Partie II - Bio cellulaire - II.A.Les Procaryotes - 1. Intro - 4. Struct (PDF)

Laboratoire d’Enseignement de la Biologie Partie II – La Biologie cellulaire Faculté de Médecine BIME1-VETE1 Prof. Laurence Ladrière – ULB II.A. Procaryotes 1 ...

Laboratoire d’Enseignement de la Biologie Partie II – La Biologie cellulaire Faculté de Médecine BIME1-VETE1 Prof. Laurence Ladrière – ULB II.A. Procaryotes 1  2 ADN3 Partie I - Unicité du monde vivant fleurs_Angraecum_striatum Module 1 : Bio générale INTRO Partie I – Unicité du monde vivant - Molécules de la Vie & Origine de la Vie Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes II. B. – Introduction aux Virus II. C. – La cellule Eucaryote : les organites cellulaires et fonctions cellulaires Partie III - La Génétique mendélienne et Biotechnologie Partie IV – Biologie de l’Evolution IV. A. –La Génétique évolutive/des populations IV. B. – Preuves de l’évolution + séminaires-conférences Q1, séances d’exercices de génétique, la lecture obligatoire chromosome Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction générale sur la cellule : découverte des cellules et théorie cellulaire 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation 4. Structure d’une bactérie 5. Synthèse des Protéines chez les Procaryotes 6. Génétique des Procaryotes II. B. – Introduction aux Virus II. C. – La cellule Eucaryote : les organites cellulaires et fonctions cellulaires II.A. Procaryotes 3 II. A. – Les Procaryotes : objectifs spécifiques Vous devez être capable de : Décrire l’organisation cellulaire (structure) chez les Procaryotes Décrire le fonctionnement (lié à la structure) de la cellule Procaryote Pouvoir comparer cellule Procaryote – cellule Eucaryote Génétique Procaryote : synthèse protéines; réplication de l’ADN; recombinaisons génétiques (transformation, conjugaison, transduction); expression génétique (opérons) II.A. Procaryotes 4 Partie II –La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction : a)Découverte des cellules et b)Théorie cellulaire II.A. Procaryotes 5  a) La découverte des cellules : Quand a-t-on découvert les cellules et pourquoi leur donner ce nom ? -Terme de cellules : En 1665, un microscopiste anglais, Robert Hooke : observation d’une coupe d’un morceau d’écorce mort (liège) → identification de compartiments, logettes, ‘pores’ en forme de cellules (cellulae en latin = petites chambres, alcôves occupées par les moines dans les monastères→ CELLULES Microscope assez rudimentaire II.A. Procaryotes 6 -Pendant une cinquantaine d’années, un vendeur hollandais de vêtements et boutons, Anton van Leeuwenhoek, a passé son temps à construire des microscopes plus performants et à observer des gouttes d’eau provenant d’un étang → description de diverses formes de cellules vivantes, non connues à l’époque, appelées ‘animalcules’. En réalité, ces ‘animalcules’ = Bactéries, Protozoaires, spermatozoïdes, … -Observations confirmées par Hooke R. La vie dans une goutte d’eau d’étang II.A. Procaryotes 7  b) Naissance de la Théorie cellulaire : En 1838 et 1839, le botaniste allemand Matthias Schleiden et le zoologiste/physiologiste allemand Theodor Schwann proposèrent les deux premiers principes de la théorie cellulaire : 1. Tous les organismes vivants (Végétaux, Animaux) sont composés d’une unité ou d’un assemblage d’unités vivantes (siège de processus vitaux du métabolisme et de l’hérédité) fondamentales appelées cellules. 2. La cellule est l’unité de base structurale et fonctionnelle de la vie (formée par génération spontanée !?) ! Fichier:TheodorSchwann.jpg II.A. Procaryotes 8 En 1855, un pathologiste allemand, Rudolf Virchow propose le 3ème principe de la théorie cellulaire : 3. Les cellules ne peuvent provenir de matériel non cellulaire; les organismes ne sont pas le produit d’une génération spontanée  Toute cellule naît nécessairement d’une autre cellule; Les cellules ne peuvent provenir que de la division d’une cellule préexistante (faisant référence à la notion de matériel génétique, mais non encore connu)  Cellule = unité reproductrice du vivant  Diversité du monde vivant II.A. Procaryotes 9  c) Développement des microscopes : En 1934, la construction de microscope électronique, et en 1950, l’ultramicrotomie (coupes de tissus) ont permis d’observer les structures cellulaires et de distinguer deux types d’organisation cellulaire : Construit par E. Ruska, 1933 Microtome manuel Microtome électronique II.A. Procaryotes 10  d) Distinction des deux grands types cellulaires : Grâce au microscope, découverte de deux grands types d’organisation cellulaire :: -la cellule Procaryote : cellule de petite taille, information génétique sous la forme d’une molécule d’ADN (nucléoïde) baignant dans le cyto(hyalo)plasme; pas d’enveloppe nucléaire (pas de noyau); présence de ribosomes -la cellule Eucaryote : information génétique sous la forme de plusieurs molécules