Fiche de révision : Histologie et biologie cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Matrice extracellulaire et paroi végétale
2. Théorie cellulaire et histologie
3. Cellules et niveaux d’organisation
4. Biologie cellulaire et adaptation
5. Cytologie et observation cellulaire
6. Microscopies optique et électronique
7. Histochimie et immunocytochimie
8. Culture et fractionnement cellulaires
9. Principaux types de microscopie
10. Fonctionnement et performances du microscope optique
11. Éclairage, condenseur et diaphragme du microscope
12. Microscopie à contraste de phase
13. Fluorescence et microscopie confocale
14. Microscopie photonique en champ clair
15. Principes de la microscopie électronique
16. Microscope électronique à transmission
17. Microscope électronique à balayage
18. Microscopies confocale et à fluorescence

📖 1. Matrice extracellulaire et paroi végétale

🔑 Notions clés & Définitions

• Matrice extracellulaire : Matériau extracellulaire principalement composé de protéines et de polysaccharides, produit par la plupart des cellules et organisé en réseau dans un gel.
• Paroi végétale : Enveloppe rigide extracellulaire de 0,1 à 10 µm d’épaisseur.

★ À maîtriser

• La MEC maintient les cellules ensemble comme une « colle cellulaire », est particulièrement abondante dans les tissus conjonctifs et peut constituer la majeure partie du tissu, devant les cellules vivantes.

📌 La paroi primaire, caractéristique des cellules jeunes, est surtout composée d’hémicellulose et de pectines, contient environ 10 % de cellulose aux microfibrilles disposées aléatoirement et permet l’élasticité, l’extensibilité et la croissance cellulaire.

📌 La paroi secondaire est plus épaisse que la paroi primaire et surtout composée de microfibrilles de cellulose parallèles dans des couches superposées dont l’orientation varie, une organisation en « contreplaqué » qui empêche la déformation et la croissance cellulaire.

Compléments

• La lamelle moyenne, formée en premier après la cytodiérèse, sépare deux cellules végétales contiguës.

• Chaque cellule végétale produit sa propre paroi par dépôts successifs, et la paroi secondaire se dépose après la croissance vers l’intérieur de la cellule.

💡 Astuce mémo

Paroi primaire extensible, paroi secondaire résistante

📖 2. Théorie cellulaire et histologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Histologie : Science qui étudie les tissus et leur organisation à l’aide de techniques d’observation de plus en plus précises.
• Tissu : Ensemble de cellules ayant des caractères morphologiques analogues.

★ À maîtriser

• La théorie cellulaire repose sur trois principes :

  • Tout organisme vivant est composé d’une ou plusieurs cellules.
  • La cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant.
  • Toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire.

• Les quatre groupes fondamentaux de tissus sont :

  • Le tissu épithélial.
  • Le tissu musculaire.
  • Le tissu nerveux.
  • Le tissu conjonctif.

Compléments

• En 1821, Heusinger crée le terme « histologie » en Allemagne.

• Bichat est le fondateur du concept de tissu, établi grâce à l’étude anatomique précise des organes sans microscope.

• Le tissu épithélial tapisse les surfaces, revêt les cavités du corps ou forme des glandes, comme les glandes salivaires.

• Le tissu musculaire est constitué de cellules contractiles.

• Le tissu nerveux constitue :

  • Le cerveau.
  • La moelle épinière.
  • Les nerfs.

• Le tissu conjonctif comprend des cellules qui produisent une MEC assurant le lien et le soutien des autres tissus spécialisés, comme dans les tendons, les os et le tissu adipeux.

• Les trois révolutions scientifiques de l’histologie sont la microscopie optique et la théorie cellulaire, le développement de la biologie moléculaire et les méthodes modernes d’étude des cellules.

• Les méthodes modernes ayant amélioré la compréhension des cellules comprennent :

  • Le séquençage des protéines.
  • La génétique moléculaire.
  • Le clonage cellulaire en culture.

📖 3. Cellules et niveaux d’organisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité fondamentale du vivant et unité de structure des organismes vivants.
• Différenciation cellulaire : Processus par lequel une cellule acquiert une spécialisation adaptée à une fonction particulière.
• Organe : Groupe anatomiquement distinct de tissus, généralement de plusieurs types, qui assure des fonctions spécifiques.
• Appareil ou système : Groupe d’organes aux fonctions similaires ou reliées.

