Démarches d’étude d’une méthode d’analyse en vue de son optimisation

Les êtres vivants sont formés de biomolécules : glucides, protides, lipides et acides nucléiques. Elles sont formées d’atomes : carbone C, hydrogène H, oxygène O, azote N, phosphore P, etc., et sont caractérisées par une formule brute. 

Les atomes sont les plus petites unités qui composent les molécules. Ils sont formés :

• D’un noyau. Ils contiennent des protons et des neutrons. 
• D’électrons. Il forme un nuage électronique autour du noyau. 

Les électrons gravitent autour du noyau en suivant des couches électroniques qui ne peuvent recevoir qu’un nombre limité d’électrons. 

Les protéines sont des polymères d’acides aminés liés entre eux de manière covalente (liaison peptidique). L’enchaînement linéaire des acides aminés constitue la structure primaire de la protéine. La structure secondaire correspond à un arrangement des acides aminés selon un axe pour former des hélices α ou des feuillets ß. La structure tertiaire correspond à l’organisation tridimensionnelle des structures secondaires pour former une conformation stabilisée par des liaisons. Certaines protéines ont une structure quaternaire qui est constituée de plusieurs chaînes polypeptidiques. La structure tridimensionnelle de la protéine (conformation) lui confère ses propriétés et sa fonction biologique.  

Parmi les acides nucléiques, on distingue l’acide désoxyribonucléique ADN et l’acide ribonucléique ARN. L’ADN porte l’information génétique. 

Les glucides regroupent une famille très diversifiée de biomolécules. Les oses sont les molécules les plus simples (glucose, fructose, etc.). Ils peuvent se polymériser par formation de liaisons osidiques et donner naissance à des molécules plus complexes : les osides (saccharose, etc.) ou les polyosides (amidon, glycogène, etc.).   

Les lipides sont caractérisés par leur insolubilité dans l’eau. Les acides gras peuvent être saturés ou insaturés (doubles liaisons). Ils peuvent former d’autres familles de lipides : les triglycérides et les phospholipides... 

L’ensemble de ces molécules sont caractérisées par des fonctions : alcool, aldéhyde, acide carboxylique, cétone, etc., qui leur confèrent différentes propriétés. 

La biodiversité est l’ensemble de toutes les formes du vivant. Les organismes vivants présentent une grande diversité de forme, de taille et de mode de vie. Malgré cette diversité, ils possèdent des caractères communs :

• Le nombre de cellules : les organismes vivants sont formés d’une ou plusieurs cellules. On dit qu’ils sont unicellulaires dans le premier cas et pluricellulaires dans le second.
• Le métabolisme : des réactions chimiques de synthèse (anabolisme) et de dégradation (catabolisme) se déroulent dans les cellules.
• L’ADN : il est le support de l’information génétique. 

L’ensemble de ces caractères communs permet de les classer. Il existe plusieurs types de classifications en fonction des règnes. La classification de Haeckel permet de distinguer :

• Le règne des animaux ; 
• Le règne des végétaux ; 
• Le règne des protistes. 

Les virus ont une structure acellulaire : ils ne sont pas constitués de cellules. 

La classification à trois domaines de Woese (1990) permet de distinguer : les eucaryotes, les bactéries et les Archées. 

La microscopie est une des techniques qui permet d’observer les cellules. On distingue la microscopie photonique qui permet un grossissement jusqu’à × 1 000. Elle permet d’étudier la structure de la cellule (membrane plasmique, cytoplasme avec ou sans granulations, noyau). La microscopie électronique permet d’étudier l’ultrastructure de la cellule (paroi, capsule, flagelles, etc.). 

Les cellules sont des unités structurelles et fonctionnelles. Elles sont composées majoritairement d’eau, et de macromolécules organiques (glucides, lipides, protides, etc.) et de sels minéraux.  

