Chapitre 2 : morphologie et ultrastructure des bactéries

1TSBioT – cours microbio – Chapitre 2 : Morphologie et ultra structure des bactéries

Chapitre 2 : Morphologie et ultrastructure des bactéries

I- Morphologie des bactéries

I-1- La forme I-2- La taille I-3- Les associations

II- Les constituants de la cellule bactérienne

II-1- Schéma général simplifié d’une bactérie II-2- Eléments constants et inconstants de la structure bactérienne

III- Les éléments constants de la cellule bactérienne

III-1- La paroi bactérienne

a) Méthodes d’étude

b) Aspect en microscopie électronique

c) Structure chimique de la paroi

d) Les rôles de la paroi

e) Quelques parois bactériennes particulières

III-2- Le cytoplasme III-3- L’appareil nucléaire

a) Techniques d’étude

b) Structure du chromosome bactérien

c) Rôles du chromosome bactérien

III-4- La membrane cytoplasmique

a) Techniques d’étude

b) Structure et composition chimique

c) Rôles de la membrane cytoplasmique

IV- Les éléments facultatifs de la cellule bactérienne

IV-1- La capsule

a) Mise en évidence

b) Morphologie et structure chimique

c) Rôles et propriétés

IV-2- Les flagelles

a) Mise en évidence

b) Morphologie et mode d’insertion

c) Architecture moléculaire

d) Synthèse du flagelle

e) Fonctionnement du flagelle

f) Rôle des flagelles

IV-3- Les pili ou fimbriae IV-4- Les plasmides IV-5- Les spores

a) Mise en évidence

b) Morphologie et structure

c) Composition chimique

d) Le cycle sporal

e) Les étapes de la sporulation

f) Propriétés de la spore

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I- Morphologie des bactéries (Document 1)

 Formes des cellules bactériennes : les bactéries sont des organismes unicellulaires de formes variées

bactéries de forme arrondies ou cocci, isolées, en chaînette, en amas (nombre variable de cellules) : Staphylocoques, Streptocoques …

bactéries de forme allongée ou bacilles isolés, en chaînette ou amas, de longueur et diamètre variables : E.coli, Salmonella, Bacillus etc…

bactéries de forme spiralée spirilles, spirochètes comme Treponema

un groupe particulier de bactéries de forme filamenteuse se rapprochant des moisissures : les Actinomycètes

 Taille : les bactéries les plus petites ont une taille d’environ 0,2 µm (Chlamydia) et les plus longues certains Spirochètes peuvent atteindre 250µm de long. En moyenne la taille se situe entre 1 et 10 µm

 Associations cellulaires : une espèce bactérienne peut apparaître sous forme de cellules isolées séparées ou en groupements caractéristiques variables selon les espèces : association par paires, en amas réguliers, en chaînette, par quatre (tétrades) etc… Cependant il faut savoir que les groupements ne sont caractéristiques qu’au sortir de l’habitat naturel de la bactérie; exemples :

Les Staphylocoques isolés d’un pus présentent des groupements caractéristiques en « grappe de raisin »

Les Streptocoques isolés d’un lait forment des chaînettes

Ensuite lorsque ces bactéries sont cultivées sur milieux synthétiques les groupements caractéristiques sont généralement perdus.

Dans la nature certaines bactéries vivent en groupes de cellules peu différenciées : Cyanobactéries qui forment des trichomes

Les coques

Forme Mode de groupement Schéma Exemples

Forme sphérique De 0.5 à 2 µm

Isolés mais le plus souvent Diplocoques en grain de café

Genre Neisseria (N. meningitidis : méningite cérébrospinale)

Chaînette Genre Streptococcus (S. pyogenes : lésions cutanées, otites, conjonctivites ; S. pneuminiae : pneumonies, otites, sinusites)

Amas réguliers, grappe de raisin

Genre Staphylococcus

tétrades Genre Sarcina (flore intestinale), Genre Deinococcus (non pathogène)

Les bacilles

Forme Mode de groupement Schéma Exemples

Droits 0 à 6 µm de long 0.5 à 2 µm de large extrémités plates, arrondies ou carrées

Isolés le plus souvent, en paires (diplobacilles), en chaînes

Famille des entérobactéries (commensales intestins), Genre Bacillus (sol, eaux, plantes ; pathogènes = anthracis (charbon), cereus et subtilis (intox alim))

Incurvés Genre Vibrio (V. Cholerae : choléra)

Coccobacilles Courts et larges, ressemblant à des coques

Genre Acinetobacter (infections nosocomiales), Haemophilus influenza (infections respiratoires, méningite de l’enfant, grippe espagnole)

Autres formes : Extrémités renflées Extrémités fuselées Extrémités en forme de crosse

Palissades ou lettres Genre Corynebacterium (diphtheriae) Genre Fusobacterium(infections bronchopulmonaires) Genre Bifidobacterium (flore intestinale : probiotique = protège contre bact patho)

Les bactéries spiralées

Forme Mode de groupement Schéma Exemples

Distinction sur le nombre et l’amplitude des spirales Taille 5 à 500 µm

Isolés Les spirochètes : Treponema pallidum (syphilis)

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Autres formes de bactéries

Forme Schéma Exemples

Bactéries pédonculées Genre Caulobacter (non patho)

Bactéries filamenteuses Genres Actinomyces (svt associé à des inflammations sans être patho) Genre Streptomyces (tellurique = sol)

II- Les constituants de la cellule bactérienne

II-1- Schéma général simplifié d’une bactérie Compléter le schéma général d’une bactérie (Document 2) en précisant les éléments constants et facultatifs

II-2- Eléments constants et inconstants de la structure bactérienne Certaines structure sont présentes chez toutes les bactéries, ce sont les éléments « constants » ; d’autres sont retrouvés seulement chez certaines bactéries : ce sont les éléments « inconstants » ou « facultatifs ».

