104 DeUXiÈMe partie La cellule
mortes de l’écorce d’un chêne. Mais il lui a fallu attendre les
merveilleuses lentilles fabriquées par Antoni van Leeuwenhoek
pour observer des cellules vivantes. Imaginez son émerveillement lorsqu’il rendit visite à van Leeuwenhoek en 1674 et
que le monde des microorganismes – des animalcules, comme
les appelait son hôte – se révéla à lui !
Les microscopes qu’utilisaient les scientifiques de la
Renaissance tout comme ceux de votre laboratoire sont des
microscopes photoniques (MP). Dans ces instruments,
la lumière traverse la préparation (l’échantillon), puis des
lentilles de verre qui la réfractent (dévient), de façon à grossir
l’image projetée dans l’œil ou dans un appareil photo (voir
l’appendice A).
Le grossissement, la résolution et le contraste sont trois
paramètres importants en microscopie. Le grossissement est le
rapport entre les dimensions de l’image obtenue et celles de
l’objet réel. Les microscopes photoniques (MP) peuvent grossir
environ 1 000 fois la taille réelle du spécimen. La résolution
est une mesure de la netteté de l’image ou, plus précisément,
de la distance minimale séparant deux points pour que
ceux-ci restent distincts (pour l’œil humain, cette distance
est de 100 µm). Par exemple, là où l’œil nu voit une seule
étoile dans le ciel, le télescope, qui a un plus grand pouvoir
de résolution, permet d’apercevoir des étoiles jumelles. De
même, en utilisant les techniques classiques, le microscope
photonique peut grossir les objets tant qu’on veut, mais son
pouvoir de résolution s’arrêtera toujours à 0,2 µm, soit
200 nm (nanomètres), ce qui représente la taille d’une petite
bactérie ou d’une mitochondrie (figure 6.2). Le troisième paramètre, le contraste, accentue les différences entre les parties
de l’échantillon. La plupart des perfectionnements apportés
au microscope photonique depuis le début du 20
e
siècle ont
amélioré le contraste, faisant mieux ressortir des détails déjà
distinguables par la coloration des composantes cellulaires.
La figure 6.3, à la page suivante, montre différents types de
microscopie ; référez-vous-y pendant que vous lirez le reste
de cette section.
Jusqu’à récemment, l’obstacle de la résolution empêchait
les biologistes cellulaires d’utiliser la microscopie photonique classique pour étudier les organites, c’est-à-dire les
diverses structures des cellules eucaryotes contenues dans
une membrane (noyau, chloroplastes, mitochondries, etc.).
Pour observer les détails de ces structures, il fallait toutefois
mettre au point un instrument plus puissant, le microscope électronique (ME). Inventé dans les années 1950, le
ME n’utilise pas la lumière, mais plutôt un faisceau d’électrons qui traverse la préparation ou en balaie la surface (voir
l’appendice A). Le pouvoir de résolution est inversement
proportionnel à la longueur d’onde du rayonnement utilisé,
et la longueur d’onde des faisceaux d’électrons est de beaucoup inférieure à celle de la lumière visible. Théoriquement,
les microscopes électroniques modernes peuvent atteindre
une résolution d’environ 0,002 nm, mais en pratique leur
limite est généralement de 2 nm, ce qui représente tout de
même une résolution 100 fois plus grande que celle du
microscope photonique.
Le microscope électronique à balayage (MEB) est
particulièrement utile pour étudier la surface d’un échantillon (figure 6.3). On commence par recouvrir l’échantillon
d’une mince pellicule d’or ou de platine, puis un faisceau
d’électrons balaie la surface. Le faisceau excite les électrons
de la pellicule, laquelle émet des électrons secondaires. Ces
derniers sont détectés par un instrument qui convertit la disposition des électrons en signal électronique visible sur un
écran. Le microscope électronique à balayage se distingue par
sa grande profondeur de champ, grâce à laquelle il produit
des images qui semblent tridimensionnelles.
Le microscope électronique à transmission (MET)
sert à étudier la structure interne d’une cellule (figure 6.3). Le
MET envoie un faisceau d’électrons à travers une coupe très
mince de l’échantillon, un peu comme le microscope photonique fait passer la lumière à travers une lame. Le spécimen a été
coloré au moyen d’atomes de métaux lourds qui se fixent à
certaines structures cellulaires, accentuant ainsi la densité électronique de certaines parties de la cellule par rapport à d’autres.
10 +m
0,1 nm
1 nm
10 nm
100 nm
1 +m
100 +m
1 mm
1 cm
0,1 m
1 m
10 m
Taille des humains
Longueur de certaines
cellules nerveuses
ou musculaires
Œuf de poule
Œuf de grenouille
Superrésolution
(nanoscopie)
La plupart des
cellules végétales
et animales
Ovule humain
La plupart
des bactéries
Mitochondrie
Virus
Les plus petites bactéries
Ribosomes
Protéines
Lipides
Petites molécules
Atomes
1 centimètre (cm) 10
<2 m
1 millimètre (mm) 10
<3 m
1 micromètre (+m) 10
<3 mm 10
<6 m
1 nanomètre (nm) 10
<3 +m 10
<9 m
Noyau
Visible à l’œil nu
Visible au microscope photonique
Visible au microscope électronique
m Figure 6.2 Dimensions comparées des cellules. La plupart
des cellules (zones en jaune) mesurent entre 1 et 100 µm de diamètre ;
par conséquent, elles ne sont visibles qu’au microscope. Étant donné
l’écart entre les dimensions représentées, nous avons opté pour une échelle
logarithmique : chaque mesure indiquée à gauche de la graduation
est 10 fois inférieure à celle qui est inscrite au-dessus d’elle.
mortes de l’écorce d’un chêne. Mais il lui a fallu attendre les
merveilleuses lentilles fabriquées par Antoni van Leeuwenhoek
pour observer des cellules vivantes. Imaginez son émerveillement lorsqu’il rendit visite à van Leeuwenhoek en 1674 et
que le monde des microorganismes – des animalcules, comme
les appelait son hôte – se révéla à lui !
