Fiche de révision : Structure des cellules bactériennes

📋 Plan du Cours

1. Diversité et morphologie bactériennes
2. Organisation générale de la cellule
3. Cytosquelette et réserves cellulaires
4. Ribosomes, nucléoïde et plasmides
5. Spores et résistance environnementale
6. Membrane et signalisation bactériennes
7. Paroi et coloration de Gram
8. Protection osmotique et antigènes
9. Périplasme et composants externes
10. Vésicules membranaires bactériennes

📖 1. Diversité et morphologie bactériennes

★ À maîtriser

📌 Les bactéries sont des procaryotes, tandis que les archées et les eucaryotes constituent d’autres groupes cellulaires ; les bactéries possèdent du peptidoglycane, contrairement aux archées.

• Le diamètre moyen d’une bactérie est de 1 à 2 μm.

Compléments

• Escherichia coli mesure environ 4 μm de long et 2 μm de diamètre.

• Les formes et exemples bactériens cités comprennent : les vibrions, illustrés par Vibrio cholerae, les staphylocoques, illustrés par Staphylococcus aureus, les streptocoques, illustrés par Streptococcus thermophilus, les bâtonnets, illustrés par Listeria monocytogenes

📖 2. Organisation générale de la cellule

★ À maîtriser

• Les éléments constants de la cellule bactérienne sont le cytoplasme, la membrane cytoplasmique et la paroi cellulaire ; le flagelle est un élément inconstant.

📌 Les bactéries ne possèdent ni noyau ni organites séparés du cytoplasme par une membrane interne ; leur chromosome se trouve dans le nucléoïde.

• Les fimbriae et les pili permettent l’attachement aux surfaces, tandis que les flagelles assurent la mobilité.

• La paroi donne sa forme à la bactérie et la protège contre le stress osmotique.

• La membrane cytoplasmique est une barrière sélectivement perméable qui limite mécaniquement la cellule, transporte nutriments et déchets, héberge des processus métaboliques et détecte des signaux environnementaux.

Compléments

• La capsule et les couches mucoïdes contribuent à l’adhérence aux surfaces et à la résistance à la phagocytose.

• Les ribosomes synthétisent les protéines, les inclusions stockent notamment du carbone et du phosphate, et les endospores permettent la survie dans des conditions environnementales extrêmes.

💡 Astuce mémo

Le nucléoïde contient l’ADN, mais n’est pas un noyau délimité par une membrane.

📖 3. Cytosquelette et réserves cellulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Inclusions cytoplasmiques : Zones de réserve intracellulaires non délimitées par une membrane, pouvant contenir des matières organiques ou inorganiques.

★ À maîtriser

• Les homologues bactériens et eucaryotes cités sont : FtsZ et la tubuline, MreB et l’actine, la crescentine et les filaments intermédiaires

• Le cytosquelette bactérien contribue à la forme de la cellule et à sa division, et participe à la localisation de protéines dans des régions cellulaires précises.

Compléments

• Les réserves bactériennes sont constituées lorsque des nutriments sont disponibles, puis utilisées lorsque l’environnement s’appauvrit.

📖 4. Ribosomes, nucléoïde et plasmides

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasmides : Petites molécules d’ADN circulaire double brin, extrachromosomiques et indépendantes du chromosome, qui portent une information génétique non indispensable à la bactérie.

★ À maîtriser

• Les ribosomes bactériens sont constitués de protéines et d’ARN et assurent la synthèse protéique.

• Le nucléoïde contient le chromosome bactérien, décrit comme unique et présent en un exemplaire, ainsi que de l’ARN et des protéines impliqués dans son empaquetage.

• Chez les bactéries, la transcription et la traduction peuvent s’enchaîner sans séparation par une enveloppe nucléaire, ce qui permet une adaptation rapide à l’environnement.

• Les plasmides cités peuvent être conjugatifs, porter des facteurs de résistance, coder des bactériocines ou des facteurs de virulence, ou participer au métabolisme.

Compléments

• Les bactéries possèdent des dizaines de milliers de ribosomes dispersés dans le cytoplasme, dont certains sont associés à la membrane cytoplasmique.

