Morphologie et structure des cellules bactériennes

Question 1

Comment différencier les cellules eucaryotes des procaryotes?

Answer 1

Eucaryotes

• Noyau avec membrane nucléaire
• Organelles cytoplasmiques (mitochondries, chloroplastes, etc.)
• Structures membranaires intracytoplasmiques élaborées (appareil de Golgi, RER)

Procaryotes

• Rien de ce qui a été dit précédemment (pas de noyau, d’organelles, de structures membranaires intracyplasmiques)
• Cytoplasme uniforme

Question 2

Quels sont les deux grands groupes de procaryotes et quelles sont les différences?

Answer 2

Structures identiques, mais voies biochimiques différentes.

Eubactéries
-Majorité des bactéries

Archaebactéries

• environnements extrêmes, (température, [sel], pas d’oxygène, etc.)
• paroi cellulaire n’a pas de PG, mais de la pseudomuréine (pas les mêmes sucres, ni a.a. des ponts, mais même fonctions)
• Membrane cytoplasmique: pas de glycérophospholipides, mais différents lipides et alcools à longues chaînes, etc. et parfois une monocouche
• couches S beaucoup plus fréquentes
• —–livre——–
• Flagelles plus fins chez archées
• Ribosome: archées ont + de protéines ribosomiques et au moins une a un ARNr supplémentaire
• Formes: archées souvent coques et bâtonnets, mais jamais observé de spirochètes ou mycéliennes

Question 3

Quelles sont les formes possibles des bactéries?

Answer 3

1. Sphères (cocci, coccus ou coques)
2. Bâtonnets (bacilles)
   - cocobacilles sont + trapues
3. Bâtonnets incurvés (vibrions)
4. Spirales
   - spirilles (rigides)
   - spirochètes (flexibles)
   - très longues et fines
   - certaines peuvent ramper
5. Autres
   - pléomorphes (plusieurs formes selon conditions)
   - hyphes (filalements)
   - ont parfois pédoncules/prostèques (prolongements)
   - haloquadratum (4 “cubes” associés)

Question 4

Décrire la taille moyenne des bactéries et expliquer le rapport surface/volume.

Answer 4

Longueur: 1 à 10 microns
Diamètre: 0.5 à 1.5 microns
-parfois extrêmement petites ou grandes

Énorme surface pour petit volume, car les bactéries doivent faire beaucoup d’échanges pour combler leurs besoins nutritionnels.

Question 5

Quelles sont les associations cellulaires possibles pour les bactéries?

Answer 5

Bacilles
-Généralement 1 à 2 cellules

Cocci

• Grappes
• Chaînes
• Diplocoques (2)
• Octades (8)
• Tétrades (4)
• Rosette (comme le caulobacter, apparence de rosette)

Question 6

Où se trouve la paroi cellulaire bactérienne et quels sont ses rôles?

Answer 6

1. Localisation
   - La paroi cellulaire se retrouve “par-dessus” la membrane cytoplasmique.
   - Présente chez toutes les bactéries avec quelques exceptions (quand pression osmotique de l’extérieur est moins élevée et leur membrane cytoplasmique est plus rigide que la moyenne)
2. Fonctions
   - elle permet survie quand pression osmotique de l’extérieur > intérieur (cytoplasme concentré en solutés), empêche toute l’eau d’entrer
   - elle donne la forme à la cellule (la façon dont elle va s’assemble, que ce soit coque, bacille, etc.)

Question 7

Expliquer la chimiotaxie, le fonctionnement et les deux types.

Answer 7

La chimiotaxie est la capacité d’orienter son mouvement selon la concentration des molécules favorables à l’organisme.

Comment?

• perception de l’environnement grâce à senseurs
• changement d’orientation de rotation du flagelle (horaire ou antihoraire)
• antihoraire: nage linéaire
• horaire: culbute

1. Chimiotaxie positive
   - Se diriger vers une plus grande concentration de nutriments.
2. Chimiotaxie négative
   - Fuire un environnement toxique (température, substances toxiques, etc.)

Question 8

Qu’est-ce que la coloration Gram et quelles en sont les étapes?

Answer 8

La coloration Gram se base sur la rétention ou non du colorant “violet de cristal”.

Étapes

1. Colorer avec le violet de cristal (coloration simple)
2. Mettre iode pour “fixer” s’il y a eu interaction
3. Étape discriminante: Laver avec alcool/acétone pour que tout ce qui n’a pas été fixé/retenu soit décoloré
4. Mettre du contre-colorant (safranine) rosé/rouge pour faciliter indentification (ne pas se tromper entre gram+ et gram-)

Donc,
gram+ = retention du colorant, elles sont violettes
gram- = pas de rétention, elles sont rouges

Question 9

Établir le lien entre paroi cellulaire et coloration gram.