Construire avec eux et à partir du schéma précédent un tableau récapitulant les éléments constants et facultatifs :

Eléments CONSTANTS Eléments FACULTATIFS

Paroi (Gram⁺ : PG ; Gram^– : mbr ext + PG) Capsule

Membrane plasmique Mésosome (rôle incertain)

cytoplasme Plasmide

Périplasme (espace périplasmique) Vacuole à gaz (bactéries aquatiques)

Ribosomes Inclusions de réserves

Polysomes Pili = fimbriae

Appareil nucléaire : chromosome unique Flagelles

Chromatophore (bactéries photosynthétiques)

Endospore (bactéries sporulant)

Replacer l’élément de la structure bactérienne qui correspond à chaque définition inscrite dans le tableau du Document 3.

III- Les éléments constants de la cellule bactérienne

III-1- La paroi bactérienne

a) Méthodes d’étude

expériences de plasmolyse (cellule plongée dans un milieu hypertonique, la paroi se « décolle »)

broyage des bactéries et lyse par ultrasons

congélation / décongélation

On sépare ensuite les différents constituants par centrifugation, lavages. On passe ensuite à l’étude en microscopie électronique ou à l’étude chimique.

b) Aspect en microscopie électronique

On distingue 2 types de parois au microscope électronique : les Gram (+) et les Gram (-). Voir Document 4.

À partir des 2 photographies présentées sur le Document 4, faire un dessin simplifié de la paroi des bactéries Gram+ et Gram-.

Gram + Gram –

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Espace périplasmique

Espace périplasmique

Espace périplasmique

Membrane plasmique 7.5 nm

Membrane externe 7 à 8 nm Peptidoglycane De 20 à 80 nm (80 à 90% de la paroi)

Membrane plasmique 7.5 nm

Peptidoglycane De 2 nm (10 % de la paroi)

Espace périplasmique

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c) Structure chimique de la paroi

C1) Principaux constituants chimiques présents dans la paroi des bactéries Gram positif et Gram négatif :

Paroi des bactéries Gram (+) Paroi des bactéries Gram (-)

Osamines : N-acétyl glucosamine (NAG) et Acide N-acétyl muramique (ANAM)

Acides teïchoiques et lipoteïchoiques (polymères de polyribitol phosphate ou polyglycérol phosphate)

Pas d’acides teïchoiques ni lipoteïchoiques

Acides aminés dont 4 majeurs : Ala (D et L) D-Glu, L-

Lys, acide diaminopomélique (DAP)

Mêmes acides aminés

(moins de L-Lys et de DAP)

Peu de lipides (1 à 2 %) Lipides en grande quantité (10 à 20 % dans la

membrane externe)

Légender les schémas des parois Gram (+) et (-) sur le Document 5.

C2) La membrane externe de la paroi des bactéries Gram (-) : elle est liée à la couche de peptidoglycane par la lipoprotéine de Braun. Elle est formée d’une bicouche dont seule la partie inférieure est phospholipidique. La partie supérieure est constituée de LPS (lipopolysaccharide). Voir Document 6. Celui-ci comprend :

une partie lipidique (lipide A) qui comporte une activité toxique – liée à un polysaccharide central (le « core ») – qui porte des chaînes de 3 à 6 sucres tournées vers l’extérieur (appelées « l’antigène O » car très antigénique)

A cause du pouvoir toxique du lipide A, le LPS est appelé une « endotoxine ».

C3) La coloration de Gram : Les différences de constitution et de structure chimique des parois Gram (+) et Gram (-) permettent d’établir le principe de la coloration élaborée par Christian GRAM (1884) :

Bactérie Gram positif étapes Bactérie Gram négatif

1- coloration par le violet de gentiane du cytoplasme des cellules

2- fixation du violet par le lugol (réactif iodo-ioduré) = formation de complexes violet-lugol

3- Décoloration par l’alcool (solubilise les lipides de la mbr ext des gram(-) et décolore le cpxe violet-lugol ; pas d’effet sur les gram(+) car ne pénètre pas dans leur cytoplasme) 4- Coloration par la fuschine (ou safranine) qui recolore le cytoplasme des gram(-) en rose

C4) Le peptidoglycane : On retrouve un composé commun dans les parois des bactéries Gram (+) et (-) : le peptidoglycane = muréine = mucopeptide. Il est composé de motifs glucidiques et peptidiques.

A partir des renseignements fournis par les Documents 6 et 7, faire un schéma simplifié du peptidoglycane en utilisant les représentations suivantes :

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