★ À maîtriser

📌 Un organisme unicellulaire est constitué d’une seule cellule non spécialisée qui assure toutes les fonctions vitales, tandis qu’un organisme pluricellulaire est constitué de plusieurs cellules spécialisées.

📌 Un tissu simple rassemble des cellules semblables, tandis qu’un tissu composé associe plusieurs types de cellules, une MEC et des produits cellulaires pour assurer des fonctions diverses.

Compléments

• Les adaptations structurales cellulaires peuvent concerner :

  • Le nombre de mitochondries.
  • La forme cellulaire.
  • La présence de cils.

• Les cellules indifférenciées restent adaptables et peuvent encore se spécialiser.

💡 Astuce mémo

Cellule → tissu → organe → appareil

📖 4. Biologie cellulaire et adaptation

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN : Molécule à double brin contenant l’information génétique et généralement située dans le noyau des cellules eucaryotes.
• ARN : Molécule généralement à simple brin qui joue un rôle d’intermédiaire entre l’ADN et les protéines.
• Biologie cellulaire : Branche de la biologie qui étudie les cellules, notamment leurs structures, leurs fonctions et leurs comportements.

★ À maîtriser

📌 La différenciation spécialise les cellules selon leur fonction, tandis que l’adaptabilité permet à certaines cellules de modifier leur structure et leur activité fonctionnelle selon les exigences de l’environnement et les stress internes ou externes.

Compléments

• Un nucléotide d’ADN comprend un groupe phosphate, un sucre désoxyribose et une base azotée.

• Les bases azotées de l’ADN sont :

  • L’adénine (A).
  • La thymine (T).
  • La cytosine (C).
  • La guanine (G).

• Un nucléotide d’ARN comprend un groupe phosphate, un sucre ribose et une base azotée.

• Les bases azotées de l’ARN sont :

  • L’adénine (A).
  • L’uracile (U).
  • La cytosine (C).
  • La guanine (G).

• La biologie moléculaire permet de regrouper des cellules d’aspect morphologique différent selon leurs fonctions communes ou leurs interactions.

• Après un infarctus, le myocarde lésé peut être remplacé par du tissu fibreux.

💡 Astuce mémo

Différenciation : spécialiser ; adaptation : modifier selon les besoins

📖 5. Cytologie et observation cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cytologie : Branche de la biologie qui étudie la structure et les fonctions des cellules.

★ À maîtriser

• Le pouvoir de résolution de l’œil humain est d’environ 200 µm, tandis que la taille des cellules est généralement comprise entre 10 et 20 µm.

• Les cellules ne sont pas observables à l’œil nu et nécessitent un microscope optique pour être observées.

• La biologie cellulaire associe l’étude de la structure, de la physiologie et de la biochimie des cellules.

Compléments

• L’étude cytologique repose notamment sur l’examen microscopique de coupes de tissus fixées et colorées.

• Le microscope optique apparaît au début du XVIIᵉ siècle et est perfectionné au XIXᵉ siècle.

• La cytologie devient une branche autonome de la biologie au XIXᵉ siècle.

• La microscopie électronique permet d’observer l’ultrastructure des cellules.

• L’hybridation in situ détecte des séquences spécifiques d’ADN et d’ARN.

📖 6. Microscopies optique et électronique

★ À maîtriser

• La préparation des tissus pour la microscopie optique comprend la fixation, l’inclusion, la coupe au microtome et la coloration.

• La résolution théorique de la microscopie optique est d’environ 0,2 µm, mais elle dépasse rarement 0,6 µm avec des coupes à la paraffine.

• La microscopie électronique utilise un faisceau d’électrons à la place de la lumière et atteint un pouvoir de résolution d’environ 1 nm sur des tissus convenablement préparés.

• En microscopie électronique en transmission, de petits fragments de tissu de moins de 2 mm sont fixés généralement à la glutaraldéhyde, inclus en résine époxy, coupés en sections ultrafines d’environ 0,1 µm, puis contrastés avec des métaux lourds comme l’uranium ou le plomb.

• La microscopie électronique à balayage utilise un faisceau d’électrons qui balaie la surface de l’échantillon et permet d’en reconstruire une image tridimensionnelle à partir des électrons réfléchis.

Compléments

• La coloration H.É., combinaison d’hématoxyline et d’éosine, est la coloration la plus courante en microscopie optique.

• L’inclusion en résine acrylique ou époxy permet de réaliser des coupes plus minces et d’observer des détails plus fins.

