique * Autotrophes (photosynthèse) * Cellules avec chloroplastes * Incapables de se déplacer **Règne des protistes** **Distinction entre cellules eucaryotes et procaryotes** *Edward Chatton et Murray* En 1937 et grâce à l'invention du microscope électronique, Edward Chatton mis en opposition deux types de cellules: * La cellule eucaryote * La cellule procaryote **II. Place des procaryotes dans le monde vivant** L'observation de l'ultrastructure des protistes a montré l'existence de certaines différences au sein de ce règne *Absence de membrane autour du matériel nucléaire → Procaryotes* *Présence d'un véritable noyau bien délimité par une membrane → Eucaryotes* Le système actuel de classification divise les microorganismes en deux grands groupes *Protistes inférieurs* * Bactéries * Archés *Protistes supérieurs* * Pluricellulaire → Moisissures, Helminthes * Unicellulaire → Levure et protozoaire **III. Structure et caractéristiques de la cellule procaryote** The image is a composite showing schematic drawings of a prokaryotic cell a eukaryotic animal cell and a eukaryotic plant cell. The prokaryotic cell (1) lacks a nucleus and has a simpler structure compared to the eukaryotic cells. The eukaryotic animal cell (2) shows a nucleus cytoplasm ribosomes and other organelles. The eukaryotic plant cell (3) is similar to the animal cell but with chloroplasts and cell wall. Here's the information from the image structured in a table format: | Feature | Procaryote | Eucaryote | | :----------------- | :------------------------------------------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Taille | De 0,2µm (mycoplasmes) à 10 µm, certaines bactéries géantes → 500 µm selon la phase de croissance| 1 µm - 5 µm (levure) voire plus 100 µm (à I'ordre du mètre si on pense aux neurones) | | Organisation | Unicellulaire - différenciation rudimentaire | Uni ou multicellulaire avec différenciation sophistiquée en tissus et organes chez les eucaryotes supérieurs | | Noyau avec membrane| Absent | Présent | | Matériel génétique |→ 1 seule chromosome circulaire → Parfois des plasmides → Matériel génétique dans le cytosol Rudimentaire|→ Plusieurs chromosomes → Matériel génétique dans le noyau et certains organites cellulaires | | Cytosquelette | Absent | Présence de microtubules et des filaments d'actine | | Processus d'endocytose| Absent | Présent | | Ribosomes | 70S : 50S (ARN 23S et 5S) + 30S (ARN16S) | 80S (sauf mitocondrie et chloroplaste) : 60S (ARN 25S et 5,8 Set 5S) + 40S (ARN 18S) | |Organites internes| Absents |Présents → mitochondrie, chloroplaste, peroxysome, lysosome, cytosol, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi | |Division | Fission binaire| Mitose (réplication de l'ADN) et souvent méïose (formation de gamètes)| |Appareil photosynthétique| Présent chez les phototrophes (Cyanobactéries) |Présent chez les algues et les plantes au sein d'organites spécialisés: les chloroplastes| |Endospore| Parfois présente | Absente| |Flagelles, cils| Présent (selon espèces) – Flagelles constitués de flagelline (Protéine majoritaire structurale du filament flagellaire)|Présent (selon espèces) – Flagelles et cils faits de tubuline | |Paroi|→ Peptidoglycane présent chez la plupart des bactéries → Paroi absente chez quelques procaryotes (mycoplasmes) |→ Paroi de cellulose chez les plantes, de chitine chez les champignons → Absente chez les eucaryotes animales| **IV. Structure et organisation des bactéries** **Formes et arrangements fréquents chez les bactéries** **Formes bactériennes courantes** |Forme|Description| |:---|:---| |Bacille|Rod-shaped bacteria| |Coccobacille|Short rod-shaped bacteria| |Coque|Spherical bacteria| |Vibrion|Curved rod-shaped bacteria| |Spirille|Spiral-shaped bacteria| |Spirochète|Tightly coiled spiral-shaped bacteria| ***N.B. Certains auteurs regroupent les formes vibrion, spirille et spirochète sous le vocable de formes spiralées.*** **Arrangements bactériens courants** |Arrangement|Description| |:---|:---| |Diplobacille|Pair of rod-shaped bacteria| |Diplocoque|Pair of spherical bacteria| |Streptobacille|Chain of rod-shaped bacteria| |Streptocoque|Chain of spherical bacteria| |Staphylocoque|Cluster of spherical bacteria (grape-like cluster)| |Tétrade|Group of four cocci in a square arrangement| |Sarcine|Cube-like arrangement of eight cocci| **Classification des bactéries et notion d'espèce** Les bactéries se divisent en eubactéries et en archaebactéries. * Archaebactéries (archées) Sont adaptées à la vie dans des conditions de vie extrêmes (forte salinité, haute température, faible pH, absence oxygène). * Eubactéries Sont les "vraie" bactérie', Les