Answer 9

GRAM-NÉG

• beaucoup moins de PG = moins rigide (pression de 2 à 3 atm), mais membrane beaucoup plus complexe avec très grand nombre de composés
• moins perméable en raison entre autres de la membrane externe (porines ne laissent pas passer, etc.)

GRAM-POS

• membrane plus épaisse et uniforme, beaucoup de couches de PG liées ensemble, donc beaucoup plus rigide (pression 10 à 15 atm)
• acides téichoïques réagiraient avec violet de cristal

Question 10

De quoi est composé la paroi cellulaire bactérienne?

Answer 10

1. Peptidoglycane (PG/muréine)
   - polysaccharide, exclusif aux bactéries dans le monde vivant
   - copolymère (2 sous-unités répétées, soit N-acétylglucosamine et acide N-acétylmuramique)
   - fait une chaîne autour de la cellule
   - chaînes de PG reliées par ponts peptidiques constitués d’a.a avec formes hors-normes (D au lieu de L, comme ala ou glu) DONC structure en “quadrillage” très rigide
   - enzyme responsable des liens peptidiques: transpeptidase
2. Acides téichoïques
   - juste dans eubactéries gram-pos
   - a un groupement phosphate
   - chargés négativement = filtre ionique
3. Membrane externe
   - juste dans gram-nég
   - composée de phospholipides, protéines (OMP) et LPS (lipopolysaccharides)
   - exemple d’OMP: porines (transport molécules hydrophiles sélectionnées par taille et nature)
4. Espace périplasmique
   - juste dans gram-nég

Question 11

Expliquer l’effet de la pénicilline sur une bactérie.

Answer 11

Certains antibiotiques comme la pénicilinne vise la transpeptidase soit l’enzyme responsable des liens peptidiques covalents entre les chaînes de PG, afin de freiner la croissance bactérienne.
DONC
1. Briser des liens peptidiques
2. La cellule est affaiblie, l’eau peut entrer
3. Lyse de la cellule (explosion)

Question 12

——photo membrane gram+ ——-

Answer 12

Membrane gram+

Question 13

——-photo membrane gram——

Answer 13

Membrane gram-

Question 14

De quoi sont composés les LPS de la membrane exterme des gram-nég?

Answer 14

1. Lipide A
   - Acides gras reliés à 2 molécules de glucosamine
2. Polysaccharide central (bloc de sucres)
3. Chaîne latérale O/antigène
   - Former anticorps
   - Constituée de blocs de sucres à répétition

Question 15

De quoi est composé l’espace périplasmique entre la membrane externe des gram-nég et la membrane cytoplasmique?

Answer 15

1. Quelques couches de PG
2. Lipoprotéine
   - Lien entre PG et membrane externe
3. Protéines de transport
   - Vers membrane cytoplasmique

Question 16

Où se trouve la membrane cytoplasmique et quelles sont ses fonctions?

Answer 16

Où? À la limite du cytoplasme. Chez TOUS les organismes cellulaires.

FONCTIONS PASSIVES (2)

1. séparer cytoplasme de l’environnement = frontière entre vivant et non-vivant
2. imperméable (barrière hydrophobe grâce aux glycérophospholipides

FONCTIONS ACTIVES (6)

• fait par protéines
• demande énergie

1. transport actif de nutriments (plus concentrés vers l’int.)
2. transport actif de déchets comme p.ex. l’éthanol (plus concentrés à l’ext.)
3. transport précurseurs (pour assemblage à l’extérieur de la membrane) comme pour les PG (synthèse des sous-unités à l’int. et assemblage vers l’ext.)
4. production d’énergie comme ATP
   - avec protéine ATP synthase
5. réplication de l’ADN
   - membrane a un contact physique avec le chromosome (par sa région appelée mésosome) donc elle participe à la séparation des chromosomes (ségrégation)
6. perception de l’environnement
   - senseurs percoivent environnements
   - liée à la chimiotaxie par senseurs protéiques

Question 17

De quoi est composée la membrane cytoplasmique?

Answer 17

Prots = 60-70% poids sec
Lipides = 30-40 % poids sec

1. Lipide le plus fréquent
   - Glycérophospholipides, dont le plus fréquent: phosphatidyléthanolamine
   - Partie hydrophile et partie hydrophobe
   - Bicouche
2. Lipide moins fréquent
   - hopanoïdes
   - insérés dans bicouches, augmentent rigidité de la membrane quand présents

Question 18

Quelle est la structure de la membrane cytoplasmique?