• Les contrastes de phase et interférentiel permettent de visualiser certaines structures de cellules non colorées grâce à leurs propriétés optiques.

• La microscopie électronique en transmission étudie la morphologie intracellulaire, c’est-à-dire l’ultrastructure des cellules.

• La préparation en microscopie électronique à balayage consiste à fixer et déshydrater des fragments de tissu, puis à les recouvrir d’une pellicule d’or.

• La cryofracture consiste à congeler puis casser un tissu, la fracture suivant préférentiellement les membranes cellulaires selon des plans séparés pour étudier leurs surfaces.

💡 Astuce mémo

En optique, fixer et colorer ; en transmission, faire passer les électrons ; en balayage, lire la surface en 3D.

📖 7. Histochimie et immunocytochimie

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunocytochimie : Utilisation d’anticorps dirigés contre des molécules spécifiques pour détecter leur présence et les localiser dans des coupes de tissus.

★ À maîtriser

• Certains colorants histochimiques ont une affinité pour des groupes chimiques spécifiques et permettent de localiser certaines substances dans les tissus.

📌 Les lipides étant dissous lors de l’inclusion en paraffine, leur détection nécessite des coupes congelées au cryostat colorées avec le noir Soudan ou le rouge Soudan, qui sont liposolubles.

• La méthode PAS ou APS détecte les polysaccharides comme le glycogène : l’acide périodique oxyde les résidus de glucose en aldéhydes, puis le réactif de Schiff réagit avec les aldéhydes et produit une coloration violette.

• Pour détecter des enzymes spécifiques, des coupes de tissu frais sont incubées avec un substrat spécifique, des cofacteurs et un agent de visualisation, ce qui produit un dépôt coloré au site de l’activité enzymatique.

• En autoradiographie, des métabolites radioactifs sont fournis aux tissus, puis les coupes sont mises en contact avec une émulsion photographique où la radioactivité provoque des dépôts d’argent.

📌 Les anticorps polyclonaux proviennent du sérum d’un animal immunisé et reconnaissent plusieurs substances ou différents sites d’un antigène, tandis que les anticorps monoclonaux sont produits par fusion de cellules productrices d’anticorps avec des cellules de myélome immortelles et permettent une production continue d’anticorps spécifiques.

• La méthode à l’immunoperoxydase utilise un anticorps primaire puis un second anticorps lié à la peroxydase du raifort, dont l’action produit généralement une réaction colorée marron observable au microscope optique ordinaire.

Compléments

• Les enzymes recherchées comprennent :

  • Les phosphatases acide
  • Les phosphatases alcaline
  • Les déshydrogénases
  • Les ATPases

• L’histochimie enzymatique sert notamment à dépister des anomalies dans les tissus pathologiques, en particulier les muscles.

• La thymidine marquée, composant de l’ADN, permet d’identifier les cellules en division active.

• En immunofluorescence, un colorant fluorescent marque l’anticorps et la localisation de l’antigène est observée au microscope à fluorescence.

• Les préparations obtenues par immunoperoxydase sont permanentes et peuvent être conservées.

💡 Astuce mémo

Le PAS révèle le glycogène en violet ; les colorants Soudan révèlent les lipides sur coupes congelées.

📖 8. Culture et fractionnement cellulaires

★ À maîtriser

• Les cellules peuvent croître dans des milieux de culture artificiels, permettant d’étudier leurs caractères structuraux et fonctionnels, notamment leur métabolisme.

• Le fractionnement cellulaire dissocie de façon contrôlée les cellules puis sépare leurs particules par ultracentrifugation à grande vitesse dans des solutions de densités connues, selon un gradient de densité.

• Les éléments isolés par fractionnement cellulaire comprennent :

  • Les noyaux
  • Les mitochondries
  • Le réticulum endoplasmique
  • Les ribosomes

Compléments

• La culture cellulaire est principalement un outil de recherche scientifique et sert en milieu hospitalier à l’étude des chromosomes.

• Le fractionnement cellulaire permet d’obtenir des composants cellulaires relativement purs.

📖 9. Principaux types de microscopie

★ À maîtriser

• Les trois principaux types de microscopie sont :
  • la microscopie optique
  • la microscopie électronique
  • la microscopie à sonde

Compléments

• La microscopie optique utilise la lumière visible, tandis que la microscopie électronique comprend les modalités en transmission, en balayage et en réflexion de haute énergie.