• Les antibiotiques cités comme ciblant les ribosomes sont :

  • la streptomycine
  • la gentamicine
  • l’érythromycine
  • le chloramphénicol

• Certains plasmides portent un gène codant la β-lactamase, enzyme qui détruit les antibiotiques de la famille des pénicillines.

• Les plasmides peuvent être acquis par transfert horizontal de gènes, notamment par conjugaison, transduction ou transformation.

💡 Astuce mémo

Transcription sans enveloppe nucléaire → traduction rapidement engagée.

📖 5. Spores et résistance environnementale

★ À maîtriser

• La sporulation est signalée chez les genres Gram positifs Bacillus et Clostridium, notamment chez Bacillus anthracis et Clostridium botulinum.

• En conditions environnementales défavorables, une cellule végétative sporule ; lorsque les conditions redeviennent favorables, la spore germe et redevient une cellule bactérienne.

Compléments

• Les spores peuvent résister à la pasteurisation et représentent un problème potentiel dans le secteur hospitalier.

• La coloration de Moeller et la coloration de Schaeffer sont des colorations spéciales permettant d’observer les spores en microscopie optique.

💡 Astuce mémo

Conditions défavorables → sporulation ; conditions favorables → germination.

📖 6. Membrane et signalisation bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Système à deux composants : Mécanisme de signalisation bactérien associant un capteur membranaire et un régulateur transcriptionnel cytoplasmique.

★ À maîtriser

• La membrane bactérienne contient des phospholipides, des protéines et des glucides ; les têtes polaires des phospholipides sont hydrophiles et leurs chaînes d’acides gras sont hydrophobes.

• 🔄 La transmission du signal suit cette séquence :
  1. Le capteur détecte le signal et active son auto-kinase.
  2. Le capteur phosphoryle une histidine à partir d’ATP.
  3. Le phosphate est transféré à un aspartate du régulateur transcriptionnel.
  4. Le régulateur modifie la transcription de gènes cibles.
  5. La déphosphorylation contribue au retour à l’état antérieur.

Compléments

📌 Les protéines périphériques sont associées à la membrane, tandis que les protéines intrinsèques peuvent notamment former des canaux ou agir comme capteurs.

• Chez Streptococcus pneumoniae, le système ComD-ComE détecte la phéromone CSP et régule l’état de compétence permettant l’acquisition d’ADN exogène.

• Le gène comC code le précurseur de la phéromone CSP, tandis que comD et comE codent respectivement le capteur et le régulateur du système à deux composants.

💡 Astuce mémo

Signal → histidine phosphorylée → aspartate phosphorylé → réponse transcriptionnelle.

📖 7. Paroi et coloration de Gram

★ À maîtriser

📌 La paroi des bactéries Gram positives possède une couche épaisse de peptidoglycane de 20 à 80 nm, tandis que celle des bactéries Gram négatives possède une couche plus fine de 7 à 8 nm.

• La membrane externe des bactéries Gram négatives contient des lipopolysaccharides, des porines et des lipoprotéines de Braun qui la relient au peptidoglycane.

• Le lipopolysaccharide comprend :

  • le lipide A
  • un polysaccharide central
  • l’antigène O

• La coloration de Gram utilise le cristal violet, l’iode-iodure, l’alcool puis la safranine ; les cellules Gram positives restent violettes, tandis que les cellules Gram négatives décolorées par l’alcool deviennent roses.

Compléments

• Chez les bactéries Gram positives, les acides teichoïques sont associés au peptidoglycane et les acides lipoteichoïques sont ancrés à la membrane ; ces polymères contribuent à la charge négative de la bactérie.

• Les porines de la membrane externe des bactéries Gram négatives laissent passer les composés de masse inférieure à 700 Da.

💡 Astuce mémo

Gram positif : paroi épaisse, violet ; Gram négatif : paroi plus fine, rose.

📖 8. Protection osmotique et antigènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Sérotypage : Identification d’une bactérie à partir de ses antigènes de surface, notamment ceux portés par la paroi.

★ À maîtriser

• En milieu hypertonique, l’eau sort de la bactérie et peut provoquer une plasmolyse, que la paroi limite ; en milieu hypotonique, l’eau entre dans la cellule et la paroi limite la lyse.