Les bactéries sont des organismes unicellulaires dont la taille est de l’ordre du micromètre. Elles sont composées d’éléments constants (retrouvés chez toutes les bactéries) et des éléments inconstants (retrouvés uniquement chez certaines bactéries) : 

• La paroi bactérienne, élément constant qui protège la cellule et lui confère sa forme.  
• La membrane cytoplasmique, élément constant qui entoure le cytoplasme. Elle est constituée de phospholipides et de glycolipides. Elle joue le rôle de barrière qui permet le passage de certaines molécules, mais pas d’autres. Elle est le siège de la respiration et du métabolisme d’oxydoréduction. 
• Le cytoplasme, élément constant qui renferme les ribosomes, le chromosome et d’autres éléments ; 
• Les ribosomes, élément constant qui participe à la synthèse protéique ; 
• Le chromosome, élément constant qui est diffus dans le cytoplasme. C’est un long filament d’ADN circulaire ; 
• La capsule, élément inconstant qui protège le micro-organisme ; 
• Les flagelles, élément inconstant qui joue un rôle dans la mobilité ;  
• Les pili, élément inconstant qui participe aux échanges génétiques ; 
• Les plasmides, élément inconstant qui correspond à de l’ADN extrachromosomique. Ils peuvent contenir des gènes de résistance à certains antibiotiques. 

Les champignons sont des micro-organismes eucaryotes (levures et les moisissures). Leur cellule est entourée d’une paroi chitineuse ou cellulosique. Les levures ont un mode de vie majoritairement unicellulaire. Les moisissures se présentent sous forme pluricellulaire.

Pour se multiplier, les micro-organismes doivent synthétiser les biomolécules qui constituent leur matière vivante. Elles ont besoin des constituants de base, dont le carbone. Ceux qui utilisent une source de carbone minéral CO₂ sont dits autotrophes. Ceux qui utilisent une source de carbone organique sont dits hétérotrophes.
Ils ont également besoin d’énergie pour transformer et assembler les constituants. Ceux qui puisent leur énergie dans la lumière sont dits phototrophes. Ceux appelés chimiotrophes trouvent leur énergie par l’oxydation d’une substance chimique. La production de l’énergie peut se faire en présence de dioxygène (respiration) ou en l’absence de dioxygène (fermentation).

Les bactéries aérobies strictes vivent obligatoirement en présence d’O₂ de l’air. Les bactéries anaérobies strictes ne se développent qu’en absence totale de dioxygène. Les bactéries aéroanaérobies se développent en présence ou absence de dioxygène.

Les cellules eucaryotes regroupent les cellules animales et cellules végétales. Elles sont constituées d’un noyau, d’un cytoplasme limité par une membrane cellulaire. Le cytoplasme comporte divers éléments dont la plupart sont délimités par une membrane. On dit que la cellule eucaryote est compartimentée. 

La membrane cytoplasmique apparaît, au microscope électronique, formée de deux feuillets sombres séparés par un feuillet clair. Elle est constituée de phospholipides organisés en double couche. Elle assure les échanges, la communication intercellulaire, etc. 

La cellule animale est composée :

• D’un noyau : il est délimité par une enveloppe nucléaire qui présente des pores. Ces derniers contrôlent le passage de molécules entre le noyau et le cytoplasme ; 
• D’un réticulum endoplasmique rugueux RER ou lisse REL : c’est un réseau de canalicules délimités par une membrane. Le RER possède des ribosomes et sert à la synthèse des protéines. Le réticulum endoplasmique lisse est impliqué dans la synthèse des lipides ; 
• De ribosomes : ils sont formés de deux sous-unités qui contiennent des ARN ribosomaux et des protéines. Ils participent à la synthèse des protéines ; 
• De l’appareil de Golgi : il constitue un empilement de vésicules aplaties appelées saccules. Il assure les modifications post-traductionnelles des protéines néosynthétisées ; 
• De lysosomes : ce sont des vésicules qui contiennent des enzymes qui assurent la digestion intracellulaire ;  
• De mitochondries : elles interviennent dans l’apoptose et dans l’oxydation de substrats énergétiques ; 
• Du cytosquelette : il englobe les organites cellulaires. Il est composé d’ions, de glucides, d’acides aminés, etc.