• La microscopie à sonde comprend notamment la microscopie à effet tunnel et la microscopie à force atomique.

• Les sciences optiques et théories de la lumière liées au développement de la microscopie comprennent :

  • l’optique géométrique
  • l’optique ondulatoire
  • l’optique électromagnétique
  • l’optique calculatoire de Fourier
  • l’optique quantique photonique

📖 10. Fonctionnement et performances du microscope optique

🔑 Notions clés & Définitions

• Microscope composé : Instrument comportant plusieurs éléments de lentilles pour agrandir un petit objet et en discerner les détails.

★ À maîtriser

• Un microscope optique associe : une source d’énergie lumineuse, une préparation microscopique, un système imageur de lentilles et de diaphragmes, un capteur constitué de l’œil ou d’un dispositif électronique

• 🔄 Le fonctionnement du microscope optique suit ces étapes :
  1. La lumière traverse la préparation microscopique.
  2. L’objectif forme une première image agrandie.
  3. L’oculaire agrandit l’image intermédiaire.
  4. L’image finale est observée ou captée électroniquement.

• L’objectif, situé près de l’objet, forme une image intermédiaire réelle, inversée et agrandie à l’intérieur du tube optique.

• L’oculaire, dirigé vers l’œil de l’observateur, grossit l’image intermédiaire comme une loupe et produit une image finale virtuelle, agrandie et renversée par rapport à l’objet initial.

📐 Formule - Le grossissement total est le produit du grossissement de l’objectif par celui de l’oculaire : $G_{\text{total}}=G_{\text{objectif}}\times G_{\text{oculaire}}$.

📌 Les objectifs réfractifs dévient la lumière à travers des lentilles, tandis que les objectifs réfléchissants utilisent des miroirs.

Compléments

• Un objectif de grossissement ×40 associé à un oculaire ×10 donne un grossissement total ×400.

• Le pouvoir séparateur est la capacité du microscope à distinguer deux points très proches ; cette qualité compte davantage que le grossissement seul.

• La limite de résolution des meilleurs objectifs est de 0,2 µm, et le grossissement pratique du microscope ne dépasse généralement pas ×1000.

• Un objectif apochromatique corrige les trajectoires de trois faisceaux de longueurs d’onde différentes grâce à un assemblage de trois lentilles.

• Les objectifs réfractifs sont les plus couramment utilisés et leurs éléments optiques possèdent souvent un traitement antireflet qui réduit les réflexions et améliore la transmission lumineuse.

• Un objectif achromatique de base comporte deux éléments, tandis qu’un objectif plan-apochromatique peut en compter jusqu’à quinze et corrige les aberrations chromatiques ainsi que la courbure du champ.

• Les objectifs réfléchissants utilisent des miroirs primaire et secondaire et peuvent réduire certaines aberrations, offrir une meilleure efficacité lumineuse et un meilleur pouvoir de résolution, et permettre l’observation dans l’ultraviolet et l’infrarouge.

💡 Astuce mémo

L’objectif réfractif dévie la lumière ; le réfléchissant la renvoie par des miroirs.

📖 11. Éclairage, condenseur et diaphragme du microscope

★ À maîtriser

• L’éclairage de Köhler utilise une lentille collectrice qui recueille la lumière de la source et une lentille condenseur qui la dirige vers la préparation, afin d’obtenir un éclairage brillant et uniforme sur le plan de l’objet et le plan image.

📌 L’éclairage à fond clair crée le contraste grâce aux différences d’opacité entre les parties de l’objet et la lumière de fond.

• En éclairage à fond noir, un cône lumineux inversé bloque les rayons centraux et laisse passer les rayons obliques, qui éclairent l’objet dans le plan objet sans pénétrer directement dans l’objectif.

• L’éclairage à fond noir produit un contraste élevé, notamment pour observer des objets transparents difficiles à voir en fond clair.

• En épi-éclairage, la lumière est produite au-dessus de l’objectif et l’objectif participe à la fois à l’observation et à l’éclairage.

• Le condenseur ajuste et dirige la lumière vers la lentille frontale de l’objectif et éclaire toute sa surface sous le meilleur angle.

📌 Le diaphragme du condenseur fonctionne comme l’ouverture d’un objectif de caméra : sa fermeture augmente le contraste et la profondeur de champ.