• La classification sérologique Kauffmann-White distingue les sérotypes de Salmonella selon leurs antigènes O, H et, éventuellement, Vi.

Compléments

• Les sucres et les sels ajoutés à un aliment augmentent la pression osmotique de son environnement et peuvent empêcher la croissance des microorganismes.

• Les antigènes somatiques O de Salmonella sont spécifiques du lipopolysaccharide de paroi et leurs facteurs sont numérotés de 1 à 67.

• Les antigènes flagellaires H sont portés par la flagelline et peuvent exister en deux phases codées par deux gènes différents homologues ; une salmonelle peut être diphasique ou monophasique.

• Les antigènes capsulaires Vi sont retrouvés de façon inconstante chez Salmonella Typhi, Salmonella Paratyphi et Salmonella Dublin.

💡 Astuce mémo

Milieu hypertonique : sortie d’eau ; milieu hypotonique : entrée d’eau.

📖 9. Périplasme et composants externes

★ À maîtriser

• Le périplasme des bactéries Gram négatives se trouve entre la membrane interne et la membrane externe, tandis que celui des Gram positives se trouve entre la membrane cytoplasmique et le peptidoglycane.

• La capsule est un réseau très hydraté de polysaccharides, contenant environ 95 % d’eau, qui peut favoriser la protection contre la déshydratation, l’adhésion et la résistance à la phagocytose.

• Les fimbriae sont des appendices courts, composés de piline, qui favorisent l’agrégation bactérienne et la formation de biofilms.

Compléments

• Les composants fonctionnels cités du périplasme comprennent : des protéines transportant sucres vers le cytoplasme, des protéines transportant acides aminés vers le cytoplasme, des protéines transportant ions vers le cytoplasme, des protéines transportant vitamines vers le cytoplasme, des enzymes détoxifiantes, des protéines intervenant dans la synthèse de l’enveloppe et du peptidoglycane

• La couche S, présente chez environ 10 % des bactéries connues, est un assemblage de sous-unités protéiques, parfois glycoprotéiques, qui recouvre la paroi et limite le passage de certaines molécules.

• Les flagelles sont des appendices locomoteurs d’environ 20 nm de diamètre et de 15 à 20 μm de long, qui s’étendent à l’extérieur de la membrane et de la paroi.

• La ciliature bactérienne peut être péritriche, monotriche, lophotriche ou amphitriche, selon la disposition des flagelles autour de la cellule ou à ses pôles.

📖 10. Vésicules membranaires bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Vésicules membranaires : Nanoparticules de 20 à 400 nm libérées dans l’environnement par des cellules bactériennes et délimitées par une membrane lipidique.

★ À maîtriser

• Les vésicules bactériennes peuvent contenir des protéines, de l’ADN, de l’ARN, des métabolites et des composants de l’enveloppe, notamment du LPS chez les bactéries Gram négatives et des acides teichoïques chez les Gram positives.

📌 Les vésicules OMV des bactéries Gram négatives proviennent principalement de la membrane externe, tandis que les vésicules CMV des bactéries Gram positives bourgeonnent de la membrane cytoplasmique à travers le peptidoglycane.

• Les vésicules bactériennes contribuent à la survie en transportant des enzymes, en exportant des composés toxiques ou en servant de leurres qui captent des molécules dangereuses, des antibiotiques ou des phages.

• Les vésicules favorisent la communication entre bactéries, le transfert horizontal de gènes et le transport de molécules telles que des signaux de quorum sensing, des enzymes ou des bactériocines.

• Les vésicules bactériennes peuvent interagir avec les cellules de l’hôte, moduler sa réponse immunitaire et transporter des facteurs de virulence, notamment des toxines.

Compléments

📌 La paroi épaisse de peptidoglycane des bactéries Gram positives constitue une contrainte à la production de vésicules, qui est décrite comme moins élevée que chez les bactéries Gram négatives.

• La production de vésicules peut varier selon l’environnement et les stress ; chez les bactéries Gram négatives, elle peut augmenter lorsque les cellules sont en train de mourir.

• Lactococcus lactis produit la bactériocine nisine, qui possède une activité antimicrobienne contre Listeria monocytogenes.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des parois bactériennes