CELLULE BACTÉRIENNE: CARACTÉRISTIQUES ET STRUCTURE (PARTIES) - LA BIOLOGIE - 2024

La cellule bactérienne est l'organisation connue la plus simple d'un organisme vivant. Les bactéries sont des organismes unicellulaires qui n'ont pas de noyau ou d'organite séparé du contenu cytosolique par une membrane (toutes les bactéries sont classées dans le domaine procaryote).

Des études scientifiques ont montré que, malgré le fait que les cellules bactériennes manquent d'organites, elles ont une organisation, une régulation et une dynamique interne très contrôlées et précises. Ils disposent de tous les mécanismes nécessaires pour survivre aux conditions hostiles et changeantes de l'environnement dans lequel ils vivent.

Schéma général d'une bactérie et de ses parties (Source: Cette image vectorielle est entièrement réalisée par Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Une telle adaptabilité a signifié pour les scientifiques un outil important et un modèle biologique idéal pour étudier les principes de base de la biologie moléculaire; Les connaissances de base sur la réplication, la transcription et la traduction de l'ADN ont d'abord été comprises dans les cellules bactériennes avant les cellules eucaryotes.

Toutes les cellules bactériennes sont microscopiques, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être observées à l'œil nu sans utiliser un microscope, ce qui représente un grand avantage pour l'étude de ces micro-organismes, car dans un petit espace et avec peu de ressources nutritionnelles, elles peuvent être entretenues et étudiées à des millions de cellules vivantes.

Actuellement, la cellule bactérienne est l'un des outils biotechnologiques les plus importants. Les scientifiques manipulent l'ADN extra chromosomique des bactéries pour produire synthétiquement presque toutes les protéines d'intérêt humain.

Caractéristiques générales de la cellule bactérienne

Morphologiquement, les cellules bactériennes peuvent être très variables, mais même ainsi, elles partagent toutes des caractéristiques communes. Par exemple:

- Chaque cellule bactérienne possède une paroi cellulaire qui l'entoure et est composée d'une combinaison d'hydrates de carbone avec des peptides que l'on appelle «peptidoglycane».

- Les cellules bactériennes sont des organismes unicellulaires, c'est-à-dire que chaque cellule est un organisme complet qui peut se développer, se nourrir, se reproduire et mourir.

- Le matériel génétique des bactéries est "dispersé" ou distendu dans un grand enchevêtrement immergé dans le cytosol cellulaire, dans une région connue sous le nom de région nucléoïde.

- De nombreuses bactéries ont des structures de locomotion spécialisées appelées «flagelles», situées dans les régions ultrapériphériques de leur corps.

- Il est courant de trouver des cellules bactériennes formant des colonies ou entretenant une relation symbiotique avec d'autres organismes et, de plus, de nombreuses bactéries sont pathogènes pour l'homme.

- La plupart des bactéries sont près de 10 à 15 fois plus petites que la taille de n'importe quelle cellule animale (eucaryotes), puisqu'elles ne dépassent pas une unité de microns de longueur.

- On les retrouve dans tous les milieux existants de la biosphère, car il existe ces microorganismes adaptés à pratiquement toutes les conditions environnementales.

Structure de la cellule bactérienne (parties)

De nombreux scientifiques subdivisent la cellule bactérienne en trois régions anatomiques pour faciliter l'étude. Ces trois régions communes à tout type de cellule bactérienne observée sont:

- La région externe, constituée de structures extracellulaires (flagelles, poils, cils, entre autres)

- La région de couverture cellulaire, composée de la paroi cellulaire et de la membrane cytoplasmique

- La région interne, formée par le cytosol et toutes les structures en suspension.

En fonction des espèces de bactéries étudiées dans chaque région, certaines structures et parties différentes du «typique» d'une cellule bactérienne sont observées. Cependant, les plus courantes pour toute cellule bactérienne sont expliquées et classées en fonction de chaque région dans laquelle elles se trouvent.

Région extracellulaire

- Capsule: c'est une surface polymère qui recouvre toute la paroi cellulaire des bactéries. Il est composé de slime et de glycocalyx, qui à leur tour sont constitués d'abondantes molécules de glucides liées aux lipides et aux protéines. La capsule remplit une fonction protectrice importante pour la cellule.

- Film: c'est une surface, un liquide ou une matrice visqueuse dans laquelle les cellules bactériennes sont immergées. Ils sont formés de polysaccharides de composition similaire aux polysaccharides de la capsule et remplissent généralement des fonctions de protection et de déplacement des cellules.

- Fimbriae: il s'agit d'une sorte d'appendices filamenteux très nombreux que l'on trouve attachés à la paroi cellulaire des bactéries. Ceux-ci servent à la mobilité et à l'adhérence des cellules bactériennes à n'importe quelle surface. Ils sont constitués d'une protéine hydrophobe appelée piline.

