Cours 7 - Métabolites secondaires - antibiotiques

Question 1

C’est quoi la définition d’un métabolite primaire:

Answer 1

– Impliqué dans de nombreux réactions

– débit élevée

Question 2

C’est quoi la définition d’un métabolite secondaire :

Answer 2

– Métabolite qui ne sert plus à des réactions (et qui d’habitude est excrété)

– Débit faible

Question 3

Quelle est la principale différence entre un métabolite primaire et un métabolite secondaire en termes de fonction et de débit ?

Answer 3

• Un métabolite primaire est impliqué dans de nombreuses réactions biochimiques avec un débit élevé,
• Tandis qu’un métabolite secondaire n’est plus utilisé dans les réactions et est généralement excrété avec un débit faible.

Question 4

Vrai ou Faux :
Les métabolites secondaires sont considérés comme des déchets parce qu’ils ne participent plus à des flux métaboliques.

Answer 4

Vrai, mais aussi considérer comme “produits”

Question 5

Pourquoi la synthèse des métabolites secondaires, comme les “produits”, est-elle souvent énergétiquement coûteuse ?

Answer 5

Parce qu’elle implique de nombreuses étapes secondaires complexes qui ne servent pas à d’autres processus métaboliques.

Question 6

Un organisme pourrait-il a priori survivre sans produire les métabolites secondaires qualifiés de “produits” ? Pourquoi cela semble-t-il contradictoire du point de vue évolutif ?

Answer 6

Oui, un organisme pourrait survivre sans ces produits,

Mais il semble improbable que l’évolution ait conservé ou développé des processus métaboliques inutiles. Cela suggère que ces produits ont une utilité pour l’organisme qui les fabrique.

Question 7

Quelle est la différence principale entre les “déchets” et les “produits” parmi les métabolites secondaires ?

Answer 7

Les “déchets” sont excrétés sans autre utilité, tandis que les “produits” sont probablement utiles pour l’organisme malgré leur synthèse complexe et coûteuse.

Question 8

Quels types de composés sont généralement considérés comme des “produits” parmi les métabolites secondaires ?

Answer 8

En règle générale, ces “produits” sont des toxines, des colorants ou des odorants.

Question 9

Pourquoi la présence de métabolites secondaires comme les colorants peut-elle être considérée comme un signe de bonne santé métabolique ?

Answer 9

Parce que leur production est énergétiquement coûteuse, leur présence indique une bonne santé métabolique, montrant que l’organisme dispose des ressources nécessaires pour produire ces composés de “luxe”.

Question 10

Comment les métabolites secondaires, comme les colorants, peuvent-ils influencer le choix du partenaire chez certains vertébrés ?

Answer 10

Une coloration intensive, due à la présence de métabolites secondaires, peut faire partie des critères de choix du partenaire, car elle est associée à un bon état de santé général de l’individu.

Question 11

Quel rôle écologique les métabolites secondaires jouent-ils souvent ?

Answer 11

Ils servent souvent à la communication, qu’elle soit compétitive ou mutualiste, et jouent des rôles dans les interactions inter-espèces.

Question 12

Donnez deux exemples de métabolites secondaires utilisés pour la communication inter-espèces.

Answer 12

Les toxines de défense (contre des prédateurs ou compétiteurs)

Et les colorants ou odorants/aromates qui agissent comme attractants (“armes biologique”).

Question 13

Dans quels types d’organismes les métabolites secondaires ont-ils été particulièrement bien étudiés ?

Answer 13

Les plantes, les bactéries et les champignons.

Mais existent tout à fait chez les animaux, surtout avec invertébrés.

Question 14

Vrai ou Faux :
Les métabolites secondaires n’existent pas chez les animaux.

Answer 14

Faux.
Ils existent chez les animaux, en particulier chez les invertébrés.

Question 15

Donnez un exemple de métabolite secondaire « intéressant » pour l’humain et expliquez pourquoi.

Answer 15

La caféine, qui est appréciée pour ses effets stimulants.

Question 16

Vrai ou Faux :
Les métabolites secondaires n’ont d’intérêt que pour les humains.

