Fiche de révision : Morphologie et structure bactériennes

📋 Plan du Cours

1. Taille et formes bactériennes
2. Groupements et identification morphologique
3. Paroi et coloration de Gram
4. Parois Gram positif et négatif
5. Peptidoglycane et rôles de la paroi
6. Parois particulières et absence de paroi
7. Membrane plasmique et transports
8. Respiration bactérienne
9. Nucléoïde et chromosome bactérien
10. Expression des gènes et opérons
11. Cytoplasme et réserves
12. Ribosomes bactériens
13. Structures permanentes et antibiotiques

📖 1. Taille et formes bactériennes

★ À maîtriser

• La taille des bactéries varie généralement de 0,5 μm à 10 μm, certaines espèces rares atteignant 500 μm.

• Les trois formes bactériennes principales sont :
  • les coques sphériques ou ovalaires
  • les bacilles allongés ou cylindriques droits ou incurvés
  • les spirilles ou spirochètes hélicoïdaux ou spiralés

Compléments

• Escherichia coli est un bacille d’environ 1 μm × 2–3 μm, Bacillus cereus mesure 2 μm × 7–8 μm et Treponema pallidum est un spirochète de 0,1–0,2 μm × 10–20 μm.

📖 2. Groupements et identification morphologique

★ À maîtriser

• Les bactéries peuvent être regroupées :
  • en amas
  • en chaînettes
  • par deux
  • en tétrades
  • en palissade

Compléments

• Le mode de groupement bactérien est représentatif du genre et son observation est utile au diagnostic.

• Les coques peuvent former des tétrades chez Micrococcus, des grappes chez Staphylococcus, des chaînettes chez Streptococcus ou des diplocoques chez Neisseria.

• Parmi les autres formes bactériennes, Treponema est spiralé, Corynebacterium est en massue, Actinomyces forme des filaments et Vibrio est incurvé.

📖 3. Paroi et coloration de Gram

📝 Points essentiels

• En 1884, Christian GRAM a mis en évidence deux groupes bactériens grâce à une coloration différentielle fondée sur la constitution de leur paroi.

📌 Après coloration de Gram, les bactéries Gram positif apparaissent violettes, tandis que les bactéries Gram négatif apparaissent roses.

• La coloration de Gram suit cinq étapes : fixation du frottis, cristal violet, ajout d’iode ou lugol, décoloration à l’alcool, puis contre-coloration par safranine ou fuchsine.

💡 Astuce mémo

Fixer → violet → lugol → alcool → safranine : la décoloration à l’alcool sépare les deux groupes.

📖 4. Parois Gram positif et négatif

🔑 Notions clés & Définitions

• LPS : Une grande molécule complexe contenant des lipides et des glucides, composée du lipide A, du core et du polysaccharide O.

★ À maîtriser

• La paroi des bactéries Gram positif est épaisse et homogène, principalement composée de peptidoglycane et d’acides teichoïques.

• La paroi des bactéries Gram négatif comprend une fine couche de peptidoglycane et une membrane externe contenant des protéines, des lipoprotéines de Braun et deux feuillets lipidiques.

📌 Dans le LPS, le lipide A constitue la partie toxique ou endotoxine, tandis que le polysaccharide O constitue la partie antigénique.

Compléments

• Les acides teichoïques sont des polymères de sucres liés par des groupements phosphates et peuvent être associés au peptidoglycane ou aux lipides membranaires, où ils sont dits lipoteichoïques.

• Les acides teichoïques contribuent à la variabilité antigénique, comme le polyoside C de la paroi des Streptococcus.

• Les parois des bactéries Gram positif contiennent peu ou pas de protéines, à l’exception notamment de la protéine A de Staphylococcus aureus.

• Dans la membrane externe des bactéries Gram négatif, le feuillet interne est composé de phospholipides et le feuillet externe majoritairement de lipopolysaccharide (LPS).

• Le lipide A libéré lors de la lyse bactérienne peut déclencher une réponse inflammatoire générale démesurée après sa fixation aux macrophages.

• Les antigènes O contribuent à la résistance bactérienne à la phagocytose et au complément.

💡 Astuce mémo

Gram+ : épais peptidoglycane ; Gram− : membrane externe et LPS.

📖 5. Peptidoglycane et rôles de la paroi

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptidoglycane : Un polymère constitué de glucides et de peptides.