d’ADN (=chromosomes), situées dans le noyau (compartiment cellulaire séparé du reste de la cellule, entouré d’une enveloppe nucléaire; présence d’organites/organelles (petits ‘organes’) II.A. Procaryotes 11  e) Que possède toute CELLULE ? = unité morphologique, fonctionnelle et reproductrice de tout être vivant. Quatre similitudes structurales de base : Toute cellule possède : - un cytoplasme = milieu appelé cytosol (molécules organiques et ions en solution) + organites, sauf le noyau, délimité par une membrane plasmique - de l ’ADN : sous la forme de *nucléoïde : zone centrale de la cellule; pas d’enveloppe nucléaire *ou dans un noyau : limité par une enveloppe nucléaire -des ribosomes : participation à la synthèse des protéines II.A. Procaryotes 12  Les deux grands types cellulaires : Biology: Cell Structure I Nucleus Medical Media – YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=URUJD5NEXC8 II.A. Procaryotes 13 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Caractéristiques - définitions et classification des Procaryotes II.A. Procaryotes 14 2. Caractéristiques – Définitions - Classification des Procaryotes (Monères) -Présentation/Caractéristiques générales : -Organismes vivant aujourd’hui sur terre, assez simples manifestant les caractéristiques de la vie (structure, fonction, reproduction) ; la plupart sont unicellulaires (certains peuvent s’associer) -Environ 1-10 µM de diamètre, apparus il y a plus de 3 milliards d’années; -Dépourvus de noyau (pas d’enveloppe nucléaire), 1 molécule d’ADN cytoplasmique ~ nucléoïde présent dans le hyaloplasme; hyaloplasme; ribosomes -Relations générales des bactéries : l’espèce humaine dépendant étroitement du monde bactérien : symbioses ! -Classification très vaste II.A. Procaryotes 15 -Comparaison : 16 -Notion de symbioses : définitions ! Symbioses (sun=avec; bios=vie) = relations, associations écologiques entre des espèces différentes vivant en contact direct : →Commensalisme = symbiose où une seule espèce (symbiote, commensal) profite de l’association; pas de préjudice; l’hôte fournit la nourriture (ex : rat – être humain: synanthropie = relation durable entre l’homme et un animal non-domestique) →Mutualisme = symbiose où les 2 espèces (symbiotes) profitent de l’association; pas de préjudice → Parasitisme = symbiose où une espèce (parasite) profite de l’hôte avec préjudice de l’hôte E. Coli Mycorhize : Varroa (Acarien): association champignon (fournit Parasitant une abeille https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2448082 sels minéraux et eau) –algue (fournit des métabolites organiques) Réf : Ellen Larsson Holothurie (Echinoderme) : Poisson commensal dans son tube digestif II.A. Procaryotes 17 Par Leonard Low de Australia — Flickr, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1552175 -Classification : Procaryotes : Deux domaines : -1. Domaine des Archéobactéries – Archaea (« Procaryotes Extrêmophiles ») : Ne sont pas et ne ressemblant pas aux Eubactéries, Très semblables aux 1ères cellules vivantes, Mieux apparentées aux Eucaryotes (de par leurs propriétés physiologiques; ARN polymérase, Protéines ribosomiales, ARNt codant une méthionine, …), Membrane plasmique différente (glycérol + chaînes de glucides) ou une monocouche de de chaînes de glucides + 2 têtes de glycérol (résistance à des t° élevées) Paroi sans peptidoglycan, pouvant contenir de la pseudomuréine (polymère de glucides + liaisons peptidiques ; ou protéines +glucides). Vivant dans des conditions extrêmes II.A. Procaryotes 18 Quelques exemples d’Archéobactéries : -Méthanogènes : CO2, H2 → méthane CH4 -Halophiles : environnements très salés (Mer Morte, Grand Lac Salé) -Acidophiles : dont le développement demandant un pH ~ 1-0 -Thermophiles : développement dans des sources d’eau chaude volcaniques (plus de 100°C) → utiles en recherche médicale, génie génétique Haloferax Methanothrix Sulfolobus : hyperthermophile et acidophile Mer Morte II.A. Procaryotes Eau volcanique19 -2. Domaine des (Eu)Bactéries – Bacteria -La plupart des Procaryotes -Classification morphologique (par rapport à la paroi) : Gram+, Gram-, sans paroi -a. MOLLICUTES : Cellules vivantes les plus petites (0,05-0,5µm Ø ou de long), sans paroi (ne pouvant synthétiser les peptidoglycans), petit génome. Parmi ces Mollicutes: Genre Mycoplasmes : sphériques ou filamenteuses, responsables de maladies (infections génitales, pulmonaires); pas de flagelles, pas de spores, classées parmi les Gram- par certains taxonomistes (ne peuvent prendre la coloration de Gram). Il existe environ 200 Eubactéries Mycoplasma différentes. Parmi celles-ci, cinq sont particulièrement nocives : Mycoplasma pneumonia, Mycoplasma genitalium, Mycoplasma hominis, Mycoplasma urealyticum et Mycoplasma parvum Colonie de Mycoplasmes II.A. Procaryotes 20  -b. Protéobactéries : la majorité des Eubactéries Gram-; variété de formes Bactéries du