Answer 18

• Mosaïque FLUIDE
• Bicouche, centre hydrophobe et extrémités hydrophiles
• Apparence de “gel” en raison des glycérophospholipides

Question 19

Nommer et décrire les structure extracellulaires des procaryotes.

Answer 19

1. Flagelles
   - chez les cellules aux formes allongées (bacilles, vibrions, etc.)
   - structure filamenteuse longue et fine (15 à 20 microns de longueur) composée de 3 parties: flagelline, crochet et corps basal
   - fonction: locomotion (déplacement) en mouvements de rotation
2. Fimbriae et pili
   - structure filamenteuse imbriquée dans paroi cellulaire, pas de tige et d’anneaux
   - longueur de 2 à 4 microns (un peu plus courtes)
   - composée de: frimbrilline ou piline (prot) qui s’empilent de façon hélicoïdale et, à l’apex, des recepteurs protéiques
3. Glycocalyx
   - par dessus paroi cellulaire, couche la plus extérieure.
   - comprend la capsule et la couche muqueuse/mucoïde
4. 1 Capsule
   - faite de polysaccharides sauf exceptions (p. ex. capsule de bacillus anthracis est composée de prots)
   - riche en eau
5. Couches S
   - extérieur à la paroi cellulaire
   - dans gram-pos: sur couches de PG
   - dans gram-nég: sur membrane externe
   - couches S internes à la capsule
   - réseau cristallin de prots ou glycoprots, selon une structure enchevêtrée

Question 20

Décrire les 3 parties du flagelle.

Answer 20

1. Flagelline
   - protéine qui s’empile de façon hélicoïdale
2. Crochet
   - donne une courbure au flagelle
3. Corps basal
   - traverse paroi cellulaire jusqu’à la membrane cytoplasmique
   - fournit énergie pour rotation et permet à la structure de tourner sans friction
   - change selon gram+ et gram- (s’adapte aux parois)

Question 21

Quels sont les dispositions possibles de flagelles?

Answer 21

1. Disposition monotriche
   - 1 seul flagelle
2. Lophotriche
   - plusieurs flagelles sur 1 extrémité
3. Amphitriche
   - un ou plusieurs flagelles sur 2 extrémités
4. Pétitriches
   - flagelles tout autour du corps

Question 22

Différencier mobilité et motilité.

Answer 22

Mobilité: peut être dépourvu de flagelles, peut suivre courant sans dépenser d’énergie.

Motilité: capacité de se déplacer, même contre le courant. demande énergie.

Question 23

Quelles sont les fonctions des fimbriae?

Answer 23

1. Reconnaissance spécifique
   - grâce à recepteurs sur apex (reconnaît, par exemple, autres cellules bactériennes, certaines surfaces, etc.)
   - permet ainsi de s’attacher aux cellules hôtes pour colonisation et développement d’une infection
2. Changer de position
   - petites secousses pour changer de position localement
3. Plusieurs surfaces
   - plusieurs fimbriae pour plusieurs types de surface (minérale, cellulaire, etc.)

Question 24

Quelle est la fonction des pili?

Answer 24

Transfert d’ADN

• entre cellules bactériennes
• mécanisme appelé conjugaison, donc “pilus de conjugaison”

Question 25

Comment différencier la capsule de la couche muqueuse?

Answer 25

Capsule: difficilement détachable

Couche muqueuse: facilement détachable de la cellule

Question 26

Quelles sont les fonctions de la capsule?

Answer 26

1. Adhérence non-spécifique
   - en raison de la texture “collante”
2. Empêcher déshydratation
   - utiliser le grand volume d’eau de la capsule
3. Protection
   - système immunitaire à + de difficulté à s’en débarrasser, p.ex. plus difficile à phagocyter
   - repousser substances toxiques comme virus, etc.
4. Formation de biofilm
   - grâce à l’attachement

Question 27

Quelles sont les fonctions des couches S?

Answer 27

1. Protection contre environnement
   - enzymes lytiques
   - variations de pH peuvent être amoindries par couches S
   - prédateurs (autres cellules), résistance mécanique
   - phagocytose
2. Adhésion non-spécifique quand absence de capsule
   - dû à sa texture “papier sablé”

Question 28

Nommer et décrire les structures intracellulaires.