📌 Lorsque l’ouverture du diaphragme du condenseur est trop fermée, les détails fins disparaissent et des anneaux de diffraction, des franges colorées et des taches de poussière peuvent apparaître.

Compléments

• L’éclairage est aussi important que le choix de l’objectif et de l’oculaire pour obtenir une image de qualité.

• L’éclairage de Köhler évite que l’image du filament de l’ampoule apparaisse dans l’image observée.

📌 Le rétroéclairage, également appelé éclairage à fond clair, provient de l’arrière de l’objet et est préféré à l’éclairage direct lorsque celui-ci risque de saturer l’image.

• L’éclairage à fond clair permet d’observer clairement la plupart des objets, sauf ceux qui sont très transparents.

• L’épi-éclairage remplace la configuration classique d’éclairage de Köhler et présente comme avantage principal un système compact.

• Le condenseur contribue à améliorer la qualité de l’image, sa résolution et la visibilité des détails fins.

💡 Astuce mémo

Fond clair : l’opacité contraste ; fond noir : les rayons obliques révèlent les objets transparents.

📖 12. Microscopie à contraste de phase

🔑 Notions clés & Définitions

• Phase : La position d’une onde dans son cycle d’oscillation à un instant donné.
• Déphasage : Une différence de position ou de temps entre deux ondes, par exemple lorsque leurs maxima ne surviennent pas au même moment.

★ À maîtriser

• Le microscope à contraste de phase permet d’observer des cellules vivantes sans coloration en exploitant les différences de phase de la lumière traversant l’échantillon.

• La lumière incidente traverse l’échantillon sans changement significatif de phase, tandis que la lumière diffusée est déphasée en traversant ses structures.

• Dans le microscope à contraste de phase, des anneaux optiques et des éléments spécifiques du condenseur transforment les différences de phase entre lumière incidente et lumière diffusée en différences d’intensité lumineuse.

Compléments

📌 En contraste de phase, les zones sombres correspondent aux parties denses où la lumière est davantage retardée, tandis que les zones claires correspondent aux parties moins denses.

💡 Astuce mémo

Sombre = dense et plus retardé ; clair = moins dense.

📖 13. Fluorescence et microscopie confocale

🔑 Notions clés & Définitions

• Fluorochrome : Une substance qui marque des molécules ou des éléments cellulaires et les rend fluorescents sous l’effet d’un rayonnement d’excitation.
• Rendement quantique : Le rapport entre le nombre de photons réémis et le nombre de photons absorbés.

★ À maîtriser

• La fluorescence apparaît lorsqu’un atome ou une molécule absorbe de l’énergie lumineuse puis réémet presque immédiatement une lumière d’une autre longueur d’onde, généralement en quelques nanosecondes.

📌 Les fluorochromes endogènes sont naturellement présents dans l’organisme et deviennent fluorescents après excitation, tandis que les fluorochromes exogènes sont introduits pour marquer une molécule ou une structure cellulaire.

• La lumière émise par fluorescence possède une longueur d’onde supérieure à celle de la lumière incidente.

• Un microscope à fluorescence produit une lumière de longueur d’onde spécifique avec un laser ou une lampe à arc, filtre les longueurs d’onde indésirables, dirige la lumière d’excitation vers l’échantillon par l’objectif, recueille la fluorescence, filtre la lumière non fluorescente et enregistre l’image avec un détecteur.

📌 Le microscope confocal est un type de microscopie à fluorescence utilisant un laser pour exciter les fluorophores qui marquent différentes structures du spécimen.

• Dans un microscope confocal, un diaphragme percé d’un trou situé dans le plan de focalisation laisse passer la lumière provenant de la zone étudiée et bloque celle provenant des régions au-dessus et au-dessous, ce qui rend l’image du plan focal plus nette.

• En microscopie confocale, un sténopé filtre spatialement la lumière et élimine la fluorescence provenant des zones hors foyer.

• Par rapport à l’épifluorescence classique, la microscopie confocale améliore la résolution, notamment dans les spécimens épais, et réduit la phototoxicité.

• Le laser balaie l’échantillon à différentes profondeurs pour produire des sections optiques qui montrent son intérieur sans découpe physique.

Compléments

• Les fluorochromes endogènes comprennent :
  • les collagènes
  • la chlorophylle
  • les flavines
  • les composés phénoliques
  • le tryptophane
  • la tyrosine
  • la phénylalanine

📌 Un fluorochrome exogène peut marquer une cible par fixation directe selon son affinité ou par association à un anticorps spécifique, méthode appelée immunofluorescence.

