Fiche de révision : Microbiologie des procaryotes

📋 Plan du Cours

1. Diversité et découverte des microorganismes
2. Rôles et habitats microbiens
3. Classification et nomenclature bactériennes
4. Archées, virus et extrêmophiles
5. Organisation et culture des procaryotes
6. Structures internes procaryotes
7. Parois et coloration de Gram
8. Structures de surface et mobilité
9. Biofilms et endospores
10. Métabolisme et information génétique
11. Phylogénie moléculaire des procaryotes

📖 1. Diversité et découverte des microorganismes

🔑 Notions clés & Définitions

• Microbiologie : Étude des microorganismes, trop petits pour être vus à l’œil nu.

📝 Points essentiels

• L’arbre phylogénétique sépare les organismes vivants en trois domaines : Bacteria, Archaea et Eukarya.

• Les analyses récentes rapprochent davantage les eucaryotes des archées que des bactéries et suggèrent une origine eucaryote issue d’une symbiose entre archées et bactéries.

• L’expérience de Pasteur a montré que des milieux nutritifs stérilisés restent exempts de microorganismes dans un ballon à col de cygne, mais se contaminent lorsque le col est coupé ou retiré.

💡 Astuce mémo

Redi → Hooke → Leeuwenhoek → Pasteur : de la remise en cause à la stérilisation

📖 2. Rôles et habitats microbiens

🔑 Notions clés & Définitions

• Biotope : Lieu de vie défini par des caractéristiques physiques et chimiques relativement uniformes, notamment la température, le pH, l’humidité, la salinité, la lumière et la disponibilité en oxygène.
• Microbiote : Ensemble des bactéries, champignons, virus et parasites non pathogènes qui vivent dans un écosystème spécifique, comme l’intestin, le nez, la peau ou la bouche.

★ À maîtriser

📌 Le biotope associé à la biocénose forme un écosystème.

Compléments

• Les microorganismes ont plusieurs rôles dans l’organisme.: digestion et nutrition, protection contre les agents pathogènes, développement et régulation du système immunitaire, production de molécules utiles comme la vitamine K

💡 Astuce mémo

Microorganismes ubiquitaires → décomposition, microbiote et services utiles

📖 3. Classification et nomenclature bactériennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Taxonomie : Science de la classification biologique qui regroupe les organismes en taxons selon leur similitude et leur parenté évolutive.

📝 Points essentiels

• Les rangs taxonomiques sont, du plus large au plus précis:
  • domaine
  • phylum
  • classe
  • ordre
  • famille
  • genre
  • espèce

📌 La nomenclature binomiale associe le nom du genre et le nom de l’espèce, comme dans Escherichia coli.

📌 Le génotype correspond à l’information génétique d’une bactérie, tandis que le phénotype correspond aux caractères observables, comme la survie en présence d’un antibiotique.

💡 Astuce mémo

Domaine → phylum → classe → ordre → famille → genre → espèce

📖 4. Archées, virus et extrêmophiles

🔑 Notions clés & Définitions

• Virus : Entité acellulaire incapable de se reproduire hors d’une cellule vivante, contenant de l’ADN ou de l’ARN et mesurant environ 10 à 400 nm de diamètre.

📝 Points essentiels

• Les archées peuvent vivre à des températures inférieures à 0 °C ou supérieures à 122 °C, dans des milieux très acides ou très alcalins, sous fortes radiations ou sous fortes pressions hydrauliques.

💡 Astuce mémo

Archées = cellules vivantes ; virus = acellulaires et dépendants d’une cellule hôte

📖 5. Organisation et culture des procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Colonie : Amas de cellules génétiquement identiques provenant de la multiplication d’une cellule isolée sur un milieu de culture solide gélifié avec de l’agar-agar.

★ À maîtriser

📌 Les cellules procaryotes ne possèdent ni noyau ni organites membranés, ont généralement un chromosome circulaire et se divisent par fission binaire, tandis que les cellules eucaryotes possèdent un noyau, des organites membranés et se divisent par mitose.

• La scissiparité produit, à partir d’une bactérie, un nombre exponentiel de cellules descendantes génétiquement identiques.

Compléments

• Les cellules procaryotes et eucaryotes possèdent toutes deux un cytoplasme, une membrane cellulaire et des ribosomes.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau ni organites membranés ; eucaryote avec noyau et organites

📖 6. Structures internes procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Membrane semi-perméable indispensable qui délimite la cellule et maintient l’homéostasie du milieu intracellulaire.
• Nucléoïde : Zone condensée du cytoplasme contenant l’ADN procaryote, généralement sous la forme d’un chromosome circulaire à double brin.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique assure plusieurs fonctions.: barrière sélective, production d’énergie, biosynthèses de molécules, assemblage et sécrétion des protéines, ségrégation du matériel génétique, détection de la composition chimique de l’environnement

Compléments

• Le cytoplasme procaryote ne contient pas d’organites délimités par une membrane et renferme notamment de l’eau, de l’ADN, de l’ARN, des protéines, des ions et des ribosomes libres.

