Fiche de révision : Structure et fonctions bactériennes

Plan du Cours

  1. Définition et découvertes bactériennes
  2. Taille, formes et arrangements
  3. Organisation générale des bactéries
  4. Membrane plasmique bactérienne
  5. Cytoplasme et matériel génétique
  6. Paroi et peptidoglycane
  7. Coloration de Gram
  8. Rôles et effets de la paroi
  9. Capsule bactérienne
  10. Couche mucoïde et couche S
  11. Pili et fimbriae bactériens
  12. Flagelles et mobilité bactérienne
  13. Endospore et cycle sporale

1. Définition et découvertes bactériennes

Notions clés & Définitions

  • Bactérie : Micro-organisme unicellulaire visible au microscope optique et appartenant aux procaryotes.
  • Agent infectieux : Micro-organisme capable d’infecter une cellule et de produire une maladie.

Points essentiels

  • Les premières observations de bactéries sont attribuées à Anthonie van Leeuwenhoek en 1673. - Anthonie VAN LEEUWENHOECK

2. Taille, formes et arrangements

Points essentiels

  • Le diamètre bactérien est de 0,1 à 2 μm et la longueur est de 0,5 à 5 μm.
  • Les principales formes bactériennes sont :

    • les coques sphériques
    • les bacilles en bâtonnets
    • les vibrions incurvés
    • les formes fuselées
    • les spirilles hélicoïdales
  • Les arrangements bactériens comprennent : les amas chez Staphylococcus, les chaînettes chez Streptococcus et Lactobacillus, les paires ou diplocoques chez Neisseria, les palissades chez Corynebacterium, les arrangements en Y chez Bifidobacterium

3. Organisation générale des bactéries

★ À maîtriser

  • Les bactéries sont des cellules procaryotes dépourvues de noyau et d’organites intracellulaires.

  • Le chromosome bactérien est unique et circulaire, et constitué d’ADN.

  • Les bactéries se multiplient par divisions successives appelées scissiparité.

Compléments

  • Les éléments inconstants peuvent être :
    • la capsule
    • le glycocalyx
    • les cils
    • les flagelles
    • les pili
    • les fimbriae

4. Membrane plasmique bactérienne

Notions clés & Définitions

  • Membrane plasmique : Bicouche phospholipidique contenant des protéines et des glycoprotéines, qui sépare la paroi du cytoplasme et assure plusieurs fonctions.

★ À maîtriser

  • La membrane plasmique contient 30 à 40 % de lipides, 60 à 70 % de protéines et des traces de glucides indiquées à 2 à 15 % ; elle ne contient pas de cholestérol.

  • La membrane participe à la production et à la conservation de l’énergie par la respiration membranaire : les protons expulsés créent un gradient électrochimique qui permet la phosphorylation oxydative chez les bactéries aérobies grâce aux ATP synthases. La fermentation cytoplasmique produit de l’ATP par phosphorylation au niveau du substrat ; l’hydrolyse des liaisons riches en phosphates de l’ATP fournit de l’énergie aux activités cellulaires.

  • La membrane participe : au transport des solutés, à la synthèse du peptidoglycane, des acides téichoïques, du LPS et des polymères capsulaires, à l’exportation des protéines, à la transduction des signaux, à la réplication chromosomique, à la division cellulaire, à la mobilité flagellaire, à la chimiotaxie

Compléments

  • En microscopie électronique, la membrane plasmique présente trois couches : deux feuillets denses aux électrons entourent un feuillet interne transparent.

  • Les phospholipides amphiphiles se disposent en double couche, leurs pôles hydrophobes se faisant face, et échangent par diffusion.

  • La membrane comporte environ 200 types de protéines, transmembranaires ou périphériques ; les protéines intégrales peuvent être des perméases de substrats nutritionnels ou des déshydrogénases respiratoires.

  • Les protéines hydrosolubles membranaires ont des fonctions enzymatiques, notamment dans la synthèse du peptidoglycane, et les perméases assurent le transport actif des composés.

  • La membrane bactérienne est asymétrique et dynamique, avec les glycolipides et glycoprotéines du côté extracellulaire ; sa barrière hydrophobe bloque les molécules polaires et retient des protéines et des produits métaboliques.