eubactéries représentent le domaine réunissant tous les procaryotes à l'exception des Archées * La taxonomie (on dit aussi taxinomie) est la science qui (en Biologie) étudie la classification des êtres vivants. Espèce en biologie = un groupe d'organismes très apparentés, différents des autres groupes d'organismes, et capables de se croiser entre eux = c'est l'unité de base de tout système de classification. Genre = un groupe d'espèces semblables Famille = un groupe de genres semblables Ordre = un groupe de familles semblables Classe = un groupe d'ordres semblables Embranchement = un groupe de classes semblables Règne = tous les organismes de cette hiérarchie * Nomenclature binomiale ✔ Les microorganismes sont nommés selon les règles du système binomial de Linné (1750). ✔ Le nom de chaque microorganismes est formé de deux fragments : 1- le premier = le nom du genre, sa première lettre s'écrit en majuscule 2- le second = qualificatif = nom descriptif, sa première lettre s'écrit en minuscule Exemple: Escherichia coli * En bactériologie Une espèce est constituée par sa souche type et par l'ensemble des souches considérées comme suffisamment proches de la souche type pour être incluses au sein de cette même espèce. La classification des bactéries entre elles repose sur plusieurs types d'observations et d'études. 1. Classification phénotypique (morphologie microscopique, macroscopique (taille, la forme...), mobilité, coloration, besoins nutritionnels....) 2. Classification génotypique **Critères de classification des bactéries** * Caractères morphologiques * Aspects tinctoriaux * Types trophiques * Métabolisme * Critères immunologiques * Critères pathologiques Classification phénotypique Exemple 1: Gram Aspects tinctoriaux: Coloration de Gram * Gram positive * Gram négative Image: The image depicts a simplified illustration of Gram staining, showing bacteria taking up Gram positive and Gram negative stains based on cell wall structure. Bacterial shapes cocci bacilli are differentiated, with spherical and spiral forms illustrated with an electron microscope. Exemple 2: Aspects morphologiques: la forme * sphérique ou ovale - coques, cocci * cylindrique - bacilles * virgule - vibrions * spiralée - spirochètes Classification Génotypique Une donnée importante pour la classification bactérienne est le pourcentage en nucléotides G et C (% G+ C) de chaque génome. ✔ Deux espèces bactériennes proches auront des pourcentages en G et C voisins. There are two categories. 2 bactéries appartenant à la même espèce auront des GC% identiques and bactéries dont les GC% diffèrent de plus de 5% appartiennent à des espèces différentes Image: Table with the structure of classification hierarchy of the taxons à Cas E. coli à the genre Escherichia. Here is the information from the image structured in a table format: | Rang| Exemple| |:---|:---| |Règne|Bacteria| |Embranchement|Proteobacteria| |Classe|γ-Proteobactéries| |Ordre|Enterobactériales| |Famille|Enterobacteriaceae| |Genre|Escherichia| |Espèce|E. coli| Liste of nomens of genre Escherichia includes Escherichia anata, Escherichia aurescens, Escherichia bentotensis, Escherichia coli, Escherichia ellinger, Escherichia galactophila, Escherichia gastrica, Escherichia iliaca, Escherichia leporisEscherichia metacoli, Escherichia morgani, Escherichia noctuarii, Escherichia oxytocus Escherichia plebia Escherichia pseudocoloides, Escherichia schaefferi, Escherichia sphingidis, Escherichia truttae, Escherichia vekanda, Escherichia vesiculosus. ✔ Parfois on trouve d'autres subdivisions (Sous-classe, Sous-ordre, Sous-famille, Sous-genre, Sous-espèce) Etude de l'anatomie des bactéries ✔ Observation de la cellule dans son ensemble La présence de bactéries est habituellement recherchée avec un microscope optique sans coloration (état frais) ou après coloration. Etat frais Image: Microscopic visualisation of Saccharomyces cerevisiae in fresh state. Image of preparation made to use drop of liquid between slide and lamella. Cellules is possible membranes with internal nucleus and cytoplasmes. Observation is sans coloration. Après coloration ✔ Etapes : Réalisation d'un frottis mince, séchage, fixation et coloration. Image representing bacteria after colored for observation at microscope. Coloration au Bleu de méthylène. Lactobacilles et streptocoques colorés au bleu de méthylène et observés au microscope optique - x 1000 **Étapes de préparation d'un frottis fixé** The image illustrate steps of preparation of a fixed bacterial smear. In the first step, a small drop of bacterial suspension is placed on a clean slide. next the drop is spread evenly and allowed to