Answer 16

Faux.
Par exemple, l’herbe aux chats (« catnip ») est un métabolite secondaire qui intéresse également les animaux, comme les chats.

Question 17

Quelle est la principale différence entre le métabolisme primaire et la synthèse de métabolites secondaires en termes de diversité ?

Answer 17

Le métabolisme primaire est hautement conservé entre les espèces,

Tandis que la synthèse de métabolites secondaires est hautement diversifiée (variations subtiles).

Question 18

Comment les enzymes du métabolisme primaire ont-elles contribué à la synthèse des métabolites secondaires ?

Answer 18

Par des variations évolutives, souvent dues à la fusion ou à la duplication de gènes, qui ont modifié les enzymes existantes pour synthétiser des métabolites secondaires.

Question 19

Vrai ou Faux :
La synthèse des métabolites secondaires représente une révolution métabolique avec des mécanismes totalement nouveaux.

Answer 19

Faux.

C’est plutôt un jeu de variations et de combinaisons d’enzymes préexistantes du métabolisme primaire.

Question 20

Quel événement évolutif a été un moteur majeur de la diversification des métabolites secondaires chez les angiospermes ?

Answer 20

La co-évolution des plantes à fleurs (angiospermes) avec des espèces d’insectes.

Question 21

Donnez deux exemples de métabolites secondaires diversifiés grâce à la co-évolution entre les angiospermes et les insectes.

Answer 21

Les composés organiques volatils (VOCs) et les colorants.

Question 22

Pourquoi les métabolites secondaires sont-ils qualifiés de « métabolites de luxe » ?

Answer 22

Parce qu’ils sont produits en petite quantité et SEULEMENT après les métabolites centraux (primaires), lorsqu’il y a des ressources disponibles.

Question 23

À quel moment les bactéries produisent-elles généralement des métabolites secondaires ?

Answer 23

Plutôt en phase stationnaire, une fois que les besoins métaboliques centraux ont été satisfaits.

Question 24

Sur quoi est basé le regroupement des métabolites secondaires en catégories comme les alcaloïdes, les terpénoïdes et les composés phénoliques ?

Answer 24

Sur leurs structures chimiques et leurs voies de synthèse.

Question 25

Vrai ou Faux :
La structure chimique d’un métabolite secondaire indique directement sa fonction biologique (« bioactivité »).

Answer 25

Faux.
La structure chimique ne reflète pas nécessairement sa bioactivité.

Question 26

Citez trois catégories principales de métabolites secondaires.

Answer 26

Les alcaloïdes, les terpénoïdes et les composés phénoliques.

Question 27

D’où proviennent les points de départ des voies métaboliques spécialisées pour la synthèse des métabolites secondaires ?

Answer 27

Ils proviennent des métabolites du métabolisme central.

Question 28

Quelle est la principale limitation dans la synthèse des métabolites secondaires à partir des voies métaboliques spécialisées ?

Answer 28

La concentration des métabolites du métabolisme central, qui peut constituer (« bottleneck »).

Question 29

Vrai ou Faux : Les métabolites secondaires peuvent être synthétisés directement sans dépendre du métabolisme central.

Answer 29

Faux.
Ils dépendent des métabolites du métabolisme central comme points de départ. Ce qui peut freiner la synthèse des métabolites secondaires.

Question 30

Citez trois industries où les métabolites secondaires sont particulièrement intéressants.

Answer 30

L’industrie pharmaceutique, la parfumerie et l’industrie agro-alimentaire (aromates, colorants).

Question 31

Citez quatre exemples de métabolites secondaires utilisés comme médicaments.

Answer 31

• Les statines,
• Le camphotecin/irinotecan,
• Le taxol/tamoxifen et
• La rapamycine.

Question 32

Quel type de métabolites secondaires produits par certaines bactéries est particulièrement intéressant pour l’humain ?

Answer 32

Les antibiotiques.

Question 33

Dans quelles conditions les bactéries produisent-elles généralement des antibiotiques ?

Answer 33

Lorsqu’elles sont en compétition avec d’autres micro-organismes, comme d’autres bactéries ou des champignons.

Question 34

Quel est le groupe chimique principal de la pénicilline ?

