Structures et Fonctions de la
Cellule Procaryote

  1. La membrane plasmique
    1. La mise en évidence
      1. Plasmolyse en milieu hypertonique
      2. Centrifugation différentielle
      3. Microscopie électronique
    2. Compositions
      1. Lipides : 30 à 40 %
      2. Protéines : 60 à 80 %
    3. Structure
      1. Architecture moléculaire de base
        1. Phospholipides organisés en double feuillet
        2. Perpétuel mouvement
          1. Diffusion latérale fréquente
          2. Flip flop rare
        3. Structure asymétrique
      2. Les protéines
        1. Protéines extrinsèques (périphériques) : sur l’une des deux faces mais pas de partie dans la zone hydrophobe
        2. Protéines intrinsèques (intégrées) : enchâssées dans la double couche par une partie hydrophobe, la partie hydrophile de la protéine émergeant
    4. Fonctions
      1. Métabolisme respiratoire
        1. Nécessite des enzymes
          1. Déshydrogénases
          2. Coenzymes, NAD et FAD
        2. Métabolisme microbien
      2. Le transfert des substances : aussi détaillé dans "organisation et fonctions des membranes eucaryotes"
        1. La diffusion simple
          1. Loi de Fick :
          2. La vitesse de pénétration d’une substance diffusible dépend du gradient de concentration entre le milieu extracellulaire et intercellulaire
        2. La diffusion facilitée
          1. Elle nécessite des transporteurs spécifiques dans la membrane : des perméases ou des translocases
          2. Ce transport s’effectue avec le gradient de concentration : accélération du transport avec saturation pour des concentrations élevées
        3. Le transport actif
          1. Permet à un soluté d’entrer dans la cellule contre le gradient de concentration, donc nécessite de l’énergie. Il requiert des protéines de transport.
          2. Transporteurs protéiniques
            • Certaines substances nutritives : acides aminés,
            • Enzymes : b-galactosidase et sa perméase
          3. Apport d’énergie
            • Hydrolyse de l’ATP : ATP à ADP + Pi + e
            • Flux ioniques (ex : flux de protons à force proton – motrice, système symport)
          4. Translocation de groupe
            • La molécule transférée dans la cellule est modifiée chimiquement
            • Ex : système phosphotransphérase des sucres PTS
            • Schéma
  2. La paroi bactérienne
    1. Mise en évidence
      1. Observations
        1. Bactéries Gram + : couche unique d’opacité homogène
        2. Bactéries Gram - : système plus complexe
        3. Archéobactéries : variable
      2. Isolement de la paroi
        1. Désintégration des bactéries
          1. Ultrasons
          2. Congélations / décongélations successives
          3. Enzymes
        2. Centrifugation différentielle
    2. Composition chimique
    Constituants Bactérie Gram + Bactérie Gram –
    Osamines N-AcétylGlucosamine (NAG) N-AcétylMuranique (NAM)
    Proportion : ++ Proportion : +
    Acides aminés D-Ala
    acide D-Glu
    L-Lys

    Acide diaminopimélique

    Proportion : 24 à 35 %

    		 D-Ala
    acide D-Glu
    L-Lys et +

    Acide diaminopimélique

    Proportion : 50 %
    Oses simples Pentoses

    Hexose : Glc ; Man ; Gal ; Fuc

    Proportion : 20 à 60 %
    Acides techoïques +++

    Polymère de Glc-P et Rib-P par liaison diester

    		 -
    Lipides
    Proportion : 1 à 2 % Proportion : 10 à 22 %
    1. Structure et fonction
    Constituant Structure Fonction
    Peptidoglycane Composé macromoléculaire fondamental commun au Gram + et aux Gram –

    Elle forme un réseau qui emprisonne la cellule d’une manière rigide

    		 Formation de protoplastes et sphéroplastes
    Gram + Gram -
    = Glycopeptide parentéral
    = Mucopeptide
    = Mucocomplexe
    = Muréine    		 Dans l’eau + lysozyme à lyse cellulaire

    Milieu hypertonique à protoplastes (pas d’antigène spécifique du site bactériophage ; incapables de se divise ni de réverser)

    		 Dans l’eau + lysozyme à lyse cellulaire

    Milieu hypertonique à sphéroplastes (prolifèrent et réversent)
    Il existe de nombreux constituants à côté du peptidoglycane non attaqués par le lysozyme
    Gram + Gram - Archéobactéries Action de la pénicilline
    Composé complexe majeur Quantitativement mineur Différents types Gram + Gram -
    Proliférantes + pénicilline à lyse cellulaire