air dry.After it, the preparation passes through portion of flame and then let it cool down so we can continue with the preparation for coloration. Image show preparation of a bacteria and then coloration with special products Schematic drawing of bacterial cell structure. Schematic drawing presenting Elements obligatoires (Membrane Cytoplasmique,Paroi,Ribosome,<(<< Chromosome>>> and Cytoplasme. Elements facultatifs are pili sexuel, Fimbriae, Flagelle, Plasmide, Spore and Capsule. Schematic drawing of Basic Bacterial Cell Structure. Showing Nucleus equivalent (syn. nucleoid), Cell wall murein, Flagella, Capsule, Plasmid, Cytoplasmic membrane, 70S ribosomes, Outer membrane (only in gram-negative bacteria), Attachment pili and Depot substances. 1. **La paroi bactérienne** * Enveloppe rigide caractéristique de la cellule procaryote <<< exosquelette ». * Toutes les bactéries possèdent une paroi sauf les mycoplasmes (insensibles aux bêtalactamines). * Confère à la bactérie sa forme. * Confère à la cellule sa rigidité et sa résistance aux pressions osmotiques. * Assure la protection de la membrane cytoplasmique. * Constituée d'un composé spécifiquement bactérien, le Peptidoglycane. * Coloration de Gram * Coloration de base en bactériologie * Développée par le médecin danois Christian Gram en 1884 * Coloration permettant de différencier les bactéries selon deux critères : * Leur forme * Leur affinité pour les corants *The image shows a schematic description process of coloration the grain with its components* * Image shows two bacteria on a slide one is Staphylococcus aureus and one is Escherichia coli 1. Étapes et résultats de la coloration de Gram sur 2 souches bactériennes | Étapes | Objectif | Souche A | Souche B | | :----------------------------------------------- | :----------------------- | :----------------------------------------------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------------------------------------------- | | Coloration au violet de gentiane + réactif de lugol| Coloration du cytoplasme| Violet | Violet | |Alcool à $90^\circ$ (10 secondes) + rinçage à l'eau|Action sur la couleur du cytoplasme| Violet. L'alcool est sans effet sur la coloration car il est arrêté par la paroi| Incolore. L'alcool a traversé la paroi et a décoloré le cytoplasme | |Coloration à la fuchsine|Recoloration du cytoplasme |Violet. Pas d'effet|Rose. La paroi rendue poreuse par l'alcool laisse passer le colorant. Le cytoplasme se colore| | Conclusion| | La composition chimique de la paroi s'oppose à la pénétration de l'alcool Paroi protéique Bactérie Gram + | Le composition chimique de la paroi est sensible à l'alcool qui peut la dissoudre Paroi lipidique Bactérie Gram -| |Exemples| | Streptocoque Staphylocoque | Salmonelles Colibacille intestinal | Image presents two forms of bacterial cells identified as Gramm+ and Gramm-. Showing Paroi, Chromosome, Membrane exterme & membrane interne. The picture presents an artistic interpretation as what might be a depiction of Gram+ positive and Gram- negative cells at a microscopic level. * **Paroi des bactéries à Gram positif** * Paroi épaisse et dense. * Le peptidoglycane (PG) est le constituant majeur (90%). * Le 𝑷𝑮 est un hétéropolymère composé de chaînes glucidiques reliées les unes aux autres par des chaînons peptidique * Le reste correspond à un feutrage d'acides teïchoiques (A.T) (10%). * Les acides lipoteichoiques sont des A.T connectés au peptidoglycane et aux lipides de la membrane plasmique. * Le rôle des AT est le maintien de la structure de la paroi (Régulation des autolysines) * Les acides LT retiennent le violet lors de la coloration de Gram. An artistic interpretation of what might be the anatomy of a paroi of a Bactérie à Gramm positif. Shows the variety molecules and a colorful style. * **Paroi des bactéries à Gram négatif** * C'est une paroi fine, mince et lâche. * Elle a une structure relativement complexe constituée d'une fine couche de peptidoglycane à structure lâche (5 à 20 % des constituants de la paroi bactérienne) recouverte à l'extérieur d'une membrane externe. * Cette paroi est séparée de la membrane cytoplasmique par un espace dit espace périplasmique. * **Composition chimique de la paroi chez les bactéries à Gram positif et à Gram négatif** | | Bactéries Gram+ | Bactéries Gram- | | :------------------- | :-------------- | :-------------- | | Osamines | +++ | + | | Acides aminés | 24-35% | ≈ 50 % | | Acides téichoïques | présents | absents | | Oses | 20-60% | 20- 60% | | Lipides | 1-2, 5% | 10-22% | * **Les osamines** Image is a chemical presentation the composants of paroi bactérienne with two formulas