• Les paramètres caractéristiques d’un fluorophore sont : les longueurs d’onde d’excitation et d’émission, la durée de vie de l’état excité, l’efficacité de fluorescence, ou rendement quantique

• Dans la fluorescence, l’absorption de lumière fait passer les électrons à un état énergétique supérieur, puis leur retour à l’état fondamental s’accompagne de l’émission de fluorescence.

• La microscopie à fluorescence permet de localiser des protéines spécifiques, des acides nucléiques et d’autres molécules biologiques, de visualiser des structures et processus cellulaires invisibles en microscopie classique et d’étudier les interactions moléculaires.

💡 Astuce mémo

Excitation → émission → filtrage → détection.

📖 14. Microscopie photonique en champ clair

🔑 Notions clés & Définitions

• Microscopie photonique en champ clair : Technique optique simple et ancienne qui utilise des lentilles pour agrandir un objet éclairé par transmission de lumière blanche, généralement fournie par une source halogène.

★ À maîtriser

• En microscopie photonique en champ clair, la lumière blanche émise par la source est dirigée par le condenseur vers l’échantillon, le traverse, puis l’objectif forme une image agrandie que l’oculaire permet d’observer.

Compléments

• La microscopie photonique en champ clair est simple à utiliser, nécessite une préparation minimale parfois accompagnée d’une coloration et permet d’observer des échantillons vivants ou fixés.

• La microscopie photonique en champ clair présente un contraste faible pour la plupart des échantillons biologiques et une résolution limitée qui empêche de distinguer certains détails très fins.

💡 Astuce mémo

Source → condenseur → échantillon → objectif → oculaire.

📖 15. Principes de la microscopie électronique

★ À maîtriser

• Le microscope électronique utilise un faisceau d’électrons accélérés comme source d’éclairage, dont la longueur d’onde peut être jusqu’à 100 000 fois plus courte que celle de la lumière visible.

• La longueur d’onde des électrons confère au microscope électronique un pouvoir de résolution supérieur à celui du microscope optique, permettant d’observer des structures très petites.

Compléments

• La microscopie électronique sert à étudier l’ultrastructure des microorganismes, des cellules, des grosses molécules et des échantillons de biopsie, ainsi que des matériaux inorganiques comme les métaux et les cristaux.

• En industrie, la microscopie électronique est utilisée pour le contrôle qualité et l’analyse des défauts.

• L’interaction du faisceau d’électrons avec l’échantillon produit des électrons secondaires qui renseignent sur la topographie, des électrons rétrodiffusés liés notamment à la composition, des rayons X qui renseignent sur la composition élémentaire et de la cathodoluminescence, et transforme aussi une partie de l’énergie en chaleur.

• Le MEB forme une image en cartographiant les variations d’intensité des signaux émis selon la position du faisceau sur l’échantillon.

• L’observation au microscope électronique se fait généralement sous vide, car les molécules de l’air dispersent les électrons.

• En mode classique à vide poussé, les échantillons non conducteurs nécessitent souvent un revêtement conducteur d’or/palladium, de carbone ou d’osmium, tandis que les modes basse tension ou à pression variable permettent d’observer certains de ces échantillons sans revêtement.

• La préparation vise à : stabiliser les échantillons, réduire leur épaisseur, notamment par coupe ultrafine, augmenter leur contraste grâce à une coloration adaptée à la microscopie électronique

• Les microscopes électroniques sont coûteux à construire et à entretenir, et la préparation des échantillons biologiques peut être complexe.

📖 16. Microscope électronique à transmission

★ À maîtriser

• Dans le MET, les électrons traversent l’échantillon et interagissent avec ses atomes, puis les électrons transmis sont recueillis et agrandis par une série de lentilles objectives avant que l’image soit projetée sur un écran fluorescent ou une caméra CCD, ou enregistrée sur une plaque photographique.

• Dans le MET, l’interaction des électrons dépend de l’épaisseur, de la densité et de la nature chimique de l’échantillon, et l’image présente des contrastes entre zones claires et sombres.

• Le microscope électronique à transmission (MET) utilise un faisceau d’électrons accélérés par une haute tension, émis par un canon à électrons et focalisés par des lentilles électromagnétiques sur un échantillon très mince.