Answer 34

Le noyau β-lactame (2-azétidinone).

Question 35

Contre quel type de bactéries la pénicilline est-elle particulièrement efficace ?

Answer 35

Contre les bactéries à Gram positif (+)

Question 36

Comment la pénicilline agit-elle pour inhiber la croissance bactérienne ?

Answer 36

Elle inhibe la formation de la paroi bactérienne en se fixant aux enzymes de synthèse de la paroi, agissant comme un pseudosubstrat.

Question 37

Quel organisme produit la pénicilline ?

Answer 37

Le champignon Penicillium.

Question 38

Quels sont les antibiotiques qui partagent le même groupe chimique que la pénicilline ?

Answer 38

Les antibiotiques β-lactames.

Question 39

Quel est le groupe chimique principal des tétracyclines ?

Answer 39

Les polycétides.

Question 40

Comment les tétracyclines sont-elles synthétisées ?

Answer 40

Par la condensation itérative de sous-unités acétyle ou malonyle grâce aux polycétide synthases.

Question 41

Pourquoi les tétracyclines sont-elles considérées comme des antibiotiques à spectre large ?

Answer 41

Parce qu’elles sont efficaces contre une grande variété de bactéries, incluant celles à Gram positif (+) et Gram négatif (-)

Question 42

Quel est le mécanisme d’action des tétracyclines sur les bactéries ?

Answer 42

Elles inhibent la traduction en se fixant à la sous-unité 30S du ribosome.

Question 43

Quel organisme produit naturellement les tétracyclines ?

Answer 43

La bactérie Gram positive Streptomyces.

Question 44

Vrai ou Faux :
Les tétracyclines n’existent que sous leur forme naturelle.

Answer 44

Faux.
Des dérivés semi-synthétiques des tétracyclines existent.

Question 45

Quel est le groupe chimique principal des macrolides comme l’érythromycine ?

Answer 45

Les polycétides, couplés à des glucides.

Question 46

Contre quel type de bactéries les macrolides, comme l’érythromycine, sont-elles efficaces ?

Answer 46

Contre les bactéries Gram négatif et certains intracellulaires.

Note : Spectre plus large que pénicilline, aussi contre les intracellulaires.

Question 47

Dans quel cas l’érythromycine est-elle utilisée comme alternative ?

Answer 47

En cas d’allergie aux antibiotiques β-lactames.

Question 48

Quel est le mécanisme d’action des macrolides sur les bactéries ?

Answer 48

Elles inhibent la traduction en se fixant à la sous-unité 50S du ribosome.

Question 49

Quel organisme produit naturellement l’érythromycine ?

Answer 49

La bactérie Streptomyces.

Question 50

Quelle est la différence principale entre le mécanisme d’action des macrolides et celui des tétracyclines ?

Answer 50

Les macrolides se fixent à la sous-unité 50S du ribosome, tandis que les tétracyclines se fixent à la sous-unité 30S.

Question 51

Comment la synthèse de certains métabolites peut-elle être réalisée par une seule enzyme ?

Answer 51

Par une grande enzyme contenant de multiples sites actifs dans différents domaines, permettant de réaliser toutes les étapes de la synthèse.

Question 52

Donnez un exemple dans le métabolisme primaire où une seule enzyme réalise plusieurs étapes de synthèse.

Answer 52

La FAS (Fatty Acid Synthase) dans le métabolisme primaire.

Question 53

Vrai ou Faux :
Les enzymes qui synthétisent des métabolites secondaires ne possèdent généralement qu’un seul site actif.

Answer 53

Faux.
Elles possèdent souvent plusieurs sites actifs pour couvrir plusieurs étapes de la synthèse.

Question 54

Combien de cycles dans l’enzyme sont nécessaires pour convertir un substrat comme l’acétyl-CoA ou le malonyl-CoA en acide palmitique ?

Answer 54

7 cycles

Question 55

Quel est le produit final obtenu après sept cycles dans l’enzyme à partir du substrat acétyl-CoA/malonyl-CoA ?

Answer 55

De l’acide palmitique.