★ À maîtriser

• Le peptidoglycane contient la N-acétylglucosamine (NAG) et l’acide N-acétylmuramique (NAM), reliés par une liaison osidique β1→4.

📌 Chez E. coli, un pontage direct entre acides aminés relie les tétrapeptides et forme un réseau de peptidoglycane plus compact, tandis que chez Staphylococcus aureus un pont pentaglycine forme un réseau plus lâche.

📌 Sans paroi, une bactérie Gram positif forme un protoplaste, tandis qu’une bactérie Gram négatif forme un sphéroplaste qui conserve sa membrane externe.

• La paroi représente 25 à 35 % du poids total de la bactérie et lui confère sa morphologie ainsi qu’une résistance à la pression osmotique interne.

Compléments

• Le NAM est associé à un tétrapeptide dont la nature peut varier selon la bactérie.

• Le lysozyme coupe les liaisons β1→4 des chaînes polyosidiques du peptidoglycane et peut provoquer le gonflement puis l’éclatement des bactéries en raison de l’entrée d’eau.

📌 Des bactéries dépourvues de paroi peuvent survivre et se multiplier si elles sont placées dans un milieu dont la pression osmotique est équilibrée avec celle de leur intérieur.

• La paroi détermine la coloration de Gram et contribue à la spécificité antigénique par les acides teichoïques des Gram positif ou le LPS des Gram négatif.

• Les bêta-lactamines, notamment les pénicillines, inhibent la synthèse du peptidoglycane.

📖 6. Parois particulières et absence de paroi

★ À maîtriser

• La paroi des mycobactéries associe le peptidoglycane à un arabinogalactane lié de façon covalente à des acides mycoliques à très longue chaîne.

• Les cires de la paroi des mycobactéries entraînent une forte hydrophobie et une résistance à la décoloration par l’alcool, d’où leur appellation de bacilles acido-alcoolo-résistants (BAAR).

• Les mycoplasmes sont des bactéries sans paroi, de forme globuleuse ou allongée et d’environ 0,1 μm.

Compléments

• La coloration de Gram est impossible pour les mycobactéries, qui nécessitent notamment la coloration de Ziehl.

• Les mycoplasmes sont très sensibles à la pression osmotique, aux détergents et à l’alcool, mais insensibles aux antibiotiques spécifiquement dirigés contre la paroi.

💡 Astuce mémo

Les mycobactéries ont une paroi cireuse ; les mycoplasmes n’en ont pas.

📖 7. Membrane plasmique et transports

★ À maîtriser

• La membrane plasmique délimite le cytoplasme bactérien et mesure environ 8 nm d’épaisseur.

• Les membranes bactériennes ne contiennent pas de cholestérol, sauf celles des mycoplasmes.

• La membrane plasmique assure la perméabilité sélective, les échanges de nutriments et de déchets, et constitue une barrière osmotique où des perméases réalisent le transport actif.

📌 Les transports passifs suivent le gradient de concentration, tandis que les transports actifs s’effectuent contre ce gradient et nécessitent un apport d’énergie.

Compléments

• La membrane plasmique est constituée d’une bicouche de phospholipides représentant 35 % de ses constituants et de protéines associées représentant 65 %.

• Les lipides membranaires sont amphiphiles, avec une partie hydrophobe apolaire et une partie hydrophile polaire portant un groupement phosphate chargé négativement.

• Les transports passifs comprennent : la diffusion simple transmembranaire, la diffusion par canal protéique, la diffusion facilitée par une protéine porteuse

• Le transport actif primaire utilise l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour déplacer notamment des ions par uniport.

• Le transport actif secondaire couple le passage de molécules à des transferts d’électrons et peut fonctionner en symport ou en antiport.

• Chez E. coli, une perméase permet l’entrée conjointe du lactose et des ions H+ par symport.

💡 Astuce mémo

Transport passif selon le gradient ; transport actif contre le gradient et avec apport d’énergie.

📖 8. Respiration bactérienne

📝 Points essentiels

• Chez les bactéries aérobies, la chaîne respiratoire membranaire transfère des électrons, génère un gradient électrochimique de protons et permet la synthèse d’ATP par phosphorylation oxydative grâce à l’ATP synthétase.

💡 Astuce mémo

Transfert d’électrons → gradient de protons → production d’ATP.