Les microscopes qu’utilisaient les scientifiques de la
Renaissance tout comme ceux de votre laboratoire sont des
microscopes photoniques (MP). Dans ces instruments,
la lumière traverse la préparation (l’échantillon), puis des
lentilles de verre qui la réfractent (dévient), de façon à grossir
l’image projetée dans l’œil ou dans un appareil photo (voir
l’appendice A).
Le grossissement, la résolution et le contraste sont trois
paramètres importants en microscopie. Le grossissement est le
rapport entre les dimensions de l’image obtenue et celles de
l’objet réel. Les microscopes photoniques (MP) peuvent grossir
environ 1 000 fois la taille réelle du spécimen. La résolution
est une mesure de la netteté de l’image ou, plus précisément,
de la distance minimale séparant deux points pour que
ceux-ci restent distincts (pour l’œil humain, cette distance
est de 100 µm). Par exemple, là où l’œil nu voit une seule
étoile dans le ciel, le télescope, qui a un plus grand pouvoir
de résolution, permet d’apercevoir des étoiles jumelles. De
même, en utilisant les techniques classiques, le microscope
photonique peut grossir les objets tant qu’on veut, mais son
pouvoir de résolution s’arrêtera toujours à 0,2 µm, soit
200 nm (nanomètres), ce qui représente la taille d’une petite
bactérie ou d’une mitochondrie (figure 6.2). Le troisième paramètre, le contraste, accentue les différences entre les parties
de l’échantillon. La plupart des perfectionnements apportés
au microscope photonique depuis le début du 20
e
siècle ont
amélioré le contraste, faisant mieux ressortir des détails déjà
distinguables par la coloration des composantes cellulaires.
La figure 6.3, à la page suivante, montre différents types de
microscopie ; référez-vous-y pendant que vous lirez le reste
de cette section.
Jusqu’à récemment, l’obstacle de la résolution empêchait
les biologistes cellulaires d’utiliser la microscopie photonique classique pour étudier les organites, c’est-à-dire les
diverses structures des cellules eucaryotes contenues dans
une membrane (noyau, chloroplastes, mitochondries, etc.).
Pour observer les détails de ces structures, il fallait toutefois
mettre au point un instrument plus puissant, le microscope électronique (ME). Inventé dans les années 1950, le
ME n’utilise pas la lumière, mais plutôt un faisceau d’électrons qui traverse la préparation ou en balaie la surface (voir
l’appendice A). Le pouvoir de résolution est inversement
proportionnel à la longueur d’onde du rayonnement utilisé,
et la longueur d’onde des faisceaux d’électrons est de beaucoup inférieure à celle de la lumière visible. Théoriquement,
les microscopes électroniques modernes peuvent atteindre
une résolution d’environ 0,002 nm, mais en pratique leur
limite est généralement de 2 nm, ce qui représente tout de
même une résolution 100 fois plus grande que celle du
microscope photonique.
Le microscope électronique à balayage (MEB) est
particulièrement utile pour étudier la surface d’un échantillon (figure 6.3). On commence par recouvrir l’échantillon
d’une mince pellicule d’or ou de platine, puis un faisceau
d’électrons balaie la surface. Le faisceau excite les électrons
de la pellicule, laquelle émet des électrons secondaires. Ces
derniers sont détectés par un instrument qui convertit la disposition des électrons en signal électronique visible sur un
écran. Le microscope électronique à balayage se distingue par
sa grande profondeur de champ, grâce à laquelle il produit
des images qui semblent tridimensionnelles.
Le microscope électronique à transmission (MET)
sert à étudier la structure interne d’une cellule (figure 6.3). Le
MET envoie un faisceau d’électrons à travers une coupe très
mince de l’échantillon, un peu comme le microscope photonique fait passer la lumière à travers une lame. Le spécimen a été
coloré au moyen d’atomes de métaux lourds qui se fixent à
certaines structures cellulaires, accentuant ainsi la densité électronique de certaines parties de la cellule par rapport à d’autres.
10 +m
0,1 nm
1 nm
10 nm
100 nm
1 +m
100 +m
1 mm
1 cm
0,1 m
1 m
10 m
Taille des humains
Longueur de certaines
cellules nerveuses
ou musculaires
Œuf de poule
Œuf de grenouille
Superrésolution
(nanoscopie)
La plupart des
cellules végétales
et animales
Ovule humain
La plupart
des bactéries
Mitochondrie
Virus
Les plus petites bactéries
Ribosomes
Protéines
Lipides
Petites molécules
Atomes
1 centimètre (cm) 10
<2 m
1 millimètre (mm) 10
<3 m
1 micromètre (+m) 10
<3 mm 10
<6 m
1 nanomètre (nm) 10
<3 +m 10
<9 m
Noyau
Visible à l’œil nu
Visible au microscope photonique
Visible au microscope électronique
m Figure 6.2 Dimensions comparées des cellules. La plupart
des cellules (zones en jaune) mesurent entre 1 et 100 µm de diamètre ;
par conséquent, elles ne sont visibles qu’au microscope. Étant donné
l’écart entre les dimensions représentées, nous avons opté pour une échelle
logarithmique : chaque mesure indiquée à gauche de la graduation
est 10 fois inférieure à celle qui est inscrite au-dessus d’elle.