sol : Pseudomonas : maladies des plantes et de la peau Bactéries entériques : Escherichia coli ou colibacille : bactéries symbiotiques mutuelles/commensales de nos intestins Rickettsies : Eubactéries symbiotiques parasites de Vertébrés, IC obligatoires; intermédiaire entre bactéries et virus; vecteurs = tiques, poux, acariens (maladie = typhus) Rickettsie Pseudomonas E. Coli II.A. Procaryotes 21 -c. Cyanobactéries (Cyanophycées ou ‘algues bleues’) : Eubactéries autotrophes (photosynthèse); faisant partie du phytoplancton mais formant des “fleurs” dans les eaux polluées; Gram- Proliférations appelées ‘Blooms’ dans plans d’eau en période de sécheresse, par un excès de substances nutritives (phosphore) lié à l’activité humaine (eutrophisation), augmentation de la t°, eau peu acide (peu de CO2), stagnation des eaux, … ↓ Formation puis décomposition de matière organique en excès Cyanobactérie ↓ Désoxygénation, formation de ‘dead zones’ et Moyens de protection : disparition d’organismes vivants -Existence d’Amibes prédateurs se nourrissant de Cyanobactéries toxiques -Epuration des eaux plus poussée II.A. Procaryotes 22 Il existe des Cyanobactéries TOXIQUES : produisant des cyanotoxines : -dermatotoxine : irritations de la peau (par contact lors d’une baignade) -neurotoxine : perturbation du transfert de l’information nerveuse entre les nerfs et les muscles → asphyxie, paralysie -hépatotoxine : destruction du cytosquelette des cellules du foie et des vaisseaux sanguins irriguant cet organe → hémorragie du foie, cancer D’où vient la toxicité ? Lyse des bactéries → libération de ces toxines dans l’eau (dangereuses pour l’être humain et les Animaux qui entrent en contact avec ces molécules toxiques) II.A. Procaryotes 23  -d. Spirochètes : -Eubactéries symbiotiques parasites formant de longues cellules spiralées; Gram- -transmises par des tiques -maladies : Syphilis, maladie de Lyme Spirochoètes II.A. Procaryotes 24  -e. Bacilles : Eubactéries solitaires; Gram+ : * Forme allongée : Ex : Bacille de Koch (Tuberculose) ou Mycobacterium Fichier:TB Culture.jpg tuberculosis Actinobactérie bacille Mycobacterium tuberculosis * Forme incurvée; = VIBRION; sécrétion de toxines Fichier:Vibrio cholerae.jpg Ex : Vibrion du choléra Protéobactérie bacille Vibrio cholerae II.A. Procaryotes 25  -f. Coques : Eubactéries de forme ronde, vivant de façon regroupée : *Les Streptocoques (lactobacille) : Gram+, formant une chaîne linéaire (responsable de la scarlatine, méningites, pneumonie, …) – Ex : Pneumocoque ou Streptococcus pneumoniae (pneumonie) *Les Staphylocoques : Gram+, structure en grappe; germes ubiquitaires (sol, eau, air); flore commensale (apport de nourriture) de la peau; infections de la peau par sécrétion de toxines - Ex : Staphylococcus aureus Fichier:Staphylococcus aureus Gram.jpg Fichier:Streptococcus pneumoniae.jpg Streptococcus pneumoniae Staphylococcus aureus II.A. Procaryotes 26 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation : utilité ou non ? II.A. Procaryotes 27  3. Types de bactéries et utilisation : l’espèce humaine dépend étroitement du monde bactérien : 1) Bactéries symbiotiques (commensales, mutuelles) et décomposeuses de la matière organique : →Commensalisme = la bactérie profite, l’animal (la plante) n’en profite pas, n’en souffre pas non plus (bactérie présente à la surface externe de l’organisme vivant) →Mutualisme = Ex : -bactéries et racines de plantes (voir Slide 31) -bactéries produisant la cellulase (digestion de cellulose) dans le tube digestif de ruminants -Flore intestinale (Eubactéries E.Coli) : protection contre des bactéries pathogènes, participation à la transformation d’aliments et médicaments en matière assimilable et en déchets, production de vitamines B12 et K -Vagin (présence de lactobacilles) : création d’un milieu acide protégeant contre les bactéries pathogènes Lactobacille II.A. Procaryotes 28  La relation bactérie – être humain : Une vue au cœur des organes et du microbiote intestinal : Importance de cette relation protégeant contre certaines maladies II.A. Procaryotes 29 https://youtu.be/42UgTEpRIpc 2) Bactéries pathogènes : Développement de maladies : 2 cas possibles : -bactérie symbiote parasite : transmettant une maladie (peste, choléra, syphilis) : bactérie avantagée, l’animal (la plante) infecté en souffre toxique secreté par lorgansime ou toxique -bactérie toxique : libérant des toxines ingérées dans leur structure Production de toxines/poisons : -Exotoxines = protéines secrétées : Ex : Clostridium botulinum (bactérie Gram+) : sécrétion de toxine botulinique → fermentation des aliments mis en conserve de manière inadéquate → botulinisme (paralysie). Applications : → Botox (esthétique): paralysie temporaire des muscles responsables de la formation des rides → traitement du blépharospasme (fermeture forcée des paupières) -Endotoxines = lipopolysaccharides de la membrane externe de la paroi de certaines bactéries Gram-. Libération des toxines à la mort de la cellule (rupture de la paroi; lyse microbienne). Ex : Salmonella (=Protéobactérie) II.A. Procaryotes 30 3) Bactéries symbiotiques fixatrices d’azote : -Aucun organisme vivant n’est capable d’utiliser directement l’azote moléculaire. -Quelques exemples de bactéries de ce type : bactérie du sol  Rhizobium = Protéobactérie fixatrice d’azote, vivant en symbiose sur les racines de légumineuses : conversion de N2 atmosphérique, grâce à la nitrogénase, en NH3 puis en NO2 assimilable par la plante. Fourniture de sucre et nutriments organiques à la plante.  