TPE: Les interactions entre bactéries et antibiotiques

« Fleming de ce champignon a été majeure dans l’histoire de la médecine. Nous avons essayé d’observer ce champignon par microscope, en prélevant des fragments de roquefort, où celui-ci est contenu (penicillium glaucum).

Sa structureest reconnaissable par sa forme particulière en pinceaux. Figure [ 5 ] : Pénicillum notatum (source Internet) Figure [ 6 ] : Pénicillium observés au microscope (X400) B) Structure chimique des antibiotiquesLes antibiotiques délivrés par un médecin pour son patient ont subi de nombreuses modifications (physiques ou chimiques) pour que ceux-ci n’aient pas d’effettoxique sur l’homme.

Dans ce T.P.E, nous ciblerons la structure chimique de la pénicilline et dd la céphalosporine.Toutes deux font parties de la famille des béta-lactames.

Construites autour d'un cycle beta-lactame, on distingue plusieurs familles de produits en fonction de lanature du cycle qui lui est accolé.

Toutes ces familles sont composées d’un acide carboxylique (COOH). Figure [ 7 ] : Famille des béta-lactames Toutes les pénicillines sont reconnaissables par leur cycle péname, constitué d’un cycle béta-lactame et du noyau thiazolidine.Cycle β-lactameNoyau thiazolidineFigure [ 8 ] : Noyau pénameAcide carboxylique La pénicilline est formée à partir de l’acide-6-aminopénicillanique.Figure [ 9 ] : Dérivées d'acide-6Figure [ 10 ] : Acide-6-aminopénicillaniqueCet acide 6 aminopénicillanique peut être substitué sur sa fonction aminée (NH2) pour donner naissance à des dérivés qui se distinguent par la stabilité, lapharmacocinétique, le spectre et la résistance aux beta-lactamases (cf II-).

Par ailleurs, la fonction carboxylique (COOH) peut être transformée en carboxylate (plussoluble).

Cette fonction acide est toutefois essentielle à l'activité antibactérienne.

Ces dérivées sont plus ou moins efficaces et leurs modes d’action varient enfonction de la fonction qu’elles remplissent.

Ainsi par exemple, les pénicillines G sont acidosensibles et les V acidorésistantes.

L’obtention d’antibiotiques« purifiés » (notion non développée dans ce TPE) nécessite de longues et complexes transformations chimiques, expliquées et illustrées à l’adresse suivante :http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-synthese-organique-article-Penicilline_Synthese_Antibiotique_Demirdjian.htmlFigure [ 11 ] : Noyau Cephem Les céphalosporines, quant à elles, sont reconnaissables par leur cephem : constituées d’un cycle béta-lactame lié à un noyau dihydrothiazine et sont formées à partirde l’acide 7-aminocéphalosporanique.

Par rapport à l'acide 6-aminopénicillanique, ce noyau possède un carbone supplémentaire. Noyau dihydrothiazine Cycle β-lactameAcide carboxylique 3- 1- Paroi* Beta-lactamines* Glycopeptides 2- Membrane* Polymyxines 3- Réplication ADN* Porfiromycines 4- Transcription ADN* Rifamycynes 5- Traduction ARN* Aminosides* TétracylinesModes d’action d’un antibiotique Figure [ 12 ] : Schéma des sites d'action des antibiotiques Plusieurs modes d’action existent, et différent selon l’antibiotique choisi.

Chaque antibiotique attaque le métabolisme bactérien en des sites différents.a) Action sur la paroi bactérienneLa paroi bactérienne est formée à partir d’un élément appelé peptidoglycane, sorte de cotte de mailles qui leur confère une rigidité leur permettant de résister dans lesmilieux particulièrement inhospitaliers.

La synthèse de ce peptidoglycane suit une procédure particulière.* Les Glycopeptides (Vancomycyne, Teicoplanine) ou les Fosfomycines* Elles inhibent la synthèse des précurseurs de la paroi* Et inhibent le transfert de ces précurseurs * Les béta-lactamines (pénicillines, céphalosporines …)* se fixent aux enzymes PLP de la membrane cytoplasmique impliquées dans la phase terminale (appelée transpeptidase) d’assemblage du peptidoglycane.En effet, la pénicilline possède une structure tridimensionnelle semblable à celle du substrat utilisé par les enzymes PLP bactériennes pour former le peptidoglycane.En temps normal : (substrat) + (enzyme) (complexe E-S) Peptidoglycane Avec les β-lactamines : (Pénicilline) + (enzyme) Complexe instable : destruction enzyme |Figure [ 13 ] : Tableau relatant le blocage de la synthèse du peptidoglycane par la pénicillineLe blocage de l’enzyme entraîne sa destruction et donc empêche la synthèse du peptidoglycane et donc la formation de la paroi, la bactérie, sans paroi, ne peutsurvivre et est détruite. b) Action sur membraneLes polymyxines sont des antibiotiques intervenant sur la membrane cellulaire, elle s’insère parmi la membrane extérieure, altère la perméabilité de la membrane etdiffuse des substances hydrosolubles hors de la bactérie qui provoquent la destruction de cette dernière.. »