Cours 3 Composition des bactéries PDF

3. Composition des bactéries Paroi Membrane cytoplasmique Structure: Les membranes Le cytoplasme Nucléoïde Ribosomes Inclusions La paroi Nucléoïde Glycocalyx Les pili et fimbriae Les flagell...

3. Composition des bactéries Paroi Membrane cytoplasmique Structure: Les membranes Le cytoplasme Nucléoïde Ribosomes Inclusions La paroi Nucléoïde Glycocalyx Les pili et fimbriae Les flagelles Les spores 1 Flagelle (ADN) Prescott Figure 3.6  3. Structures de la cellule bactérienne 3.1 Structures internes – Membrane cytoplasmique – Cytoplasme Ribosome, nucléoïde, inclusion 3.2 La paroi 3.3 Structures externes et endospores 2  La membrane cytoplasmique Description: Fine structure essentielle à la survie qui entoure la cellule Composition: (moisaïque fluide) - Bicouche de phospholipides - Hopanoïdes (stabilité de la membrane) (Absence de cholestérol) - Oligosaccharides; glycolipides - Protéines membranaires Hopanoïde 3 Prescott Figure 3.7 Fonctions de la membrane cytoplasmique - Limite le cytoplasme et le protège - Barrière de perméabilité sélective (Entée des éléments nutritifs et sortie des déchets) - Ancrage de protéines pour le transport et le métabolisme: respiration, photosynthèse, synthèse de lipides, constituants de la paroi, énergie (chaîne de transport des électrons, FPM). Détection de signaux (chimiotactisme) Brock 4 Membrane: Bicouche de phospholipides -Extrémité polaire et hydrophile: Interagit avec l’eau -Extrémité non polaire et hydrophobe Insoluble dans l’eau Acide gras Cible de certains antibiotiques = fuites 5  Protéines membranaires - Protéine périphérique: faiblement associée à la membrane - Protéine intrinsèque: fortement associée à la membrane, insoluble. Des glucides peuvent s’y Protéine périphérique attachés à l’extérieur. Fonction: transport, sécrétion, transfert d’électron … 6  Le cytoplasme Eau, ribosomes, nucléoïde et corps d’inclusion, Ribosomes inclusion nucléoïde 7  Le nucléoïde: Repliement du chromosome - Région dense et irrégulière qui contient le matériel génétique L’ADN ( 1 chromosome circulaire; plasmide) et l’ARN E. coli: bâtonnet ~1-4 um de long son - - ADN ~ 1400 um Dimensions: 1cm = 1 mm (grossissement ~10 000X) 8 (Becker, The world of the cell, 3ième Ed, p432) - Compaction d’environ 500 X  Les ribosomes Ribosomes: site de la synthèse protéique -10 000 ribosomes ou plus par cellule Élément complexe (ARN et protéines) Cible de plusieurs antibiotiques 9  Inclusions cytoplasmiques Granules composées de matières organiques ou inorganiques (réserves) Visible au microscope optique et/ou électronique * Peuvent être entourées ou non d’une membrane (un seul feuillet) Cause : Éléments nutritifs en excès Exemples: - Glycogène (polymère de glucose) : source de carbone et d’énergie - Polyhydroxybutyrate (PHB) : réserve de carbone et d’énergie (lipide) - Vacuoles gazeuses : bactéries aquatiques, permet de flotter -Réserve de phosphate : granules de volutine ou polyphosphate (ATP) - Réserve de soufre : donneur d’électrons (H2S) pour les bactéries photosynthétiques pourpres - Inclusion de fer (magnétite): Permet à certaines bactéries de s’orienter avec le champs magnétique (magnétosome) www.asthec.org 10  Résumé Structure – La membrane cytoplasmique Rôles et fonctions Composition – Phospholipides, protéines – Le cytoplasme Nucléoïde Ribosomes Inclusions 11  3. Structure de la cellule bactérienne 3.1 Structure interne – Membrane cytoplasmique – Cytoplasme Ribosome, nucléoïde, inclusion 3.2 La paroi 3.3 Structure externe et endospores 12  La paroi des bactéries Définition : Structure solide à l’extérieur de la membrane cytoplasmique Fonctions : - Protection contre la lyse osmotique - Morphologie bactérienne - Essentielle - Cible de plusieurs antibiotiques * Chez la grande majorité des procaryotes Paroi Membrane cytoplasmique Nucléoïde 13 Flagelle (ADN)  Composition de la paroi des bactéries Peptidoglycane (muréine): polymère de glucides ramifiés reliés par de courts peptides -Glucides (polysaccharide): NAM= acide N-Acétylmuramique (unique) NAM NAG= acide N-Acétylglucosamine NAG -Peptides (acide aminé): D-alanine, L-alanine, acide D-glutamique, acide diaminopimélique (analogue de la lysine) L-lysine Fig.1 Fig. 2 14 Prescott Figure 3.11  Altération de la paroi Lysosyme: Présent dans les larmes et la salive - Hydrolyse (coupe) la liaison (lien glycosidique) qui unit le N-acétylmuramique (NAM) au N-acétylglucosamine (NAG) Pénicilline: -Antibiotique: Empêche la formation des ponts peptidiques -Bactéries seules à posséder peptidoglycane, donc seules affectées -Gram- plus résistantes car membrane externe protège Site d’action de la pénicilline X 15 Site d’action du lysosyme  Les pontages du peptidoglycane Pontage: directe ou indirecte Pontage A) Gram négative direct Pont de pentaglycine B) Gram positive Prescott, 16  Gram+ et Gram- Les parois des bactéries Gram+ et Gram - se distinguent surtout par le type de pontage et la quantité de peptidoglycane B) A) Prescott 17  Paroi des bactéries Gram+ 2) 1) 3) Caractéristiques 1) Couche importante de peptidoglycane 2) Présence d’acides téichoïques et lipotéichoïques 3) Périplasme peu abondant ou inexistant 18 Prescott Figure 3.17  Paroi des bactéries Gram- 1 2 3 Brock, 2007 19  Fonction de la membrane externe - Chargée négativement - Entrée/sortie - Protection - Rétention d’enzymes au niveau du périplasme 20  Coloration de Gram Mis au point par Hans Christian Gram (1884) Coloration différentielle: Technique permettant de différencier les 2 types de paroi bactérienne (Gram + et Gram-) e e nut nut ec. ute i i in m m 5s m et 1 )1 0- 1 l de 1 e1 vio (Io ool ni n al ol c r a i st g Al Sa f Cr Lu Inspiré de Prescott, 2002 TP séance 2 21  Effet de la coloration de Gram Bactérie Gram- Bactérie Gram+ Coloration de Gram 22  Résumé – La paroi Fonction Peptidoglycane (composition) – Gram+ Couche épaisse de peptidoglycanes Ac. téchoïque et lipotéchoïque Elle se colore en violet – Gram- Mince couche de peptidoglycanes Membrane externe – LPS, protéines, phospholipides Vaste espace périplasmique Se colore en rose 23  Composantes externes à la paroi Paroi Membrane cytoplasmique LPS Endospores Nucléoïde Flagelle (ADN) 24  Lipopolysaccharide (LPS) Composition 1) Lipide A (enfoui dans le feuillet 3 externe). Souvent toxique faisant du LPS une endotoxine (cause de la fièvre). Stabilise la membrane 2) Polysaccharide central (charge négative) composé de KDO et de 2 glucides 3) Chaîne latérale O ou antigène O (polysaccharides très variables) 1 Prescott, 2002, 25  Le Glycocalyx Couche de polysaccharides entourant la paroi bactérienne Fonctions: -Adhérence (biofilm) -Protection contre les bactériophages et le système immunitaire (phagocytose) -Protection contre la déshydratation Prescott A) La capsule - Structure bien organisée qui s’enlève difficilement B) La couche mucoïde (slime) -Structure diffuse non-organisée qui s’enlève facilement La couche S www.textbookofbacteriology.net Couche de protéines et glycoprotéines -Protège, rigidité, adhérence 26  Les pili et les fimbriae Fimbriae (~1000/cellule) - Structures filamenteuses minces à la surface cellulaire qui ne sont visible qu’au microscope électronique - Composés de protéines disposées en forme d’hélice (environ 3 à 10 nm de diamètre et plusieurs um de long) - Fonctions: Adhérence, biofilms, facteurs de virulence Pili (1-10/cellule) - Structure similaire aux fimbriae, mais un peu plus épaisse (~10 nm diamètre) - Fonctions: Conjugaison (sexuel); Mobilité (pili de type IV) Fimbriae Pilus de conjugaison 27 Prescott, 2002,  Les flagelles - Appendices locomoteurs s’étendant à l’extérieur de la membrane cytoplasmique et de la paroi cellulaire - Ils mesurent de 15 à 20 um de long et ont 20 nm de diamètre - Présents chez environ 50% des procaryotes Monotriche: Un seul flagelle à une extrémité (polaire) Lophotriche: Touffe de flagelles à une extrémité Amphitriche: Un flagelle à chaque extrémité Péritriche: Flagelles distribués sur toute la surface 28 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Flagella.png Prescott, 2010  Ultrastructure du flagelle Un flagelle est formé de trois éléments : Filament, crochet et corps basal 1) Filament Partie la plus longue qui émane de la surface de la cellule Cylindre creux (non flexible) formé de flagellines Forme d’hélice pouvant se régénérer 2) Crochet Segment court et courbe qui unit le filament au corps basal 1) Plus large que le flagelle 3) Corps basal (très 2) complexe) C’est le moteur fournissant l’énergie nécessaire à la rotation du flagelle Enfoui dans la cellule (paroi et membrane) Différente selon Gram+ ou Gram- Gram+ Gram- 29 Prescott, 2010,  Elongation du flagelle Vitesse absolue : ~100 um/s Vitesse relative : Une bactérie de 2 um parcours ~50 fois sa longueur en 1 seconde ! 30  Le chimiotactisme bactérien Culbute Course Absence de substance attractive Faible concentration Forte concentration Présence de substances attractives (gradient) Chimiotactisme positif Chimiotactisme négatif Prescott, 2010 31  Endospore bactérienne Définition : Organite facultatif qui se forme au sein du cytoplasme de certaine espèces de bactéries au moment de stress. L’endospore diffère de la cellule végétative par sa forme, sa structure, son équipement enzymatique et par sa résistance. *La sporulation est le phénomène de différenciation qui conduit de la forme végétative à l’endospore. La cellule mère restante est appelée sporange. Caractéristiques des endospores : - Résistance à la chaleur, sécheresse, U.V. et désinfectants chimiques - Certaines endospores sont restées viables pendant plus de 100 000 ans ! - Composées d’acide dipicolinique complexé au Ca++(15% du poids sec) - Petites protéines acido-solubles (SASP) liées à l’ADN Types d’endospores - Centrale (a) - Subterminale (b) - Terminale (c) - Sporange gonflé (d) 32 Prescott, 2002,  Structure de l’endospore Exosporium (EX): - Enveloppe mince et délicate Tunique (SC): - Plusieurs couches protéiques assez épaisse - Imperméabilité (toxines et produits chimiques) Cortex (CX): - Occupe plus de la moitié du volume de la spore - Constitué de peptidoglycane - La paroi de la spore (CW) est dans le cortex Protoplaste: - Nucléoïde (N) et ribosomes cytoplasmiques (CR) - Métaboliquement inerte Prescott, 2002, 33 Sporulation Environ 10 heures chez Bacillus Complexe: 7 phases I) Formation d’un filament axial du VII) Lyse de la sporange matériel nucléaire VI) Endospore II) Invagination de la membrane arrive à (séparation de l’ADN) maturité V) Formation de la tunique (protéines) III) La membrane entoure la préspore (doubl IV) Formation du cortex, accumulation d’ac. dipicolinique et de calcium 34 Prescott 2010,  Germination Lorsque les conditions deviennent favorables, l’endospore peut germer et donner naissance à une cellule active I. Activation (étape réversible) II. Germination (gonflement, rupture de la tunique, perte de résistance) III. Croissance (émergence, synthèse de nouveaux composés = bactérie active) 35 Prescott  Résumé Structures Externe: – Les pili et fimbriae Adhésion, conjugaison – Les flagelles mobilité Interne – Les endospores Survie Sporulation – Germination 36