💡 Astuce mémo

Une cellule minimale : membrane autour d’un cytoplasme contenant ribosomes et nucléoïde

📖 7. Parois et coloration de Gram

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptidoglycane : Polymère central de la paroi bactérienne, constitué de NAG et de NAM reliés à des tétrapeptides d’acides aminés.

★ À maîtriser

📌 Les bactéries Gram positives retiennent le violet et apparaissent violettes, tandis que les bactéries Gram négatives sont décolorées puis apparaissent roses après contre-coloration.

• La coloration de Gram suit la fixation du frottis, l’ajout du cristal violet, de l’iode, d’éthanol ou d’acétone, puis de safranine ou de fuchsine.

Compléments

• La pénicilline est plus efficace contre les bactéries Gram positives car leur peptidoglycane est directement accessible.

💡 Astuce mémo

Gram positif violet à peptidoglycane épais ; Gram négatif rose à membrane externe

📖 8. Structures de surface et mobilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Capsule : Exopolymère de surface, généralement polysaccharidique, qui protège la bactérie de la déshydratation et de la phagocytose et peut contribuer à son adhésion et à sa virulence.

📝 Points essentiels

• Les ciliatures bactériennes sont monotriche, amphitriche, lophotriche ou péritriche selon la répartition des flagelles.

📌 Le chimiotactisme positif attire la bactérie vers certains nutriments, tandis que le chimiotactisme négatif l’éloigne des substances toxiques grâce à des récepteurs membranaires.

• Les pili communs, ou fimbriae, permettent l’adhésion aux surfaces, tandis que les pili sexuels rapprochent deux cellules pour le transfert d’ADN par conjugaison.

💡 Astuce mémo

Adhérer, se déplacer, communiquer : capsule, pili, flagelles et chimiotactisme

📖 9. Biofilms et endospores

🔑 Notions clés & Définitions

• Biofilm : Communauté de microorganismes adhérant à une surface ou entre eux et enfermée dans une matrice extracellulaire adhésive et protectrice.
• Quorum sensing : Système de communication bactérienne qui coordonne l’expression des gènes selon la densité cellulaire grâce à la production, la libération et la détection de molécules signal.

📝 Points essentiels

• Le biofilm protège notamment les bactéries contre la dessiccation, certains antimicrobiens et les défenses de l’hôte, tout en favorisant des transferts d’ADN.

• La sporulation produit une endospore résistante à partir d’une cellule végétative par division asymétrique, puis la germination libère une cellule lorsque les conditions redeviennent favorables.

💡 Astuce mémo

Matrice protectrice → vie collective ; stress environnemental → sporulation résistante

📖 10. Métabolisme et information génétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme : Ensemble des réactions chimiques qui permettent de produire de l’énergie, fabriquer les molécules nécessaires à la croissance, se multiplier et s’adapter à l’environnement.

📝 Points essentiels

📌 Le catabolisme dégrade les molécules complexes et produit de l’ATP, tandis que l’anabolisme utilise cette énergie pour biosynthétiser les constituants cellulaires.

📌 Une bactérie peut être chimiotrophe ou phototrophe selon sa source d’énergie, organotrophe ou lithotrophe selon son donneur d’électrons, et autotrophe ou hétérotrophe selon sa source de carbone.

• L’expression de l’information génétique procaryote suit la succession ADN, transcription en ARN messager par l’ARN polymérase, puis traduction de l’ARN messager par le ribosome en protéine.

💡 Astuce mémo

Catabolisme → ATP → anabolisme ; ADN → ARNm → protéine

📖 11. Phylogénie moléculaire des procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Phylogénie moléculaire : Utilise les séquences de macromolécules biologiques pour étudier l’histoire évolutive et les liens de parenté des organismes.

• Endosymbiose : Relation symbiotique dans laquelle un organisme vit à l’intérieur d’un autre organisme, comme l’origine bactérienne proposée pour les mitochondries et les chloroplastes.

📝 Points essentiels

📌 Des espèces très proches possèdent des séquences plus similaires car elles ont un ancêtre commun récent et ont accumulé moins de mutations depuis leur divergence.

📌 Deux souches peuvent appartenir à la même espèce si leurs séquences de gènes codant l’ARNr 16S présentent plus de 98,7 % d’homologie, si leur différence de G+C ne dépasse pas 5 %, si leur différence de Tm ne dépasse pas 5 °C et si leur hybridation ADN-ADN atteint au moins 70 %.

💡 Astuce mémo

Séquences très similaires = parenté récente ; divergences élevées = éloignement évolutif

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes

Types trophiques