Frankia (Actinomycète) vivant en symbiose avec des arbustes  Anabaena (Cyanobactérie) vivant en symbiose avec des fougères aquatiques Rhizobium sur racines de soja II.A. Procaryotes 31 4) Bactéries auxiliaires industrielles et en recherche fondamentale : -Bactéries fermentantes : production de fromage, alcool (dégradation de polysaccharides) -Bactéries productrices de médicaments (antibiotiques, insuline, hormone de croissance, vitamines, enzymes, …) -Bactéries réalisant la putréfaction : dégradation de composés azotés (protéines, acides nucléiques) -Bactéries réalisant la Bioremédiation : dégradation de matière solide brute dans les eaux usées; dans le sol pour éliminer des polluants; décontamination; production de méthane utilisé comme source d’énergie -Utilisation en biologie cellulaire, moléculaire, génie génétique, médecine, biotechnologie Résultat de recherche d'images pour "génie génétique" II.A. Procaryotes 32  Pourquoi l’utilisation de Procaryotes en génie génétique ? -organisation moins complexe que les Eucaryotes -simplicité des cultures -temps de génération court : obtention de quantité importante de bactéries en peu de temps -possibilité d’intégrer un gène humain dans une bactérie (voir chapitre génie génétique) Résultat de recherche d'images pour "génie génétique" II.A. Procaryotes 33 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation 4. Structure d’une Eubactérie : I. Eléments non généraux : -Flagelles -Pili -Chromatophores -Plasmides II. Eléments généraux II.A. Procaryotes 34 4. Structure d’une Eubactérie II.A. Procaryotes 35  I. Eléments non généraux : (non présents chez toutes les Eubactéries) Figure_27_5 il se fixe au niveau de la membrane -Flagelle : chez certaines bactéries; organite de déplacement (3-12µm long; 10-20nmØ) ; structure simple, fine, rigide, accrochée à la membrane tournant autour d’un axe comme une hélice; sur le pourtour ou à un pôle; ancré dans la paroi; constitué d’une protéine contractile : la flagelline II.A. Procaryotes 36  -Pili (un pilus) : *Structures de fixation (chez certaines Gram-), d’adhérence; expansion tubulaire rigide (7,5- 10nmØ) constituée d’une protéine : la piline *et de conjugaison (recombinaison génétique- échange d’information génétique) : ex : Eubactérie F+ avec plasmide, possédant des pili (voir chapitre génétique Procaryotes) II.A. Procaryotes 37 -Chromatophores : *Présents chez certaines Eubactéries photo/autotrophes (Cyanobactéries); *=Vésicules colorées associées aux membranes; provenant d’invaginations de la membrane; contenant des pigments chlorophylliens et caroténoïdes pour la photosynthèse http://www.ecosociosystemes.fr/cellule_bacterienne.html -Plasmides : différent du chromosome bacterien permet de coder la formation du pili *=Petites molécules d’ADN annulaires bicaténaires extrachromosomiques; *Caractéristiques : réplication indépendante de la réplication de l’ADN bactérien; portant des gènes responsables de la conjugaison bactérienne (fertilité, transfert de gènes) et de la résistance aux antibiotiques → Certains plasmides ont la capacité d’intégration (ou d’excision) dans l’ADN bactérien  plasmide alors appelé = EPISOME II.A. Procaryotes 38 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation 4. Structure d’une bactérie : I. Eléments non généraux : -Flagelles -Pili -Chromatophores -Plasmides II. Eléments généraux : -Hyaloplasme -Ribosomes -ADN -ARN -Membrane plasmique -Paroi -Capsule II.A. Procaryotes 39  II. Eléments généraux : 1) Hyaloplasme : =Cytoplasme de la bactérie : -Substance fondamentale hyaline (substance vitreuse, amorphe, due à la dégradation de collagène), translucide; pas d’organites membranaires -Contenu : riche en petites molécules, ions, ribosomes, protéines enzymatiques et ribonucléides -Pas de cloisonnement de la cellule (pas de ‘compartiments internes’), pas d’organites délimités par des membranes → fonctions de la cellule assurées dans le hyaloplasme et au niveau de la membrane plasmique fortement involute (ex : chaîne respiratoire de la respiration cellulaire) II.A. Procaryotes 40  2) Ribosomes 70S : -Seuls organites de l’Eubactérie, non membranaires -Formés d’une petite et d’une grosse sous-unité → aspect Figure_15_2 granuleux du hyaloplasme (en