Answer 28

1. Nucléoïde
   - volume cytoplasmique contenant le matériel chromosomique (génétique) soit 1 seul chromosome circulaire
   - ADN très long, condensé
2. Ribosome
   - libres ou associés aux membranes
   - composé de prots, d’ARNr et de 2 sous-unités aux tailles différentes
   - rôle dans production de prots
   - procaryotes: 70S (50S + 30S)
   - eucaryotes: 80S (60S + 40S)
3. Corps d’inclusion
   - souvent matériel de réserve, sans membrane
   - volume très important
   - réserve de carbone sous forme de glycogène (glucose) ou poly-b-hydroxybutyrate
   - réserve de phosphate (grains de volutine ou métachromatiques) qui réagissent à colorants comme bleu de méthylène ou toluidine
   - réserve d’azote sous forme de cyanophicine (grains de 2 a.a. avec groupements azotés)
   - réserve de soufre
4. Endospores bactériennes
   - organe de résistance quand environnement devient hostile
   - pas pour reproduction (augmentation de la croissance et de la population), mais pour survie
5. Carboxysomes
   - jouent un rôle dans fixation du CO2 des autotrophes
   - transforment acide carbonique en CO2 et ont la RubisCO, une enzyme essentielle dans fixation carbone
6. Magnétosomes
   - chaînes intracellulaires composées de magnétite (Fe3O4) ou greigite (Fe3S4)
   - permettent aux bactéries magnétotactiques aquatiques de s’orienter dans le champ magnétique terrestre
7. Vacuoles à gaz
   - constituée de plusieurs vésicules gazeuses
   - permettent au m-o aquatiques de flotter à la bonne profondeur pour avoir le maximum de lum, nutriments et oxygène
   - peuvent ajuster le volume d’air qu’elles contiennent

Question 29

Comparer l’efficacité antibiotique sur les archae, eubactéries et eucaryotes.

Answer 29

Antibios qui visent ribosomes 70S eubactériens seront inefficaces chez 80S et archae. Par exemple: tétracycline, streptomycine et chloramphénicol.

Pourquoi? car production des prots chez archa et eucaryotes se ressemble beaucoup dû à leurs ancêtres communs.

Question 30

De quoi est composée l’endospore bactérienne?

Answer 30

Structures classées de la plus extérieure vers la plus centrale.

1. Exposporium
   - pas toutes les espèces le produisent
   - composé de lipoprotéines et de glycoprotéiness
   - on ne sait pas encore la fonction
2. Tunique sporale
   - chez toutes les endospores
   - constituée de plusieurs couches prots (a.a hydrophobes et cystéine)
   - imperméable aux molécules hydrophiles, donc résistance aux substances qui pourraient être toxiques
3. Cortex
   - PG mais beaucoup moins de ponts interchaînes, mais tout de même rigide
   - fonction: résistance mécanique aux pressions, etc.
4. Protoplaste
   - délimité par une membrane cytoplasmique
   - contient tout ce qu’une cellule a besoin pour démarrer (ribosomes, chromosomes)
   - état dormant, aucune activité métabolique
   - contient petites prots qui protègent chromosome contre radiations, etc.

Question 31

Quelles sont les étapes de sporulation?

Answer 31

7 étapes, durée d’environ 10h

D’abord, il y a division cellulaire

1. Duplication du matériel chromosomique (filament axial)
2. Formation du septum
   - près d’une extrémité de la cellule
3. Engloutissement de l’endospore
4. Formation du cortex
5. Formation de la tunique et exosporium
6. Sortie d’eau et production de plusieurs choses
7. Lyse du sporange (ancienne cellule végétative) et libération du spore

Question 32

Quelles sont les deux types de positionnement de l’endospore?

Answer 32

1. Endospore terminale (à l’extrémité de la cellule)

2. Centrale

Question 33

À quoi l’endospore peut-elle résister?

Answer 33

• Chaleur (car elle a très peu d’eau)
• Pression (grâce au cortex)
• Substances toxiques (imperméabilité de la tunique sporale)
• Protection de l’intégrité de l’ADN grâce aux protéines
• Temps (exemple du microbiote de l’abeille vieux de 40 millions d’années ou dans mine de sel vieille de 250 millions d’années)

Par exemple, clostridium botulinum peut résister à

• 100 degrés pendant des heures
• 121 degrés pendant 15min

Question 34

Qu’est-ce que la germination de l’endospore?

Answer 34

Lorsque l’environnement redevient favorable, les endospores germent.

1. Activation
   - signaux moléculaires informant que l’environnement est favorable
2. Germination
   - libération de l’endospore
3. Croissance

Question 35

Quels types bactériens peuvent former des endospores?

Answer 35

Surtout:

• bâtonnets gram-pos
• quelques cocci gram-pos
• exceptions: quelques gram-nég