1
Les procaryotes
Les procaryotes appartiennent à deux domaines, les bactéries et les Archéobactéries, qui présentent de nombreuses caractéristiques structurales, physiologiques et biochimiques distinctes.
Ils sont presque tous unicellulaires. Certaines espèces forment des colonies. Les cellules procaryotes sont beaucoup plus petites que les cellules eucaryotes (10 - 100 nm). Elles adoptent principalement trois formes : sphérique, en forme de bâtonnet ou hélicoïdale.
Les procaryotes ont colonisé toutes les niches de l’environnement, même dans les habitats très acides, très salés, très froids ou très chauds. Leur biomasse est 10 fois supérieure à celle de tous les eucaryotes réunis.
2
La paroi des procaryotes
Les procaryotes sont entourés d’une paroi, qui maintient la forme, assure une protection et empêche la cellule d’éclater dans un milieu hypotonique.
La paroi des procaryotes est différente de cellules des cellules végétales eucaryotes. Chez les bactéries, elle contient une substance particulière, appelée peptidoglycane, qui forme un réseau de polymères de monosaccharides modifiés reliés par de courts peptides. Les archéobactéries ont une paroi différente.
A l’aide de la coloration de Gram, on peut distinguer :
- les bactéries à Gram positives qui possèdent une paroi relativement simple contenant une proportion importante de peptidoglycane
-les bactéries à Gram négative dont la paroi contient moins de peptidoglycane mais présente une structure plus complexe, comprenant une membrane externe composée de lipopolysaccharides.
coloration de gram = colorer les bactéries avec un colorant violet (cristal violet) et de l’iode, les rincer avec de l’iode et les colorer avec un colorant rouge (fuschine).
3
La paroi des procaryotes
La paroi de bon nombre de procaryotes est recouverte d’une couche gluante de polysaccharides ou de protéines, appelée capsule. Cette capsule permet aux procaryotes de s’attacher à des substrats, à des cellules voisines et pour les espèces pathogènes, de se protéger des attaques du système immunitaire.
Certains procaryotes adhèrent les uns aux autres, ou un substrat grâce à des fimbriae et pili. Les fimbriae sont plus nombreux et plus courts que les pili.
4
La motilité des procaryotes
Environ la moitié des procaryotes sont capables de locomotion orientée.
Cette motilité est due à la présence de diverses structures : les plus courantes sont les flagelles. Ces flagelles sont différents des flagelles eucaryotes car ils ne sont pas constitués des mêmes protéines et ne sont pas entourés d’une membrane. Ils sont dix fois plus fins.
5
La structure interne des procaryotes
Les procaryotes ne possèdent pas d’organites, ni de noyau. Certains d’entre eux peuvent cependant posséder des replis de la membrane plasmique, qui accomplissent des fonctions métaboliques spécialisées (ex : photosynthèse).
Le génome des procaryotes est constitué d’un seul chromosome circulaire, souvent condensé en une structure appelée nucléoïde. Ils peuvent également contenir un ou plusieurs plasmides.
6
La reproduction des procaryotes
Les procaryotes se reproduisent très rapidement, par scissiparité. Certaines espèces peuvent se diviser toutes les 20 minutes, en milieu favorable. Leur multiplication est en fait limitée par la disponibilité en nutriments, par la compétition avec les autres organismes…
En milieu défavorable, les procaryotes ont de nombreux mécanismes d’adaptation, par exemple grâce à la sélection naturelle de cellules ayant subi des mutations favorables. En milieu très hostile, certaines bactéries sont capables de former des cellules résistantes, appelées endospores.
Celles-ci sont formées par réplication du chromosome, qui est ensuite entouré d’une paroi résistante. Le reste de la cellule d’origine disparaît alors. L’endospore arrête son métabolisme et se déshydrate. Elle pourra se réhydrater et reprendre son métabolisme quand les conditions seront redevenues favorables.
7
Les adaptations métaboliques des procaryotes
La diversité de nutrition est très grande chez les procaryotes.
De plus, les procaryotes ne sont pas tous dépendants de la présence d’oxygène. Les aérobies stricts utilisent l’oxygène pour leur respiration cellulaire, celui-ci leur est donc nécessaire. Les anaérobies facultatifs utilisent l’oxygène si ils en trouvent mais peuvent aussi survivre grâce à la fermentation. Les anaérobies stricts ne peuvent survivre en présence d’oxygène; ils subsistent grâce à la fermentation ou grâce à la respiration anaérobie dans laquelle une autre molécule que l’oxygène accepte les électrons (NO3- ou SO42-).
Certains procaryotes ont aussi la capacité de fixer l’azote, cad de convertir l’azote (N2) en ammoniac (NH3).
8
La coopération métabolique
Grâce à la coopération, les cellules procaryotes utilisent des ressources du milieu dont elles ne pourraient profiter autrement.
La cyanobactérie Anaboena possède des gènes qui codent pour les protéines de la photosynthèse et pour les enzymes responsables de la fixation de l’azote. Or, ces deux voies métaboliques ne peuvent avoir lieu dans une même cellule. Les cellules s’associent en filaments dans lesquels la plupart des cellules réalisent la photosynthèse et d’autres effectuent la fixation de l’azote. Des liaisons entre cellules permettent à ces dernières de transporter l’azote fixé aux cellules voisines en échange de glucides qu’elles ne peuvent fabriquer.
Chez certaines procaryotes parfois d’espèces différentes, la coopération a lieu dans des colonies formant un film appelé biofilm.
9
Les procaryotes : différences entre bactéries et archéobactéries
Certaines archéobactéries sont des extrêmophiles, cad qu’elles vivent dans des conditions où peu d’autres organismes sont capables de vivre : - les thermophiles extrêmes vivent à très hautes températures (--> 90°C ex les sources hydrothermales sous-marines)
- les halophiles extrêmes vivent dans des milieux très salés (ex le Grand Lac Salé en Utah)
- les méthanogènes utilisent les CO2 pour oxyder le H2, produisant du CH4. Elles sont anaérobies strictes.
10
11
12
Les bactéries jouent des rôles essentiels dans la biosphère Le recyclage des éléments chimiques
- les décomposeurs dégradent tous les organismes morts et la matière organique afin de recycler les atomes.
- les autotrophes utilisent le CO2 pour produire des composés organiques, qui entreront ainsi dans la chaîne alimentaire.
- seuls certaines bactéries sont capables de fixer l’azote.
Les relations symbiotiques
Une symbiose est l’association d’espèces différentes (= symbiontes) vivant en contact étroit. Il existe trois types de symbiose :
- le mutualisme dans lequel les deux espèces tirent profit de la relation (ex les bactéries luminescentes des poissons, les bactéries de notre système digestif).
- le commensalisme dans lequel un seul des deux partenaires tire profit de la relation, sans cependant nuire à l’autre.
- le parasitisme dans lequel un des symbiontes, le parasite, vit aux dépens de l’hôte.
13
Les procaryotes pathogènes
Une petite fraction des procaryotes provoquent des maladies chez l’homme.
ex : tuberculose, choléra, peste, diphtérie, maladie de Lyme,…
Certaines bactéries causent les maladies en produisant des poisons appelés exotoxines et endotoxines.
Les exotoxines sont des protéines secrétées par les bactéries (ex l’exotoxine de Vibrio cholerae).
Les endotoxines sont des lipopolysaccharides faisant partie de la membrane externe des bactéries à gram négative. Elles ne sont libérées qu’au moment où la paroi de la bactérie se rompt (ex l’endotoxine de Salmonella typhi).