microscopie électronique), constitués de 60% d’ARN ribosomiaux et de 40% de protéines (codées par l’ADN→ARNm→traduction en protéines®ribosomiales); -Plus petits (~20nm) que les ribosomes des Eucaryotes : évaluation de la taille par la Constante de Sédimentation 70S (30S petite, 50S grande) – S= unité Svedberg (dépendant de la taille, et de la densité du milieu) -Siège de la synthèse des protéines, -Association de ribosomes en courtes chaînes linéaires sur l’ARNm chez les Procaryotes = POLY(RIBO)SOMES (transcription et traduction sont simultanées dans le hyaloplasme II.A. Procaryotes 41 (voir chapitres formation ribosomes et synthèse des protéines) Figure_15_2 Que signifie ‘Constante de sédimentation’ ? Pour une particule ou macromolécule, le coefficient de sédimentation est exprimé habituellement en unités Svedberg (10-13 secondes). Ce coefficient dépend de la vitesse de sédimentation, de l’accélération, densité et viscosité du liquide, masse et forme de la particule. La sédimentation correspond à la chute de particules en suspension dans une solution sous l’effet d’une accélération. L’accélération est provoquée en laboratoire par centrifugation afin de séparer des particules de taille différente ! II.A. Procaryotes 42  3) L’ADN ou chromosome bactérien : -UNE Molécule géante bicaténaire annulaire (L 1mm; 2 nm Ø) non délimitée par une enveloppe nucléaire = formant une région particulière= le corps NUCLEOIDE (ADN) -ADN pelotonné, fortement condensé, surenroulé grâce à des topoisomérases, associé à des protéines non histones ! -Fixé en un point de la membrane plasmique = MESOSOME (=invagination de la membrane) Chromosome étalé de bactérie : 1000x la longueur de la bactérie II.A. Procaryotes 43 4) L’ARN : Les ARNs : différents types : Chez les Procaryotes, on trouve, dans le hyaloplasme, 3 sortes d’ARN : ARN messagers (ARNm) : transport d’un message depuis l’ADN jusqu’aux ribosomes (3-5% ARN total); traduits ensuite en protéines ARN de transfert (ARNt) : transfert d’acides aminés sur ribosomes lors de la lecture de l’ARNm afin de former une protéine (traduction) (10-20% ARN total) ARN ribosomiaux (ARNr) : rôle structural et enzymatique dans les 44 ribosomes (75-85% ARN total)  sujet important fonctionalité souvent abordé dans les guidances et tutorats 5) La membrane plasmique : 5.1. Structure 5.2. Transports transmembranaires 5.3. Autres rôles toujours une question sur les transports des eubactéries ou les eucaryotes  5.1. Structure de la membrane plasmique Toutes les biomembranes délimitant les cellules : édifice de Protéines membranaires et d’une double couche de phospho(glycéro)lipides -Entrée et sortie sélectives de Propriétés de molécules; la membrane est incapable de se chaque partie : déformer pour engloutir des macromolécules ! Intégrité de la structure de la membrane : -Echange d’informations entre la imperméable à la plupart des molécules cellule et son environnement hydrosolubles et à l’eau -Respiration (présence d’enzymes) Procaryotes : hopanoïdes (stérol) 8 nm Microscopie électronique : une couche claire entre 2 couches opaques (7-8 nm épaisseur) II.A. Procaryotes 46 La membrane plasmique : Le modèle de la mosaïque fluide (S. Singer et GJ. Nicolson, 1972) : = Les phophoglycérolipides et les protéines membranaires sont animés de mouvement -la double couche de phosphoglycérolipides : tournent autour de leur axe et changent rapidement de place au sein de la même lame et plus rarement entre les lames (=mouvement de ‘flip-flop’ demandant de l’énergie et l(intervention d’enzymes flippases) -les protéines membranaires : dérivent, se dispersent, se rassemblent dans les phosphoglycérolipides → = système dynamique et fluide permettant des échanges, en mouvement mosaÏque fluide ce qui veut dire que cette membrane bouge II.A. Procaryotes 47 https://quizlet.com/ca/357774151/structure-et-composition-des-bacteries-flash-cards/ I. La bicouche de phosphoglycérolipides : La bicouche de phosphoglycérolipides : Molécules amphiphiles ou amphipathiques, asymétriques installées en deux couches : -les queues apolaires hydrophobes (=acides gras, chaînes aliphatiques, faites de carbones+COOH terminal) se font face; à l’intérieur de la double membrane, se protégeant de l’eau -les extrémités (têtes) polaires hydrophiles : faites de glycérol (CH2OH-CHOH-CH2OH) + phosphate+alcool+composé hydrophile, et faisant face au milieu aqueux (=cytoplasme d’une part et milieu II.A. Procaryotes 49 environnant d’autre part). II. Les protéines membranaires : Catégories de protéines membranaires : -Protéines intrinsèques ou intégrales (transmembranaires) : Traversant toute la bicouche (extrémités exposées aux faces cytoplasmique et extracellulaire); liées aux phosphoglycérolipides; formant éventuellement des pores ou canaux -Protéines extrinsèques ou périphériques : A l’extérieur de la bicouche (à la face cytoplasmique ou à la face