5. Cytoplasme et matériel génétique

Notions clés & Définitions

  • Cytoplasme : Liquide dans lequel baignent les éléments internes de la bactérie ; c’est un hydrogel colloïdal.

★ À maîtriser

  • Une bactérie contient environ 20 000 ribosomes 70S constitués de protéines et d’ARN ribosomique, eux-mêmes formés des sous-unités 30S et 50S.

  • Le nucléoïde est une structure fibrillaire enchevêtrée sans membrane nucléaire, formée d’un filament unique d’ADN chromosomique bicaténaire et circulaire.

Compléments

  • Les ribosomes sont le site de synthèse et d’exportation des protéines ainsi que la cible des aminosides, des tétracyclines, du chloramphénicol et des MLS.

  • Les inclusions organiques comprennent des dépôts de glycogène et de lipides servant de réserves de carbone, des carboxysomes contenant des enzymes fixant le CO₂ et des vacuoles gazeuses aidant les bactéries à flotter à différentes profondeurs pour capter lumière, oxygène et nourriture.

  • Le nucléoïde est composé de 60 % d’ADN surenroulé et organisé en domaines, de 30 % d’ARN et de 10 % de protéines.

  • Le nucléoïde porte l’information génétique, intervient dans la division bactérienne par scissiparité et sert à l’identification moléculaire et à l’épidémiologie moléculaire par GC %, hybridation ADN/ADN, séquençage et typage de fragments de restriction ou d’amplification de l’ADN.

6. Paroi et peptidoglycane

Notions clés & Définitions

  • Paroi bactérienne : Enveloppe externe rigide et vitale présente chez presque toutes les bactéries, sauf les mycoplasmes ; elle détermine leur forme, les protège mécaniquement et maintient une pression osmotique interne de 10 à 20 atmosphères.
  • Lipopolysaccharide : Macromolécule complexe du feuillet externe de la membrane des bactéries Gram négatives ; son lipide A est responsable de sa toxicité et de son effet pyrogène.

★ À maîtriser

  • Le peptidoglycane est un réseau tridimensionnel maillé, rigide mais poreux, situé dans la partie la plus interne de l’enveloppe bactérienne et permettant la diffusion des substances.

  • Le peptidoglycane mesure 20 à 80 nm d’épaisseur chez les bactéries Gram positives et environ 3 nm chez les Gram négatives.

  • Le squelette glucidique du peptidoglycane alterne la N-acétylglucosamine (NAG) et l’acide N-acétylmuramique (NAM), liés par des liaisons β1-4.

  • 🔄 La synthèse du peptidoglycane se déroule en trois étapes :

    1. Dans le cytoplasme, l’UDP-NAM-pentapeptide est formé à partir de NAG, de phosphoénolpyruvate et de cinq acides aminés.
    2. Dans la membrane, un NAG se fixe sur l’UDP-NAM-pentapeptide pour former le disaccharide de base.
    3. Dans la paroi, des enzymes incorporent et relient les unités à la chaîne en formation.
  • Les β-lactamines inhibent la synthèse du peptidoglycane par action sur les transpeptidases et les carboxypeptidases, les glycopeptides se fixent à la région D-Ala-D-Ala des précurseurs et la fosfomycine inhibe la synthèse de l’acide N-acétylmuramique.

  • Chez les bactéries Gram positives, le peptidoglycane est très abondant, épais et solide, mesure 20 à 80 nm et est associé à des protéines pariétales.
  • Chez les bactéries Gram négatives, le peptidoglycane mesure 3 à 8 nm, est plus relâché et est entouré d’une membrane externe de 7 à 8 nm faite d’une bicouche phospholipidique contenant notamment la lipoprotéine de Braun, OmpA, des porines et des récepteurs du fer.

  • La chaîne O hydrophile du LPS est constituée de plusieurs sucres, forme une barrière aux antibiotiques hydrophobes et confère la spécificité O d’espèce ou de sérotype ; le LPS est antigénique et peut provoquer un choc endotoxinique.

Compléments

  • La partie commune de la paroi bactérienne est le peptidoglycane, ou muréine, sauf chez les bactéries halophiles ou thermophiles.