    Non proliférantes + pénicilline + lavage + repiquage à développement

    		 La pénicilline est un antibiotique qui inhibe la synthèse de la paroi et agit dans l’interzone entre les tétrapeptides
    Pas de rôle physiologique, rôle de protection
    Les constituants associés au peptidoglycane chez les Gram +    
    Acides téchoIques Jamais en quantité importante

    Reliés à la membrane plasmique à des glycolipides par des liaisons diester

    		 * Assurent une liaison entre la membrane plasmique et le peptidoglycane
    * Rôle antigénique chez Staphylocooccus
    * Fixation des cations divalents
    Autres constituants antigéniques Protéine M chez les staphylocoques (70 types) * Facteur pathogène
    * Attachement des bactéries à la surface des muqueuses respiratoires
    * Résistance à la phagocytose
      Antigène O (16 groupes sérotypiques)  
    Les constituants associés au peptidoglycane chez les Gram -    
    Phospholipides Mosaïque fluide enchassée dans la matrice de protéines, organisées en trimères = porines Transport spécifique de molécules polaires (maltose)

    Lient la membrane externe au peptidoglycane

    Contribuent à la stabilité mécanique
    LipoPolySaccharides LPS Une chaîne latérale O de tri, tétra et pentasaccharides

    Cœur oligosaccharidique = Core (spécificité par le KDO)

    Lipide A (glycérophospholipide)

    		 Mêmes réactions quelque soit l’espèce à propriétés somatiques de l’antigène O (rôle pathogène) : 2000 sérotypes connus

    Spécificité en fonction :
    * du sucre à B-O4 : abéquose ; D-O9 : tyvelose
    * de la nature de la liaison à déterminisme chromosomique, conversion bactériophagique (lysogénie)
  3. Le cytoplasme
    1. Généralités
      1. Définition
        1. Gel colloïdal de pH 7,2 contenant de nombreux ions et de nombreux composés organiques
      2. Constitution
        1. Chez les procaryotes, il n’existe pas de compartimentation (pas d’ergastoplasme) ni d’organites
        2. Il n’existe pas de véritable noyau mais une région nucléaire = nucléoïde sans membrane nucléaire
        3. Certaines substances de réserve peuvent former des granulations visibles au microscope optique (ex : soufre)
    2. Les ribosomes

      1. Granulations = ribosomes
      2. Environ 70 000 / cellule
      3. Diamètre : 20 nm
      4. Sphérique
      5. Constitué de 63 % ARN et 37 % protéines
    3. Les inclusions cytoplasmiques
      1. Généralités
        1. Les bactéries accumulent de la matière organique ou non constituant généralement des réserves d’énergie
        2. Quand elles sont en quantité suffisamment importante, on observe des granulations
      2. Exemples
        1. Organiques : glycogène
        2. Inorganiques
          1. Poly-b-hydroxybutyrate chez les peudomonas, bactéries pourpres
          2. Phosphatases : granulations métachromatiques
        3. Métalliques
          1. Soufre : bactéries sulfo oxydantes (H2S)
          2. Fer : bactéries féro oxydantes (Fe(OH)3)
  4. Le corps nucléaire (nucléoïde bactérien)
    1. Mise en évidence
      1. Réactions cytochromiques :(ex : réactif de Schiff)
      2. Microscopie électronique
      3. Morphologie variable selon les espèces
    2. Composition chimique
    Structure primaire Structure secondaire Structure supramoléculaire : le chromosome bactérien
    Phosphate + désoxyribose + base azotée (purique / pyrimidique)

    Liaisons par ponts phosphodiester en 3’-5’

    Chaîne antiparallèle polaire
    (5’P ; 3’(OH) complémentaires

    Molécule chargée négativement

    Pas d’histones

    		 Modèle en double hélice : deux chaînes polyhécoïdiques

    Bases azotées à l’intérieur liées par ponts hydrogène

    Appariement A T et C G

    Coefficient de Chargaff :

    		Un seul chromosome circulaire, double chaîne d’ADN

    Fermé par une double liaison covalente

    Pas de membrane limitant

    Surenroulement : l’axe de la double hélice peut s’enrouler sur lui-même en formant une super hélice à plus compacte
    1. Réplication de l’ADN
      1. Structure
        1. Parfaitement adaptée à l’auto reproduction : chaînes complémentaires (appariement)
        2. On lit donc la séquence sur la matrice
      2. Mode de réplication
        1. Suivi de la distribution de 14NH4Cl dans les réplications successives d’ADN
        2. Centrifugation en gradient de densité
        3. Résultat
      3. Réplication du chromosome
        1. Initiation
        2. Formation d’une fourche de réplication
        3. Progression de la réplication
        4. Réplication bidirectionnelle
      4. Rôles de l’ADN
        1. Fonctions
        Information Transcription Traduction
        Support de l’information génétique