Question 56

Comment appelle-t-on une enzyme qui répète plusieurs cycles pour synthétiser un produit final ?

Answer 56

Une enzyme itérative.

Question 57

Vrai ou Faux :
Après un seul cycle, le substrat acétyl-CoA/malonyl-CoA est transformé en acide gras complet.

Answer 57

Faux.
Il faut sept cycles pour obtenir un acide gras comme l’acide palmitique.

Question 58

Quels types d’enzymes itératives ont des multiples domaines et participent à la synthèse de métabolites secondaires ?

Answer 58

• Les NRPS (nonribosomal peptide synthetases) et
• Les PKS (polykétidesynthases) itératives, = PKS de type 1

Question 59

Quel type de métabolites secondaires est synthétisé par les NRPS ?

Answer 59

Des métabolites secondaires circulaires.

Question 60

Vrai ou Faux :
Les métabolites secondaires synthétisés de façon strictement itérative par les NRPS sont toujours asymétriques.

Answer 60

Faux.
Ils sont symétriques lorsqu’ils sont synthétisés de façon strictement itérative.

Question 61

Quelle est la différence principale entre une synthèse itérative et une synthèse modulaire dans le contexte des enzymes ?

Answer 61

Dans une synthèse itérative, le substrat passe plusieurs fois par la même enzyme,

Tandis que dans une synthèse modulaire, il passe par une chaîne de production linéaire composée de différentes enzymes.

Question 62

Quels sont les avantages d’une chaîne de production linéaire modulaire pour la synthèse métabolique ?

Answer 62

Elle offre beaucoup plus de possibilités de variations dans la structure du produit final.

Question 63

Quel type de produit peut être obtenu par une synthèse modulaire, en termes de symétrie ?

Answer 63

Des produits irréguliers (asymétriques), comme la cyclosporine.

Question 64

Quel organisme produit la cyclosporine ?

Answer 64

Le champignon Tolypocladium inflatum.

Question 65

La cyclosporine est-elle un antibiotique ? Pourquoi ou pourquoi pas ?

Answer 65

Non, ce n’est pas un antibiotique, mais un métabolite secondaire utilisé comme immunosuppresseur.

Question 66

Pourquoi la cyclosporine est-elle précieuse en médecine ?

Answer 66

Parce qu’elle est un puissant inhibiteur de la réponse immunitaire, permettant notamment les transplantations d’organes.

Question 67

Comment la cyclosporine illustre-t-elle l’intérêt des métabolites secondaires en général ?

Answer 67

Elle montre que les métabolites secondaires peuvent avoir des applications importantes en médecine, comme le traitement des rejets de greffes grâce à ses propriétés immunosuppressives.

Question 68

Quel type de système est utilisé par les PKS modulaires pour la synthèse de métabolites secondaires ?

Answer 68

Un système de chaîne modulaire, composé de modules d’enzymes à multiples domaines.

Question 69

Donnez un exemple de PKS modulaire et le produit qu’elle synthétise.

Answer 69

La 6-Deoxyerythronolide B Synthase (DEBS), qui synthétise le précurseur de l’érythromycine.

Question 70

Quels antibiotiques sont synthétisés par les PKS modulaires ?

Answer 70

Les macrolides et les tétracyclines.

Question 71

Vrai ou Faux :
Les modules DEBS utilisés par les PKS modulaires sont complètement différents de la FAS.

Answer 71

Faux.
Les modules DEBS ressemblent à la FAS.

Question 72

Sur quel principe repose la synthèse de presque tous les antibiotiques et de nombreux autres métabolites secondaires ?

Answer 72

Sur des variations du thème des enzymes NRPS et PKS.

Question 73

Quels types de métabolites secondaires les NRPS peuvent-ils synthétiser ? Donnez au moins trois exemples.

Answer 73

• Des antibiotiques (Vancomycine, Actinomycine), la Cyclosporine A,
• La Bléomycine (un cytostatique),
• Des pigments et des toxines.

Question 74

Quels types de métabolites secondaires sont synthétisés par les PKS ? Donnez au moins quatre exemples.