  • Le peptidoglycane est un hétéropolymère de chaînes glucidiques linéaires et parallèles reliées par des chaînes latérales tétrapeptidiques.

  • Les chaînes latérales du peptidoglycane comportent au minimum quatre acides aminés et sont fixées au NAM par une liaison amide ; chez S. aureus, elles comprennent L-alanine, D-glutamate, L-lysine et D-alanine.

  • Des ponts interpeptidiques, constitués de courtes chaînes peptidiques, relient les chaînes tétrapeptidiques adjacentes du peptidoglycane.

  • La transpeptidase établit les ponts interpeptidiques en éliminant la D-alanine terminale, la carboxypeptidase élimine la D-alanine terminale par hydrolyse sans former de pont interpeptidique et la transglycosidase relie le diholoside-pentapeptide à la chaîne en formation.

  • Les PBP de haut poids moléculaire ont une activité transglycosidase et transpeptidase, tandis que les PBP de bas poids moléculaire ont une activité carboxypeptidase ou endopeptidase.

7. Coloration de Gram

★ À maîtriser

  • La coloration de Gram utilise successivement : le violet de gentiane ou le cristal violet, le lugol, un mélange d’alcool et d’acétone, la fuchsine basique ou la safranine en contre-coloration

  • La coloration de Gram permet de visualiser la morphologie et le mode de groupement des bactéries et de différencier les bactéries Gram positives des Gram négatives.

  • 🔄 La coloration de Gram comprend quatre étapes successives :
    1. Coloration primaire au violet de gentiane ou de cristal
    2. Mordançage au lugol
    3. Décoloration à l’éthanol
    4. Coloration secondaire à la fuchsine basique ou à la safranine

📌 Lors de la décoloration, l’éthanol traverse facilement la paroi fine des bactéries Gram− et décolore leur cytoplasme, tandis qu’il traverse mal la paroi épaisse des bactéries Gram+ et ne décolore pas leur cytoplasme.

📌 Après la contre-coloration, les bactéries Gram− ont un cytoplasme rose, tandis que le violet masque la fuchsine chez les bactéries Gram+, dont le cytoplasme reste violet.

Compléments

  • Hans Christian Gram a inventé la coloration de Gram en 1884.

  • La coloration de Gram se réalise sur des frottis fixés.

  • Le violet de gentiane ou de cristal traverse la paroi et les membranes bactériennes, puis colore le cytoplasme ; le lugol fixe ensuite ce colorant dans le cytoplasme par précipitation.

Astuce mémo

Violet → lugol → éthanol → fuchsine

8. Rôles et effets de la paroi

★ À maîtriser

  • La paroi bactérienne détermine la forme, la rigidité et la solidité de la bactérie et protège sa membrane cytoplasmique contre la lyse osmotique.

📌 Sous l’action du lysozyme, une bactérie Gram+ peut devenir un protoplaste lorsque sa paroi est entièrement détruite en milieu isotonique avec saccharose ; elle s’arrondit, gonfle et ne peut plus se diviser.

📌 Sous l’action du lysozyme, une bactérie Gram− peut devenir un sphéroplaste en milieu hypertonique avec saccharose ; elle s’arrondit, mais peut encore se diviser et retrouver sa paroi après retrait du milieu.

Compléments

  • La paroi est une cible d’antibiotiques qui inhibent la synthèse du peptidoglycane, notamment les β-lactamines, les glycopeptides et la fosfomycine.

  • Le lipide A du LPS des bactéries Gram− contribue à la toxicité, tandis que les acides téichoïques des bactéries Gram+ contribuent à l’adhésion.

  • La paroi est poreuse et perméable aux molécules hydrophiles, mais exclut les composés hydrophobes.

Astuce mémo

Gram+ : protoplaste ; Gram− : sphéroplaste

9. Capsule bactérienne

Notions clés & Définitions

  • Capsule bactérienne : Couche externe excrétée par certaines bactéries, constituée de polysaccharides exposés en surface.

★ À maîtriser

  • La capsule protège contre la dessiccation et la phagocytose, repousse les bactériophages et les détergents, et favorise l’adhésion aux surfaces solides.