• Dans le MET, les électrons traversent l’échantillon et interagissent avec ses atomes; les électrons transmis sont ensuite focalisés et agrandis par des lentilles électromagnétiques, puis l’image est projetée sur un détecteur ou une caméra.

📌 Dans une image MET, les zones claires transmettent davantage d’électrons sans forte déviation, tandis que les zones sombres correspondent à davantage d’électrons déviés ou arrêtés par le diaphragme de contraste.

• Grâce à la faible longueur d’onde des électrons, le MET possède un très fort pouvoir de résolution et permet d’observer l’ultrastructure interne des cellules et des organites.

Compléments

• Dans le MET, un diaphragme de condenseur limite l’ouverture angulaire du faisceau d’électrons et contribue à sa cohérence spatiale, sans rendre les électrons de même longueur d’onde, et les lentilles condenseurs le concentrent sur l’échantillon.

📌 Dans une image de MET, les zones claires correspondent aux régions peu denses que les électrons traversent sans forte déviation, tandis que les zones sombres correspondent aux régions où les électrons sont déviés ou absorbés par le diaphragme de contraste.

• Dans une image de MET, les matériaux à numéro atomique élevé apparaissent généralement plus sombres que les matériaux à numéro atomique faible.

📌 Le MET observe l’ultrastructure interne de l’échantillon, tandis que le microscope électronique à balayage (MEB) observe principalement son relief de surface.

• Le contraste du MET renseigne sur l’épaisseur, la densité et la composition chimique de l’échantillon.

📌 Le MET exige un échantillon très mince, une préparation souvent complexe et une observation généralement réalisée sous vide.

💡 Astuce mémo

Moins d’électrons transmis → zone plus sombre

📖 17. Microscope électronique à balayage

★ À maîtriser

• Le microscope électronique à balayage (MEB) balaie la surface de l’échantillon avec un faisceau d’électrons de 0,5 à 30 keV pour obtenir une image agrandie à haute résolution.

📌 Dans le MEB, les électrons secondaires renseignent principalement sur la topographie et le relief, tandis que les électrons rétrodiffusés renseignent sur la composition chimique, notamment les différences de numéro atomique.

Compléments

• La détection des signaux du MEB permet d’étudier la surface et, selon les conditions, une profondeur allant de quelques dizaines de nanomètres à environ 1 µm.

• Dans le MEB, les rayons X permettent d’analyser la composition élémentaire de l’échantillon.

• Dans le MEB, les détecteurs recueillent les signaux émis par l’échantillon et l’image est construite à partir de leurs variations d’intensité pendant le balayage.

📌 L’observation classique au MEB se fait généralement sous vide et les échantillons non conducteurs nécessitent souvent un revêtement conducteur d’or/palladium, de carbone ou d’osmium.

💡 Astuce mémo

MEB = surface et relief ; MET = intérieur

📖 18. Microscopies confocale et à fluorescence

🔑 Notions clés & Définitions

• Microscope confocal : Microscope optique qui produit des images de très faible profondeur de champ, d’environ 400 nm, appelées sections optiques.
• Microscopie à fluorescence : Technique de microscopie optique qui utilise la fluorescence et parfois la phosphorescence, et forme une image en détectant la lumière émise par des substances fluorescentes.

★ À maîtriser

• 🔄 La reconstruction confocale se déroule ainsi : le plan focal est positionné à différentes profondeurs dans l’échantillon, une série de sections optiques est obtenue, un ordinateur assemble les images en une représentation 3D

• En microscopie à fluorescence, certaines molécules absorbent des photons de haute énergie, puis réémettent une lumière de plus faible énergie et de plus grande longueur d’onde, qui est détectée pour former l’image.

Compléments

• Le microscope confocal fonctionne en lumière réfléchie ou en fluorescence, généralement avec un laser.

• Le microscope confocal à balayage laser (MCBL), également appelé CLSM (Confocal Laser Scanning Microscope), utilise un laser comme source lumineuse.

• Marvin Minsky a décrit le principe du microscope confocal en 1953.

• La microscopie à fluorescence permet d’observer des échantillons biologiques ou non biologiques, vivants ou morts.

• La microscopie à fluorescence est couramment utilisée en biologie et en recherche pour visualiser des structures et des molécules spécifiques, et contribue au développement de l’imagerie moléculaire.

💡 Astuce mémo

Sections optiques → assemblage informatique → image 3D

📊 Tableaux de synthèse

ADN et ARN

Microscopie confocale et épifluorescence