extracellulaire); rôles enzymatique, transport, récepteur, adhésion, … II.A. Procaryotes 51 Les grands types/fonctions de protéines membranaires : 3) Récepteurs de surface : 1) Canaux et transporteurs : 2) Enzymes : Protéines réceptrices de Sélection de substances pouvant Fixées à la face interne; messages chimiques à la surface entrer ou sortir réactions enzymatiques (voir chapitre sur la communication cellulaire) X 4) Marqueurs de surface : 6) Protéines de fixation au cytosquelette : Carte d’identité 5) Protéines d’adhérence : Adhérence entre cellules Protéines de liaison entre protéines de surface et (glycoprotéines) à la surface cytosquelette (Eucaryote) externe de la membrane (momentané ou permanent) cellulaire II.A. Procaryotes 52 5.2. Fonction de transports à travers la membrane chez les Procaryotes Vous devez être capable de : Discuter des différents types de transport membranaire De les définir précisément De les illustrer par des exemples spécifiques Question examen: les transports et les dépenses d’energie Le type de déplacement contre ou pas le gradient de concentration Utlisation ou pas d’une protéine II.A. Procaryotes 53  54 Toutes les membranes plasmiques sont semi-perméables : -perméable à l’eau en petite quantité (solvant), aux -Fonction de électrolytes et à des molécules organiques non macromoléculaires, de taille réduite (gaz) : transport par transports à diffusion libre travers la -imperméable aux solutés, à l’eau, aux grosses molécules membrane chez polaires (acides aminés, glucose) et ions (Na+, K+) ou encore nécessitant l’aide d’un complexe de transfert : transport les Procaryotes : facilité (par une protéine) définition : → Rôle important dans la régulation de la teneur en eau et en substances dissoutes dans le cytoplasme et liquides interstitiels  55 a)Les échanges passifs : -Diffusion simple -Osmose (= diffusion facilitée ) attention mot clé a -Les transports proteine -Diffusion facilitée toujours trouver dans une réponse transmembranaires gradient de concentration chez les Procaryotes b)Les échanges actifs : energie et protéine (et Eucaryotes) : -(Pompes à ions : antiport) plus savoir dire les classification : -Cotransport/Symport exemples typiques toutes les deux protéines a) Les échanges passifs : de l’extérieur vers l’interieur et aussi l’inverse -Définition : Echanges qui permettent l’égalisation des concentrations (→ résultat : solutions isotoniques) et charges électriques de part et d’autre de la membrane plasmique -Comment ? Passage, déplacement naturel de molécules ou d’ions du côté/compartiment où leur concentration est la plus élevée (=hypertonique) vers le côté/compartiment où leur concentration est la plus faible (=hypotonique), pour rééquilibrer les concentrations = Déplacement naturel selon un gradient de concentration (compartiment de concentration C1>C2) et sans dépense d’énergie Définitions : a) Les échanges passifs : -Solution hypertonique = solution -Diffusion simple la plus concentrée en solutés -Osmose (= diffusion facilitée) -Diffusion facilitée -Solution hypotonique = solution la moins concentrée en solutés II.A. Procaryotes 56 -Diffusion simple : Transfert naturel, passif (pas de dépense d’énergie, selon le gradient de concentration) de petites molécules liposolubles (O2, CO2), molécules organiques apolaires (stéroïdes), à travers la bicouche de la membrane, non sélectif, du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, dans le but de rééquilibrer les concentrations. Mécanisme plus lent que la diffusion facilitée. Image:Scheme simple diffusion in cell membrane-en.svg Texte structure osmotique donc une milieu equilibré II.A. Procaryotes 57  La diffusion simple en image : https://youtu.be/DgVYgaKIbo8 II.A. Procaryotes 58  59 a)Les échanges passifs : -Diffusion simple -Les transports -Osmose (= diffusion facilitée) transmembranaires -Diffusion facilitée chez les Procaryotes b)Les échanges actifs : (et Eucaryotes) : -(Pompes à ions : antiport) classification : -Cotransport/Symport -Osmose : cas particulier de diffusion facilitée de l’eau ! Les molécules d’eau (=Solvant), très polaires, ne passent pas facilement à travers certaines bicouches (débit limité) → flux d’eau facilité par des canaux spécialisés (protéines intrinsèques) dans le transport de l’eau = aquaporines. →Interaction entre les molécules d’eau et les molécules de solutés (substances dissoutes dans l’eau) → formation d’une coquille d’hydratation autour de molécules de solutés →Notion de molécules d’eau libres (‘seules’) non associées : l’eau libre passe alors du compartiment plus riche en eau libre vers le compartiment moins riche en eau libre ! -Compartiment à forte concentration en solutés = grand nombre de molécules d’eau liées (moins de molécules d’eau libres) -Compartiment à faible concentration en solutés = grand nombre de molécules d’eau libres II.A. Procaryotes 60 -Définition de l’osmose : Transport passif (pas dépense énergie, selon gradient concentration) de molécules d’eau libres ! Diffusion facilitée (grâce aux aquaporines), nette de molécules d’eau du compartiment hypotonique vers le compartiment hypertonique (mouvement d’eau libre du compartiment plus concentré en molécules d’eau libres vers le moins concentré en molécules d’eau libres, et donc du milieu peu concentré en solutés vers le milieu concentré en solutés !) L’eau est quasiment le seul composé diffusant librement à travers cette membrane. http://www.ustboniface.mb.ca II.A. Procaryotes 61  62 a)Les échanges passifs : -Diffusion simple -Les transports -Osmose (= diffusion facilitée) transmembranaires -Diffusion facilitée chez les Procaryotes (et Eucaryotes) : b)Les échanges actifs : -(Pompes à ions : antiport) classification : -Cotransport/Symport -Diffusion facilitée : Diffusion sélective selon un gradient de concentration de petites molécules hydrophiles telle nécessitant -un canal ionique (plusieurs glycoprotéines) : transport spécifique, rapide d’ions Ca2+, Na+, … -ou une glycoprotéine transporteuse (transport moins rapide de molécules plus volumineuses : ions, acides aminés, sucres, glucose, pyruvate) intégrée à la membrane (=perméase – ‘translocase’) : fixation de la molécule à transporter par la protéine transporteuse, changement de conformation, Transport passif mais qui peut être couplé à une consommation d’énergie -Diffusion facilitée : illustration d’une glycoprotéine II.A. Procaryotes 63 -Diffusion facilitée : illustration d’un canal ionique Ions 64 La diffusion facilitée via un canal en image : suit le gradient de concent ration https://www.youtube.com/watch?v=bIECL-mVsLM II.A. Procaryotes 65 La diffusion facilitée via un transporteur (perméase) en image : mouvement alostérique https://www.youtube.com/watch?v=6zuMU38z58k II.A. Procaryotes 66  67 a)Les échanges passifs : -Diffusion simple -Les transports -Osmose (= diffusion facilitée) transmembranaires -Diffusion facilitée chez les Procaryotes (et Eucaryotes) : b)Les échanges actifs : -(Pompes à ions : antiport) classification : -Cotransport/Symport b) Les échanges actifs : Définition : Transport d’une molécule contre son gradient de concentration ou électrochimique avec dépense/consommation d’énergie sous forme d’ATP (adénosine triphosphate) via une protéine transporteuse (=perméase) -Les pompes membranaires à ions = protéine membranaire perméase : -Ex : la pompe Na+/K+ (antiport = transport de 2 molécules dans des directions opposées; transport actif 1aire par utilisation (hydrolyse) pas directe d’une source d’énergie = l’ATP.present chez les bacteries, champignons, que present chez les eucaryotes Toutes les cellules vivent dans un milieu dont la composition en électrolytes diffère de celle du cytoplasme des cellules (ex : cellules animales, nerveuses) NB : !! Pompe Na+/K+ absente chez les cellules végétales, mycètes, bactéries !! II.A. Procaryotes 68  1) 2) I. Description de l’état normal : Na+ élevée à l’extérieur; K+ élevée à l’intérieur de la cellule → diffusion facilitée d’ions vers le milieu moins concentré; Na+ diffuse vers l’intérieur; K+ diffuse vers l’extérieur ! II. Intervention de la pompe: 1)Intervention de la POMPE : Affinité élevée depuis le milieu interne pour Na+; 3 ions Na+ captés et relargués dans le milieu extracellulaire (par phosphorylation par ATP (→ADP) et changement de conformation) 2)D’où haute affinité depuis le milieu externe pour K+; 2 ions K+ captés et relargués dans le milieu intracellulaire (par déphosphorylation de la protéine : ADP→ATP) II.A. Procaryotes 69  -Illustration de quelques transports membranaires : simple, facilité (transporteur, canal), actif https://youtu.be/IHxl26Z9ku0  71 a)Les échanges passifs : -Diffusion simple -Les transports -Osmose (= diffusion facilitée) transmembranaires -Diffusion facilitée chez les Procaryotes (et Eucaryotes) : b)Les échanges actifs : -(Pompes à ions : antiport) classification : -Cotransport/Symport -Le cotransport ou transport couplé ou couplage : Utilisation de l’énergie produite par des gradients électrochimiques de concentration pour le transport d’autres molécules contre leur gradient de concentration; transport actif secondaire (utilisation indirecte d’ATP) Ex : le transport ACTIF de glucose à l’intérieur de la cellule : Besoin d’énergie car -grande molécule ne pouvant entrer spontanément dans la cellule -concentration en glucose souvent plus élevée à l’intérieur (ex : cellules épithéliales de l’intestin) : mouvement de l’extérieur vers l’intérieur (vers le plus concentré) Utilisation du gradient de Na+ comme source d’énergie : →Transport passif du Na+ suivant son gradient et capture de l’énergie →Fixation du glucose et Na+ à la protéine de transport =Transporteur de type symport = déplacement de 2 molécules dans la même II.A. Procaryotes 72 direction 5.3. Autre fonction de la