Compléments

  • Les capsules peuvent contenir de l’acide galacturonique, de l’acide glucuronique ou de l’acide hyaluronique ; leurs polymères purifiés sont très immunogènes et servent de base à certains vaccins antibactériens, notamment contre H. influenzae, S. pneumoniae et N. meningitidis.

  • La capsule est fixée à la bactérie, mais du matériel capsulaire peut être libéré sous forme soluble dans les liquides biologiques, comme le LCR, où ses antigènes solubles peuvent être recherchés.

  • Chez certaines espèces, dont Klebsiella et E. coli K1, la capsule contribue à la virulence en empêchant la phagocytose.

📌 En coloration négative à l’encre de Chine ou à la nigrosine, le colorant est repoussé par la capsule, qui apparaît claire sur fond noir ; les bactéries capsulées forment des colonies lisses ou muqueuses S, contrairement aux mutants non capsulés qui forment des colonies rugueuses R.

Astuce mémo

Capsule présente : colonies S lisses ; absente : colonies R rugueuses

10. Couche mucoïde et couche S

Notions clés & Définitions

  • Couche mucoïde : Couche diffuse de polysaccharides qui recouvre la face externe de la paroi et se détache facilement.
  • Couche S : Structure externe à la paroi, formée d’un arrangement régulier de sous-unités protéiques orthogonales percé de quelques pores et observable uniquement en microscopie électronique.

★ À maîtriser

  • La couche mucoïde favorise l’adhésion aux surfaces, notamment aux sondes, aux cathéters et aux valves cardiaques artificielles, et participe à la formation du biofilm.

Compléments

📌 Chez les bactéries Gram+, la couche S est ancrée dans le peptidoglycane, tandis que chez les bactéries Gram−, elle est attachée à la membrane externe ; son assemblage se fait par polymérisation spontanée.

  • La couche S protège contre les bactériophages, la phagocytose par les protozoaires et la fixation du complément, tout en favorisant l’adhésion aux surfaces inertes et aux cellules.

11. Pili et fimbriae bactériens

Notions clés & Définitions

  • Pili et fimbriae : Fins appendices fibrillaires, généralement tubulaires et rigides, présents surtout à la surface des bactéries Gram− et ne constituant pas des organes de locomotion.

★ À maîtriser

  • Les pili communs portent des adhésines qui permettent l’attachement à des supports inertes ou aux globules rouges, ainsi que la colonisation des cellules hôtes.

  • Les pili P sont associés aux pyélonéphrites et sont exprimés par des souches uropathogènes d’E. coli ; les pili de type 1, sensibles au mannose, sont des facteurs d’adhésion importants d’E. coli et de nombreuses bactéries Gram−.

  • Les pili conjugatifs servent à l’arrimage des bactéries F+ et F− et au transfert d’ADN d’une cellule à l’autre par conjugaison.

Compléments

  • Les pili et fimbriae mesurent 3–10 μm de longueur et environ 2–10 nm de diamètre ; une cellule en porte d’une dizaine à plus de mille, implantés dans la membrane externe ou parfois dans la membrane plasmique.

  • Les pili sont droits et constitués de sous-unités d’une protéine structurale principale appelée piline ; chaque espèce bactérienne produit un ou plusieurs types dotés de structures et de fonctions particulières.

  • Les pili communs peuvent contribuer à la formation du biofilm, à de petits déplacements par glissements et saccades, à la formation d’un voile en culture liquide non agitée, au transfert génétique et à la fixation de bactériophages ou d’ADN environnemental.

  • Les pili de type IV sont présents notamment chez Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae, Vibrio cholerae, Legionella pneumophila et les E. coli entéropathogènes ; ils participent à l’adsorption des bactériophages, à la formation de biofilms, à la mobilité par glissement et à la transformation chez N. gonorrhoeae, H. influenzae et L. pneumophila.

📌 Les pili conjugatifs ou sexuels mesurent 20 μm, sont présents à raison de 1 à 10 par cellule et sont déterminés par des facteurs sexuels, dont le facteur F ; ils ne se trouvent que chez les bactéries mâles F+ ou Hfr.