📖 9. Nucléoïde et chromosome bactérien

★ À maîtriser

• Le nucléoïde est l’appareil nucléaire bactérien et contient le chromosome, support de l’information génétique.

• Le chromosome bactérien est un filament unique, continu et circulaire constitué d’une double chaîne d’ADN.

• L’ADN bactérien forme une double hélice de deux chaînes antiparallèles et complémentaires, associées par des liaisons hydrogène entre A et T ainsi qu’entre C et G.

• La réplication de l’ADN bactérien commence à une origine de réplication et suit un mode semi-conservatif, chaque chaîne servant de matrice à une chaîne complémentaire.

Compléments

• Un nucléotide comprend un groupement phosphate, un sucre à cinq carbones et une base azotée purique ou pyrimidique.

• Les bases puriques de l’ADN sont l’adénine et la guanine, et ses bases pyrimidiques sont la cytosine et la thymine.

• La taille moyenne d’un chromosome bactérien est d’environ 4 × 10⁶ paires de bases, soit 4 000 kpb.

• Déplié, le chromosome bactérien mesure près de 1 mm de long, soit environ 1 000 fois la longueur de la bactérie, et 3 à 5 nm de large.

• Le chromosome bactérien est super-enroulé dans le cytoplasme grâce aux topoisomérases, dont les bactéries possèdent quatre types.

• Le génome bactérien comprend environ 60 % d’ADN, 20 % d’ARN et 20 % de protéines.

• Les quinolones inhibent les topoisomérases et les rifamycines inhibent les ARN polymérases.

📖 10. Expression des gènes et opérons

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Une unité fonctionnelle d’ADN regroupant des gènes sous le signal d’un même promoteur, qui sont transcrits ensemble et concourent à une même fonction physiologique.

★ À maîtriser

• En présence de lactose, les trois gènes de l’opéron lactose sont transcrits pour produire les enzymes nécessaires à la dégradation du lactose ; en son absence, aucun des trois gènes n’est transcrit.

• L’information génétique bactérienne est transcrite de l’ADN en ARN messager, puis traduite en protéine.

• Chez les bactéries, transcription et traduction sont couplées dans le temps et l’espace : la traduction peut commencer dès que l’extrémité 3′ de l’ARN messager est synthétisée.

Compléments

📌 Chez les bactéries, l’ADN ne contient pas d’introns et les transcrits ne subissent pas d’épissage, contrairement à ce qui est indiqué pour les eucaryotes.

💡 Astuce mémo

ADN → transcription en ARNm → traduction en protéine.

📖 11. Cytoplasme et réserves

★ À maîtriser

• Le cytoplasme bactérien ne contient pas d’organites et constitue un gel colloïdal composé d’environ 80 % d’eau et de substances organiques et minérales.

Compléments

• Le cytoplasme bactérien est riche en ARN solubles, notamment les ARN messagers et de transfert, et en ARN ribosomal.

• Le cytoplasme est le lieu de synthèse des métabolites et peut contenir des inclusions servant de réserves, comme des granulations d’amidon ou de glycogène.

📖 12. Ribosomes bactériens

🔑 Notions clés & Définitions

• Ribosome bactérien : L’effecteur de la traduction, qui synthétise des protéines à partir des ARN messagers.

★ À maîtriser

• Une bactérie possède environ 15 000 ribosomes, qui représentent 40 % de son poids sec et 90 % de son ARN total.

• Le ribosome procaryote est constitué d’ARN et de protéines et possède un coefficient de sédimentation de 70 Svedberg (70S).

Compléments

• Le ribosome bactérien comporte une sous-unité 30S contenant l’ARNr 16S et une sous-unité 50S contenant les ARNr 23S et 5S.

• Les aminosides, phénicols, cyclines et macrolides ciblent les ribosomes bactériens.

📖 13. Structures permanentes et antibiotiques

★ À maîtriser

• Les cinq structures permanentes bactériennes sont :
  • la paroi
  • la membrane plasmique
  • le nucléoïde ou chromosome
  • les ribosomes
  • le cytoplasme

Compléments

• Les cinq structures permanentes bactériennes constituent des cibles de molécules antibiotiques antibactériennes capables de détruire les bactéries ou d’arrêter leur croissance.

📊 Tableaux de synthèse

Caractéristiques des parois bactériennes