membrane plasmique : Siège de la respiration : www.ecosociosystemes.fr Pas de mitochondries (=organite de la respiration cellulaire chez les Eucaryotes) chez les Procaryotes → autres structures impliquées dans la respiration : tout se passe dans le hyaloplasme preuve en plus pour l’origne de la mitochondrie -Bactéries aérobies (présence d’oxygène) : dans la membrane plasmique, présence d’enzymes permettant les réactions de phosphorylations oxydatives -Bactéries GRAM+ : au niveau des mésosomes, présence d’enzymes respiratoires II.A. Procaryotes 73 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation 4. Structure d’une bactérie : I. Eléments non généraux : -Flagelles -Pili -Chromatophores -Plasmides II. Eléments généraux : -Hyaloplasme -Ribosomes -ADN -ARN -Membrane plasmique -Paroi -Capsule II.A. Procaryotes 74 6) La paroi bactérienne : 6.1. Rôles La paroi se trouve au-delà de la membrane : -Maintien de la forme : sphérique ou ovoïde (coque), bâtonnet (bacille), allongée et en hélice (spirale-spirille); mais la paroi peut toutefois s’étendre pour permettre la croissance -Protection contre l’action d’agents externes -Rigidité → conférant une résistance aux chocs osmotiques Bacille Spirille Coque II.A. Procaryotes 75 6.2. Composition de la paroi : =Peptidoglycanes ou muréine (=mucopeptide) : -réseau en 3D de chaînes de polysaccharides NAM-NAG reliées par des liens osidiques. une reseau tridimensionel -Les NAM sont également attachés à des liens peptidiques (chaînes d’acides aminés) entre les acides aminés et les -Des liaisons glycines entre deux acides aminés sucres Polysaccharides : polymères de sucres aminés : -NAM = acide N-acétylmuramique -NAG = la N-acétylglucosamine II.A. Procaryotes 76 6.3. Fonctions chimiques détaillées de la paroi : NAM NAG Glucose Glucose (sucre à 6C) (sucre à 6C) Fonction Groupe Groupe acide amine amine Groupe Groupe acétyl acétyl Queue d’acides aminés II.A. Procaryotes 77 6.4. La paroi : Notion de Bactéries GRAM+ / Gram- : Bactéries répertoriées en fonction de leur affinité pour le réactif de Gram : Microbiologiste danois Hans Christian Joachim GRAM, 1884 protéine toxique quand la cellule se desagrege et les libere sa toxicité II.A. Procaryotes membrane externe fait de 78 lipopolysaccharides -GRAM+ : paroi épaisse de réseau de peptidoglycanes; réseau contenant de l’acide lipotéichoïque et téichoïque faisant saillie à la surface de la cellule → coloration pourpre (Principe : coloration rouge de fond + violet → résultat : fixation du colorant crystal violet dans membrane + paroi, après lavage à l’alcool) – Ex : Staphylocoques -Gram- (bactéries plus communes) : mince couche de peptidoglycanes + espace périplasmique (contenant des enzymes) + membrane externe (lipopolysaccharides; résistance aux antibiotiques) → Principe : coloration rouge de fond + violet → résultat : coloration rouge, rose foncé (safranine, colorant de fond); car perte du colorant violet, après lavage à l’alcool le colorant va s’installé dans la membrane et puis quand on nettoie a l’alcool le colorant est piége au niveau de la membrane le gram moins n’est pas capble de retenir le colorant violet mais le rouge lui reste II.A. Procaryotes 79 II.A. Procaryotes 80 6.5. Destruction de la paroi des GRAM+ : -Pénicilline, vancomycine, céphalosporine : antibiotiques interférant avec les liens entre les polysaccharides et les liens peptidiques lié au NAM et NAG ENTRE LES NAM ET NAM ET ENTRE LES ACIDES AMINéS -Lysozyme : enzyme (larmes, salive, …) : anti-bactérien (bactéricide) hydrolysant les liens entre NAM et NAG lien osidique II.A. Procaryotes 81 Partie II – La Biologie cellulaire II. A. – Les Procaryotes 1. Introduction 2. Classification des Procaryotes 3. Types de bactéries et utilisation 4. Structure d’une bactérie : I. Eléments non généraux : -Flagelles -Pili -Chromatophores -Plasmides II. Eléments généraux : -Hyaloplasme -Ribosomes -ADN -ARN -Membrane plasmique -Paroi -Capsule II.A. Procaryotes 82 7) La capsule ou glycocalyx : 7.1. Composition de la capsule : Chez la plupart des Eubactéries, on peut avoir une enveloppe muqueuse supplémentaire, gélatineuse, à l’extérieur de la paroi formée de : -carbohydrates (=dextrane) -acides organiques (=acide hyaluronique) -protéines riches en acide glutamique (=acide aminé) www.ecosociosystemes.fr/ II.A. Procaryotes 83 7.2. Rôles de la capsule : Adhérence -à toute surface apte à supporter la croissance des Eubactéries : dents, peau, aliments, rochers, … -à des cellules Eucaryotes : Streptococcus pulmoniae = Eubactéries pathogènes; capsule fixant les bactéries aux cellules pulmonaires et protégeant les bactéries de la phagocytose de macrophages (d’où stimulation de la maladie; non reconnaissance par le système immunitaire) -à d’autres Eubactéries : fusion des capsules. Ex : plaque dentaire film dentaire -pour échapper à l’action du système immunitaire II.A. Procaryotes 84