12. Flagelles et mobilité bactérienne

Notions clés & Définitions

  • Flagelle bactérien : Appendice filamenteux flexible, en tube creux hélicoïdal, qui assure la mobilité et le chimiotactisme.

★ À maîtriser

  • La rotation du flagelle, entraînée par le corps basal dans le sens antihoraire, permet la locomotion de la bactérie.

📌 Les flagelles ont une organisation polaire ou péritriche ; l’organisation polaire comprend les formes monotriche, amphitriche et lophotriche.

Compléments

  • Les flagelles mesurent 20 nm de diamètre et 6–20 μm de longueur, sont visibles en microscopie optique après coloration de Leifson et sont présents en nombre variable, de 2 à 100, selon les espèces.

  • Les flagelles sont constitués de flagelline, une protéine linéaire propre à chaque espèce, dont les sous-unités sont assemblées par polymérisation.

  • Les formes de ciliature polaire sont :

    • Monotriche : un seul flagelle à une extrémité
    • Amphitriche : un flagelle à chaque pôle
    • Lophotriche : un groupe de flagelles à une extrémité
  • Chez les bactéries à ciliature péritriche, les flagelles sont insérés en plusieurs points autour de la bactérie au repos et se regroupent en faisceau pendant la nage ; la flagelline constitue l’antigène H, utilisé pour identifier des sérotypes, notamment chez Salmonella, et pour réaliser la sérologie par détection des anticorps anti-H.

13. Endospore et cycle sporale

Notions clés & Définitions

  • Endospore : Forme de survie produite par certaines bactéries Gram+, notamment Bacillus et Clostridium, qui leur permet de résister à des conditions environnementales défavorables.

★ À maîtriser

  • 🔄 Le cycle de l’endospore comprend :

    1. Formation de la spore à l’intérieur du cytoplasme
    2. Libération dans le milieu extérieur par lyse de la cellule mère, ou sporange
    3. Germination en cellule végétative lorsque les conditions redeviennent favorables
  • En microscopie électronique, l’endospore comprend un exosporium externe lâche et fragile, une tunique épaisse et imperméable qui confère la résistance chimique, et un cortex entourant la membrane sporale, les ribosomes et le nucléoïde ; son cytoplasme est riche en calcium chélaté par l’acide dipicolinique, qui représente 15 % du poids sec de la spore.

Compléments

  • L’endospore résiste à :

    • La chaleur
    • Les hautes pressions
    • Les rayonnements X et UV
    • La dessiccation
    • Le froid
    • Les ultrasons
    • Les carences nutritives
    • Les agents chimiques, notamment les colorants, les antibiotiques et les désinfectants
  • Les endospores participent à la transmission de bactéries telles que Clostridium tetani, responsable du tétanos, Clostridium botulinum, responsable du botulisme, et Bacillus anthracis, responsable du charbon.

  • À l’état frais, une endospore est visible en microscopie optique comme une zone réfringente et brillante, incolore à l’intérieur de la cellule mère.

  • La position de l’endospore peut être centrale, subterminale ou terminale ; une spore de grande taille déforme la cellule mère et sa forme peut être ronde, ovoïde ou cylindrique.

  • Le cycle sporale, du passage de la forme végétative à la forme sporulée, dure 7–9 heures.

Astuce mémo

Sporulation → spore résistante → germination

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Structure et fonctions bactériennes avec 43 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Quelle description caractérise une bactérie ?

2. À qui sont attribuées les premières observations de bactéries, et en quelle année ?

Faire le QCM →

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les concepts clés de Structure et fonctions bactériennes avec 94 flashcards interactives.

Qu’est-ce qu’une bactérie ?

Un micro-organisme unicellulaire visible au microscope optique et appartenant aux procaryotes.

Quel est le diamètre d’une bactérie, en micromètres ?

De 0,1 à 2 μm.

Quelle est la longueur d’une bactérie, en micromètres ?

De 0,5 à 5 μm.

Voir les flashcards →

Cours similaires

Crée tes propres fiches de révision

Importe ton cours et l'IA génère fiches, QCM et flashcards en 30 secondes.

Générateur de fiches