Exercices: L'observation de la cellule

Distinguer la microscopie optique de la microscopie électronique : ce que chacune utilise pour « éclairer » l'échantillon, quel type de structures chaque technique permet d'observer et s'il est possible d'observer des cellules vivantes avec elles.

Nommer les parties de base d'un microscope optique (oculaire, objectifs, platine, vis macrométrique et micrométrique, source de lumière) et indiquer la fonction de chacune.

La plupart des échantillons biologiques sont colorés avant d'être observés au microscope optique. Expliquer deux raisons de colorer un échantillon et nommer un colorant couramment utilisé au laboratoire du lycée.

Le schéma présente une échelle de tailles avec les limites de résolution de l'œil humain, du microscope optique (MO) et du microscope électronique à transmission (MET). Indiquer quel instrument serait nécessaire pour observer en détail : a) un virus de la grippe ; b) une bactérie ; c) un ribosome ; d) une cellule de la peau. Justifier chaque choix à partir du schéma.

Expliquer la différence entre grossissement et pouvoir de résolution d'un microscope et justifier pourquoi agrandir fortement une image sans améliorer la résolution (le « grossissement vide ») ne permet pas de distinguer plus de détails.

Le microscope électronique révèle des organites et des virus que le microscope optique ne peut pas montrer. Expliquer à quelle propriété du faisceau d'électrons est dû son pouvoir de résolution plus élevé et indiquer deux limites pratiques de la microscopie électronique par rapport à la microscopie optique.

Un laboratoire biomédical doit observer en détail les altérations ultrastructurales des crêtes mitochondriales et des ribosomes liés au RER dans des biopsies de patients atteints d'une myopathie. Un technicien propose de fixer le tissu au formaldéhyde, de le colorer au bleu de méthylène et de l'observer au microscope optique avec un objectif à immersion 100× et de la lumière visible (longueur d'onde moyenne de 550 nm).

Justifier quantitativement, à l'aide du concept de limite de résolution et de l'équation d'Abbe, pourquoi cette proposition ne permet pas de résoudre les crêtes et les ribosomes (20-30 nm). Concevoir ensuite le protocole technique approprié : préciser quelle modalité exacte de microscopie doit être utilisée et justifier pourquoi il est indispensable de couper l'échantillon en coupes ultrafines (inférieures à 100 nm) et de le contraster avec des sels de métaux lourds (comme l'osmium ou l'uranium) plutôt qu'avec des colorants organiques.

Vous disposez d'une suspension aqueuse contenant un mélange inconnu de quatre composants biologiques : des particules du virus de la grippe (~100 nm), des cellules d'Escherichia coli (~2 µm), des érythrocytes humains (~7,5 µm) et des ribosomes purifiés (~25 nm). Au laboratoire, vous disposez de filtres à membrane de pores de 0,22 µm et de 5 µm, d'un microscope optique (limite de résolution : 0,2 µm) et d'un microscope électronique à transmission.

Concevoir une procédure analytique en deux phases (séparation par filtration successive et inspection microscopique) permettant de séparer et d'identifier sans ambiguïté chacun des quatre composants. Justifier dans quelle fraction (retenu ou filtrat) se trouvera chaque composant à chaque étape et déterminer quel instrument microscopique précis est indispensable pour confirmer la présence et la morphologie de chacun, en déduisant pourquoi le microscope optique est inutile pour deux d'entre eux.

Une équipe de recherche veut vérifier si les bactéries d'un échantillon sont infectées par des bactériophages. Concevoir l'étude : choisir la technique de microscopie appropriée, justifier ce choix par rapport aux alternatives et décrire ce que l'équipe s'attendrait à observer si l'infection avait lieu.