as example is La N-acetylglucosamine and l'acide N-acetylmuramique. Then is an abstract interpretation. majeurs composant le peptidoglycane de la paroi bactérienne1 2. **La membrane plasmique** Structure Constitue une interface entre le cytoplasme et les structures externes. Elle est composée de protéines (60 à 70%), de lipides (30 à 40%) et de glucides. Les phospholipides sont des molécules amphiphatiques, c'est la base de la structure de la MP. Les phospholipides sont formés d'une couche hydrophobe insoluble dans l'eau et une couche hydrophile ayant des propriétés opposées et portant un groupement phosphate chargé négativement. Ces deux couches moléculaires induisent une organisation en double feuillet. La MP répond au modèle dit en mosaïque fluide (Les molécules peuvent se déplacer latéralement en échangeant leurs places). La picture contains graphical representations of components from the cell membrane. La picture contains graphical representations of components from the cell membrane. Showing liposome, micelles and bicouche lipidique. Formes des phospholipides dans la nature Image shows details components of membrane, include Glycolipid, Integral protein, Oligosaccharide, Peripheral protein and Hydrophobic with a helix Integral protein. Then show some types of grap * **Fonctions** Barrière semi-perméable (ou semi sélective) qui empêche La fuite des composés intra-cytoplasmiques La pénétration anarchique des constituants extra-cellulaires Assure les échanges entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule En absorbant les éléments utiles pour le métabolisme En excrétant d'autres molécules et éliminant les déchets La MP des bactéries joue un rôle important dans la respiration et la synthèse d'énergie (𝗔𝗧𝗣) (les chaînes respiratoires des bactéries, localisées au niveau de cette membrane sont semblables à celles des mitochondries).The An artistic depiction on transports passifs *Transport passif* 𝐴) Diffusion simple passive : les petites molécules (hydrophobes-lipophiles) (𝑂2,𝐶𝑂2 acides gras, éthanol,...) peuvent traverser librement la membrane cytoplasmique lorsque leur concentration dans le milieu extra cellulaire est supérieure à celle du milieu intracellulaire. 𝐵) Pour les molécules de taille plus importante et hydrophiles, la diffusion se fait de deux façons: * Diffusion passive par canal protéique * Diffusion facilitée par protéine porteuse Drawings and schematics illustrating the passage of different components and their different interactions. *Transports actifs* Se font contre le gradient de concentration. Nécessitent un apport énergétique. 1) Transport actif primaire ou uniport ou ionique: Se fait par des pompes (ex : pompe 𝐾+) 2) Transport actif secondaire dit de cotransport * Cotransport symport : entrée dans le même sens (entrée de lactose et de 𝐻+) * Cotransport antiport : entrée dans le sens opposé (ex: sortie de Ca++/entrée de 𝐻+) The image contain graphics representations of biological process in membrane transports in the cells. Illustration for Site de fixation des flagelles of a bacterial cell. With some details of anatomical parts. Functions La MP joue un rôle dans la détection: Des signaux et la perception des caractéristiques physiques de l'environnement (température, pH). Des composés présents dans le milieu environnant grâce à la présence de protéines transmembranaires du chimiotactisme. Permet aux bactéries dotées de flagelles, de nager vers les endroits les plus riches en nutriments, ou bien, de s'éloigner des endroits défavorables comme ceux qui contiennent des substances toxiques. Ces protéines interviennent dans la détermination du sens de rotation des flagelles 3. **Cytoplasme** C'est un hydrogel colloïdal (comme le lait) pH neutre (7- 7,2) Contient des sels minéraux et des composés solubles de nature lipoprotéique, de nucléoprotéines et de lipides En dehors du matériel nucléaire, les principaux éléments constitutifs du cytoplasme sont: Les ribosomes et les acides ribonucléiques; Les substances de réserve; Autres substances Image on the structure et fonction des ribosomes presents RNA, Protheins and Subunits Les ribosomes sont le siège de la synthèse des protéines. C'est à leur niveau que les acides aminés s'unissent par des liaisons peptidiques. Les ribosomes sont souvent associés par une chaîne d'ARN messager, réalisant ainsi des structures en chapelet qu'on appelle des polysomes.Image showing a ribosomes components from Eukaryotic cell. Image presents Polyribosome cell division diagram diagramm components Deux sites essentiels pour la synthèse des protéines : le site aminoacyl qui accueille l'acyl-tARN et le site