Les cellules somatiques se divisent selon des cycles cellulaires successifs qui regroupent l’interphase et la phase M. L’interphase est composée de la phase S qui est une période de synthèse intense dont le but est de dupliquer l’ADN. Quant à la phase M, elle permet la formation de deux cellules filles identiques par division à partir d’une cellule mère. Elle est composée de la prophase, métaphase, anaphase et télophase. 

Les cellules végétales font partie des cellules eucaryotes. Elle se distingue des cellules animales par la présence :

• D’une vacuole : elle sert de réserve d’eau, d’ions, etc.
• D’une paroi cellulosique : elle confère la forme à la cellule et joue un rôle de protection.
• De chloroplastes : ils participent à la photosynthèse.

Les plantes sont divisées en deux parties :

• Terrestre (dans le sol) : elle correspond aux racines. Leur rôle principal est d’absorber l’eau et les sels minéraux présents dans le sol.
• Aérienne : elle correspond au système caulinaire (tige, feuille, fleur, etc.).

Les tissus conducteurs (système vasculaire) assurent le lien entre ces deux parties grâce à deux types de tissus :

• Le xylème : Il transporte la sève brute (eau et minéraux).
• Le phloème : Il transporte la sève élaborée (glucides et autres matières organiques, eau, etc.). 

La photosynthèse est définie comme la conversion de l’énergie lumineuse (photons) en énergie chimique (ATP). Elle correspond à l’assimilation de dioxyde de carbone en présence de lumière et a pour but la synthèse de matières organiques. L’équation bilan de la photosynthèse est :

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆ H₁₂ 0₆ + 6 O₂

Selon Lwoff (1953), un virus ne contient qu’un seul type d’acides nucléiques (ADN ou ARN). Il est incapable de se diviser seul. C’est un parasite absolu. 

La taille des virus est très variable : 5386 nucléotides pour le plus petit (bactériophage Phi-X174) et 1,259 million de paires de bases pour le plus grand (Megavirus chilensis). 

L’acide nucléique viral est protégé par une capside de nature protéique. Selon son organisation, on distingue trois types d’architecture : hélicoïdal, icosaèdre ou mixte.

Certains virus dits « enveloppés » possèdent une enveloppe de nature glucidolipidoprotéique. Elle porte des spicules et des enzymes virales. Ceux qui en sont dépourvus sont dits nus. 

Le cycle de multiplication virale se décompose en plusieurs étapes :

• L’adsorption : elle permet à la particule virale de reconnaître la cellule hôte. Elle se fait de manière non covalente et spécifique. Les molécules de reconnaissance mises en jeu sont variables selon les virus : pili, CD4, etc.
• La pénétration et la décapsidation : la pénétration a pour but de faire entrer l’acide nucléique dans la cellule hôte. La décapsidation permet d’éliminer la capside. Les mécanismes sont variables selon les virus : par simple passage transmembranaire, par endocytose avec récepteurs, etc.
• La multiplication du virus : elle passe par une réplication du matériel génétique et par la synthèse des protéines virales. Les mécanismes sont variables selon les virus.
• L’assemblage des particules virales : le génome viral s’associe aux protéines pour reformer une nucléocapside.
• La libération des virus (cycle lytique) : les virus sont libérés dans le milieu extracellulaire. Au cours de cette étape, certains virus emportent un fragment de la membrane plasmique qui devient l’enveloppe virale. 

L’ADN de certains virus peut s’intégrer dans le génome de la cellule hôte. C’est la lysogénie.

Les virus sont caractérisés par leur spectre. On distingue des virus à animaux, à végétaux, à bactéries (bactériophages).