Fimbriae de bactéries E. coli. Il en compte environ 200. Source: (Image: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Pili sexuels: certains fimbriae (peu nombreux) sont modifiés pour former une sorte de «pipe», qui est utilisée par les bactéries pour la conjugaison (le transfert de matériel génétique entre différentes bactéries), qui est une sorte de «reproduction sexuée» primitif.

- Flagelles: ce sont des filaments plus longs que les fimbriae et sont constitués de protéines; ils ont une apparence "queue". Ils remplissent la fonction motrice pour le mouvement des cellules et sont ancrés à la membrane cellulaire. De un à des centaines de flagelles peuvent être trouvés dans la même cellule bactérienne.

Bactérie Vibrio vulnificus avec flagelles. CDC / Janice Haney Carr / Domaine public

Schéma d'un flagelle bactérien (Source: LadyofHats / Domaine public, via Wikimedia Commons)

Région de couverture

Le revêtement cellulaire est généralement constitué d'une membrane cytoplasmique et d'une couche de peptidoglycane que l'on appelle la «paroi cellulaire». L'enveloppe est constituée de complexes de lipides, de glucides et de protéines. La composition chimique de l'enveloppe du peptidoglycane est utilisée comme classification pour distinguer deux types de bactéries.

Bactéries Gram positives et bactéries Gram négatives. Les bactéries Gram positives se caractérisent par une couche épaisse de peptidoglycane, sans membrane externe qui la recouvre, tandis que les bactéries Gram négatives n'ont qu'une fine couche de peptidoglycane avec une membrane externe superposée.

- Membrane cytoplasmique: elle a une structure similaire à la membrane cellulaire des cellules eucaryotes. C'est une bicouche phospholipidique avec des protéines associées (intégrales ou périphériques). Cependant, il diffère de la membrane des cellules eucaryotes en ce qu'il ne possède pas de stérols synthétisés de manière endogène.

La membrane cytoplasmique des cellules bactériennes est l'une des structures les plus importantes, car c'est là que se produisent la fusion cellulaire, le transport d'électrons, la sécrétion de protéines, le transport des nutriments et la biosynthèse des lipides, etc.

Région intérieure

- Génome: contrairement aux cellules eucaryotes, le génome des cellules bactériennes n'est pas contenu dans un noyau membraneux. Au lieu de cela, il existe comme un enchevêtrement d'ADN qui est compacté dans une forme plus ou moins circulaire et s'associe à certaines protéines et ARN. Ce génome est beaucoup plus petit que le génome eucaryote: il mesure environ 3 à 5 Mo et forme un seul chromosome à topologie circulaire.

- Plasmides ou molécules d'ADN extrachromosomiques: ce sont de petites molécules d'ADN circulaires capables de se répliquer indépendamment de l'ADN génomique cellulaire. Généralement, les molécules d'ADN plasmidique sont échangées lors de la conjugaison, puisque les informations nécessaires à la résistance aux antibiotiques et / ou aux toxines y sont codées.

ADN bactérien et plasmides. Fichier original: Utilisateur: Spaully. Traduction: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomes: les ribosomes participent à la traduction de l'ARN qui a été transcrit à partir de la séquence d'un gène qui code pour une protéine. Chaque cellule bactérienne contient environ 1500 ribosomes actifs. Les sous-unités ribosomiques de la cellule bactérienne sont 70, 30 et 50, tandis que les cellules eucaryotes ont des sous-unités 60 et 40.

Il est courant que les antibiotiques attaquent les ribosomes des bactéries, bloquant la traduction des protéines et provoquant la lyse ou la mort des cellules.

- Endospores: les bactéries ont des spores internes qui sont à l'état dormant et sont utilisées pour survivre lorsque les conditions environnementales sont extrêmes. Les endospores sortent de leur état dormant lorsque différents récepteurs à la surface détectent que les conditions sont à nouveau favorables; Cela crée une nouvelle cellule bactérienne entièrement fonctionnelle.

Endospores vertes à l'intérieur des cellules bactériennes. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granulés ou corps d'inclusion: ils fonctionnent comme une sorte de réserve pour les glucides, les composés phosphatés et autres molécules. Leur composition varie selon les espèces de bactéries et elles sont facilement visibles dans le cytoplasme à l'aide de microscopes optiques.

Références

1. Cabeen, MT et Jacobs-Wagner, C. (2005). Forme des cellules bactériennes. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP et Smith, CJ (2007). Structure et composition des microbes.
3. Gitai, Z. (2005). La nouvelle biologie cellulaire bactérienne: pièces mobiles et architecture subcellulaire. Cell, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D. et Walker, S. (2010). L'enveloppe cellulaire bactérienne. Perspectives de Cold Spring Harbor en biologie, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L. et Woolverton, CJ (2009). Principes de microbiologie de Prescott. Boston (MA): McGraw-Hill Higher Education.