peptidyl qui accueille la chaîne d'aminoacides en cours de constitution. Sont particulièrement présents à proximité de la MP, site de synthèse de la paroi et des protéines exportées. Structure différente de celle des ribosomes des eucaryotes expliquant la spécificité propre au monde bactérien. Illustration for synthèses the protéines with ribosomes and a complex cycle. Image and description for Sub stances de réserve and function. La bactérie peut accumuler des matériaux organiques ou inorganiques constituant généralement des réserves d'énergie. Lorsque ces substance atteint une taille suffisante, elles forment des granulations (qu'on appelle également inclusions cytoplasmiques). En général, les bactéries synthétisent différentes catégories des substance de réserve. Elles peuvent être: ✔ des glucides (amidon et glycogène), ✔ des des des lipides, des des polyphosphates, parfois des minéraux (fer, soufre). ✔Chromosome/ADN Le chromosome bactérien est constitué un filament unique, continu et circulaire formé d'une double chaîne d'ADN. Cet ADN présente une structure en super-hélice appelée forme superenroulée. Les observations réalisées chez 𝐸.𝑐𝑜𝑙𝑖 et d'autres eubactéries voisines ont montré l'existence d'un seul chromosome par appareil nucléaire L'ADN ou acide désoxyribonucléique est un polymère, composé d'unités appelées nucléotides. Nucléotide : « Groupement phosphoré + sucre à 5 atomes de Carbone + une base purique ou pyrimidique ». Bases puriques : Adénine (A) et Guanine (G) Bases pyrimidiques : Cytosine (C) et Thymine (T) Le sucre : Désoxyribose Le groupement phosphoré : est un phosphate diester en 3' et 5' du désoxyribose. Show schematic drawing structure and position desoxyribose dans nuclétides and cellules Image and description for Les plasmides and fonctions Eléments génétiques extra chromosomiques Image shows different structure of cell de quelques milliers de paires de bases, capables d'autoréplication. Molécules d'ADN bicaténaire, circulaires, de petite taille (1/100 du chromosome bactérien). Portent peu de gènes (moins de 30) se répliquant de façon autonome (indépendamment du chromosome) et non indispensables au métabolisme normal de la cellule. Les plasmides permettent à la bactérie une meilleure adaptation à son environnement Image illustration transferts horizontaux de gènes in Conjugaison. Types of plasmides in circle form showing (F, Pili sexuel), Col( colicin), (Lactose, urée),(shigaT, ETEC),(Plasmide R) and Plasmides.. Propriétés des plasmides Résistance aux antibiotiques (90% plasmidique) (les 10% restant chromosomique). Résistance aux métaux lourds (mercure, sels de cadmium, plomb). Production de substances à rôle pathogène telles que les toxines. Production de bactériocines telles que la colicine d'𝐸.𝑐𝑜𝑙𝑖. Les bactériocines donnent un avantage à la bactérie en tuant des souches très proches systématiquement Certains plasmides sont capables se s'intégrer aux chromosomes ➔ Episomes. Après leur intération ils deviennent une partie intégrantes des fonds patrimoine. Les spores Des structures de résistance produites par certaines bactéries lorsque les conditions deviennent défavorables: milieu pauvre en nutriments et/ou conditions physico-chimiques défavorables. Elles permettent aux bactéries sporulantes de survivre dans les conditions extrêmes. Elles se forment à l'intérieur de la cellule bactérienne → Endospores. Les genres bactériens les plus connues qui forment des endospores sont: Bacillus, Clostridium. Ce sont toutes des bactéries Gram (+). Structure des spores Image description of the spore component with structure and labels. Les images montrent la coloration au vert de malachite and Coloration de Gram Les images montres differentes structure de la bactérie ## Capsule une couche plus ou moins compacte de substances organiques visqueuses élaborées par certaine bactéire et qui entourent leur paroi. La capsule n’existe que chez certaines bactéries et n’est pas indispensable à leur survie. Au sein d’une même espèce, certaines souches en produisent d’autres pas. Elle est généralement de nature polysaccharidique. Néanmoins certaines capsules sont de nature protéiques comme le cas de bacillus anthracis.(la capsule est un polymère d’acides poly 𝐷 ‐glutamiques) Rôle des capsules Rôle important dans la défense des bactéries contre La dessiccation. Les prédateurs Les parasites Elle protège la bactérie de la phagocytose dasn l’organisme Elle contribue à l’attachement das bactéries aux tissus et surfaces solides. Elle constitue un support de propriété physiopathologiques et immunologiques. Les substances capsulaire dans son de véritablefacteur de virulence.