Structure du peptidoglycane
Le peptidoglycane constitue une couche protectrice robuste située au-dessus de la membrane cytoplasmique. Chez les bactéries Gram-négatives, il est recouvert en outre d'une membrane externe constituée de lipopolysaccharides, qui agit comme une barrière contre de nombreux antibiotiques.
Le squelette de la molécule (« colonne vertébrale ») est composé de longues chaînes dans lesquelles alternent deux aminosucres :
- N-acétylglucosamine (NAG) ;
- N-acétylmuramique (NAM).
Un oligopeptide court est attaché à chaque molécule de NAM. Ces prolongements peptidiques des chaînes polymères adjacentes sont reliés entre eux par des ponts transversaux, formant ainsi un réseau tridimensionnel solide.
Étape 1 : Synthèse des monomères
Le processus commence dans le cytoplasme et sur la face interne de la membrane cellulaire. Le glucose est transformé en NAG et en NAM. Ensuite, la chaîne peptidique est assemblée sur la molécule de NAM grâce à l'intervention des enzymes MurC, MurD, MurE.
Tout d'abord, la L-alanine et le D-glutamate se fixent successivement. Le troisième acide aminé dépend du type de bactérie : chez la plupart des Gram-positives, il s'agit de la L-lysine, tandis que chez les Gram-négatives (et certaines Gram-positives), c'est l'acide diaminopimélique (DAP). Le DAP n'étant pas présent dans le corps humain, il constitue une cible attrayante pour de nouveaux antibiotiques.
Enfin, le dipeptide D-Ala-D-Ala, synthétisé à partir de la L-alanine par l'enzyme D-Ala-D-Ala synthétase, est ajouté à la chaîne.
Après cela, le NAG est joint au complexe, et un polypeptide de liaison — généralement un pont pentaglycine — est ajouté au troisième acide aminé (lysine ou DAP) chez les bactéries Gram-positives.
Étape 2 : Transport et polymérisation
Le monomère de muréine hydrophile synthétisé ne peut pas traverser de lui-même la membrane cytoplasmique lipophile. Une molécule transporteuse, le bactoprénol, est utilisée à cet effet.
Le bactoprénol se lie au monomère, le transporte vers la surface externe de la membrane et l'insère dans la chaîne polymère en croissance. Une fois que les enzymes transglycosylases détachent le bactoprénol, celui-ci retourne dans le cytoplasme pour récupérer un nouveau bloc de construction.
Le processus d'allongement linéaire des chaînes (liaison du NAM du monomère apporté au NAG du polymère existant) est catalysé par l'enzyme peptidoglycane-glycosyltransférase.
Étape 3 : Transpeptidation (réticulation)
L'étape finale confère sa solidité à la paroi cellulaire. Les chaînes parallèles de peptidoglycane sont réticulées entre elles.
Ce processus est catalysé par des enzymes, les transpeptidases. Elles se lient au dipeptide terminal D-Ala-D-Ala, clivent un résidu (terminal) de D-alanine et forment un complexe temporaire avec le peptidoglycane. Ensuite, le groupe aminé libre de la chaîne voisine attaque ce complexe, formant une liaison croisée covalente.
Les transpeptidases sont les principales cibles des antibiotiques $\beta$-lactamines (par exemple, la benzylpénicilline), raison pour laquelle ces enzymes ont été nommées protéines liant la pénicilline (PLP).
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quels antibiotiques inhibent l'étape cytoplasmique de la synthèse des monomères de peptidoglycane ?
Les inhibiteurs de la synthèse du monomère de muréine agissent aux premiers stades de la synthèse de la paroi cellulaire en perturbant la formation de ses blocs de construction dans le cytoplasme.
- Fosfomycine (Fosfomycin) — bloque de manière irréversible la condensation enzymatique de l'uridine diphosphate-N-acétyl-glucosamine, empêchant la formation des monomères de muréine.
- Fosmidomycine (Fosmidomycin) — fait partie du groupe d'agents qui perturbent les premiers stades de la synthèse de la paroi cellulaire.
Quel antibiotique bloque le transport des monomères en perturbant le cycle du bactoprénol ?
Le transport des monomères de muréine à travers la membrane est perturbé par la bacitracine, un antibiotique peptidique qui agit sur le transporteur lipidique.
- Bacitracine (Bacitracin) — bloque la déphosphorylation (restauration de l'activité) du pyrophosphate de bactoprénol, le transporteur lipidique, lui faisant perdre sa fonction de transport et arrêtant ainsi la synthèse de la paroi cellulaire.
Quelles classes d'antibiotiques inhibent l'étape de transpeptidation lors de la synthèse de la paroi cellulaire ?
L'étape de réticulation polymérique (transpeptidation) est inhibée par des médicaments qui se lient aux protéines liant la pénicilline et suppriment la transpeptidase.
- Carbapénèmes (Carbapenems) — se lient à des protéines liant la pénicilline spécifiques et suppriment la transpeptidase, altérant la formation des ponts transversaux du peptidoglycane.
En quoi la structure de la paroi cellulaire des bactéries Gram-négatives diffère-t-elle de celle des Gram-positives ?
Les parois cellulaires des bactéries Gram-positives et Gram-négatives diffèrent considérablement par l'épaisseur de la couche de peptidoglycane et la présence de structures protectrices supplémentaires.
| Caractéristique | Gram-positives | Gram-négatives |
|---|---|---|
| Épaisseur de la paroi | 20-60 nm | 10-20 nm |
| Peptidoglycane par rapport au poids sec de la paroi | 40-90% | 5-10% |
| Acides teichoïques | + | - |
| Espace périplasmique | - | + |
| Membrane externe | - | + |
| Coloration de Gram | bleu-violet | rose |
À retenir pour la composition de base : « NAM et NAG construisent le squelette ».
Questions des cours et des examens
Quelles enzymes appelle-t-on protéines liant la pénicilline (PLP) et pourquoi ?
Ce sont des transpeptidases, des enzymes qui effectuent la réticulation croisée des chaînes de peptidoglycane. Les antibiotiques bêta-lactamines (pénicillines) bloquent leur action, d'où leur nom de PLP.
À quoi sert le bactoprénol ?
Il fonctionne comme un transporteur lipophile. Les composants du monomère sont hydrophiles et ne peuvent pas traverser d'eux-mêmes la membrane cellulaire vers l'extérieur.
Quelle est la différence au niveau du troisième acide aminé de la chaîne peptidique selon les différentes bactéries ?
La plupart des bactéries Gram-positives utilisent la L-lysine, tandis que les Gram-négatives utilisent l'acide diaminopimélique (DAP).
À étudier également sur le sujet
- Mécanisme d'action des antibiotiques bêta-lactamines
- Structure de la membrane externe des bactéries Gram-négatives
- Enzymes de synthèse des monomères (MurA-MurF)
- Cycle du bactoprénol et médicaments l'affectant
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