        Déterminée par la séquence des bases

        Chaque étape nécessite des catalyseurs

        Existence de gènes de structure

        		 Les informations du brun codant sont copiées sur l’ARNm (info monocaténaire)

        Grâce à des enzymes : ARN polymérases

        		 Etape de synthèse de la protéine (expression du gène)

        L’ensemble des caractères exprimés est appelé phénotype, l’ensemble du génome, génotype

        Les gènes de structure sont sous la dépendance de mécanismes de contrôle
        1. Mécanismes de réplication
          1. Opérons : ensemble de gènes
            • De structure
            • Promoteur : mise en route de la transcription
            • Gène opérateur : contrôle la transcription
            • Gène régulateur : répresseur de la transcription
        2. Phénomène de mutation
          1. Délétion
          2. Insertion
          3. Notion de plasmide : de nombreuses bactéries contiennent à côté du chromosome dans leur cytoplasme, les plasmides = petites molécules d’ADN qui peuvent se répliquer indépendamment du chromosome, transmissibles à la dépendance
  5. Eléments facultatifs des cellules bactériennes
    1. Définition
      1. Il existe des formes de résistance à des conditions favorables, conditions que ne pourraient pas supporter les formes végétatives correspondantes
      2. Ex. de conditions : température, pression, pH,
    2. Espèces bactériennes sporogènes
      1. Capables de former des spores
      2. Bactéries bacilles Gram +
        1. Bacillus : aérobie anaérobie facultative
        2. Clostridium : anaérobie stricte
    3. Sporulation
      1. Ensemble d’évènements cytologiques et biochimiques qui aboutissent à la formation d’une spore
      2. La spore est ensuite libérée par lyse de la cellule
      3. Elle survient lorsque la croissance n’est plus possible ou lorsque les conditions ne sont plus favorables
    4. Germination
      1. C’est le phénomène inverse de la sporulation : ensemble des évènements qui permettent à une spore de retourner à l’état de cellule végétative dans des conditions physico-chimiques et nutritives favorables
      2. Puis les divisions cellulaires recommencent
    5. Etude de la spore
      1. Mise en évidence
        1. Microscopie optique
          1. Pas colorable au Gram
          2. Masse brillante à l’état frais
          3. Coloration et chauffage au vert malachite et fuschine
        2. Microscopie électronique
          1. Structure complexe
      2. Structure
      3. Etapes de la sporulation
        1. Stade 1 : dernière duplication du matériel génétique
        2. Stade 2 : formation d’un septum de sporulation
        3. Stade 3 : formation d’un prespore (la sporulation est alors irréversible)
        4. Stade 4 : maturation de la paroi
        5. Stade 5 : maturation du cortex
        6. Stade 6 : maturation des tuniques
        7. Stade 7 : lyse de la cellule et libération d’une nouvelle cellule végétative (= sporange)
      4. Propriétés des spores
        1. Résistances à divers agents
          1. Physiques : UV, rayons X, température :
            thermorésistance 10 min à 70 °C
          2. Chimiques : solvants, antiseptiques, antibiotiques,
        2. Modifications biochimiques à l’origine de ces propriétés
          1. Imperméabilité de la spore due aux tuniques (protéines riches en kératine et ponts disulfure)
          2. Etat déshydraté à l’intérieur des constituants cytoplasmiques à résistance à la dénaturation des protéines
          3. Acide dipicolinique de calcium
          4. Peptidoglycane inhabituel dans le cortex
      5. Importance des bactéries sporulées
        1. Du fait de leur thermorésistance, les germes sporulés posent des problèmes difficiles dans tous les domaines où intervient la stérilisation
        2. Les contaminations par les clostridiums sont souvent redoutables parce qu’ils produisent des toxines
        3. Il s’agit de synthétiser des antibiotiques et des protéines insecticides contres les germes sporulés
      6. Les flagelles ou cils bactériens
        1. Mise en évidence
          1. Flagelles tenus en microscopie optique
          2. Les organismes flagellaires sont sinueux, plus longs que la bactérie (6 à 20 µm, 12 nm d’épaisseur)
        2. Structure
          1. Chînes polypeptidiques parallèles ou enroulées en hélice autour de l’axe de la flagelle
          2. Protéine majeure : flagelline
          3. Point d’insertion cytoplasmique (protoplastes ciliés)
        3. Fonctions
          1. Mobilité
            1. Exaltée dans les milieux liquides
            2. Mise en évidence sur géloses molles par ensemencement par piqûre centrale
            3. Rotation initiée à partir du granule basal dans un sens ou dans l’autre
            4. Direction déterminée par chimiotactisme
          2. Propriétés antigéniques
            1. Agglutination floconneuse avec les anticorps spécifiques
            2. Caractérisation immunologique
              • Antigène O à groupe
              • Antigène H à sérotype

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