Answer 74

• Des antibiotiques (Tétracyclines, Macrolides),
• Des antifongiques (Amphotéricine),
• La Rapamycine,
• La Lovastatine et des aflatoxines.

Question 75

Quel domaine scientifique est rendu possible grâce à la compréhension des mécanismes de synthèse des métabolites secondaires ?

Answer 75

Le génie biologique et génétique.

Question 76

Quel est l’objectif principal du design de nouvelles « machines » protéiques pour la synthèse des métabolites secondaires ?

Answer 76

Générer de nouveaux métabolites secondaires, tels que des antibiotiques, avec des variations encore inconnues.

Question 77

Quel est le groupe chimique principal des aminoglycosides comme la streptomycine ?

Answer 77

Ils contiennent 2 à 5 glucides aminés, dérivés de la base D-glucose-6-phosphate.

Question 78

Contre quels types de bactéries les aminoglycosides sont-ils efficaces ? (2)

Answer 78

Contre les bactéries Gram négatif et Mycobacterium tuberculosis.

Question 79

Quel est le mécanisme d’action des aminoglycosides comme la streptomycine ?

Answer 79

Ils inhibent la traduction en se fixant à la sous-unité 30S du ribosome.

Question 80

Quel type d’organisme produit naturellement les aminoglycosides ? Donnez un exemple.

Answer 80

Les actinomycètes, par exemple Streptomyces.

Question 81

Vrai ou Faux :
Les aminoglycosides comme la streptomycine sont des antibiotiques de première intention en raison de leur sécurité d’utilisation.

Answer 81

Faux.
Ils ont des effets secondaires importants et sont utilisés comme antibiotiques de réserve.

Question 82

De quel type de molécules les aminoglycosides, comme la streptomycine, sont-ils composés ?

Answer 82

Ce sont des oligosaccharides.

Question 83

Quels facteurs doivent être pris en compte pour évaluer l’utilisation d’un antibiotique, en particulier pour déterminer s’il doit être utilisé comme antibiotique de réserve ?

Answer 83

• Spectre d’action (large ou étroit)
• Capacité de pénétration dans les bactéries
• Pharmacocinétique chez les humains
• Effets secondaires possibles
• Risque de développement de résistance

Question 84

Pourquoi est-il nécessaire de disposer de nombreux antibiotiques différents ?

Answer 84

Parce que les organismes ciblés par les antibiotiques peuvent développer une résistance à leurs effets, rendant certains antibiotiques inefficaces au fil du temps.

Extra : Il émerge des bactéries résistantes contre la plupart des antibiotiques

Question 85

Quel type d’antibiotique est Vancomycine?

Answer 85

Antibiotique dit ‘de réserve’.

Question 86

Quels sont les deux principaux facteurs qui favorisent l’apparition des souches bactériennes résistantes ?

Answer 86

• L’utilisation inadéquate d’antibiotiques, comme le sous-dosage.
• L’utilisation très répandue d’antibiotiques, notamment dans l’élevage du bétail.

Question 87

Que sont les gènes de résistance, et comment contribuent-ils à la résistance aux antibiotiques ?

Answer 87

Les gènes de résistance permettent aux bactéries de résister aux effets des antibiotiques, et ils peuvent se transmettre entre bactéries et espèces.

Question 88

Quel rôle jouent les plasmides dans la propagation de la résistance aux antibiotiques ?

Answer 88

Les plasmides, qui sont des ADN extrachromosomaux

• Capables de réplication autonome,
• Permettent le transfert des gènes de résistance entre bactéries et espèces.

Question 89

Que sont les transposons, et quel est leur rôle dans la résistance bactérienne ?

Answer 89

Les transposons sont des éléments d’ADN mobiles ou transposables

• Qui comprennent souvent des gènes de résistance.
• Ils facilitent le transfert de ces gènes entre plasmides et chromosomes.

Question 90

Vrai ou Faux :
Les gènes de résistance présents sur les plasmides restent confinés à une seule espèce bactérienne.

Answer 90

Faux.
Les gènes de résistance peuvent se propager entre différentes espèces grâce aux plasmides et transposons.

Question 91

Quelles sont les trois stratégies utilisées par les protéines exprimées par les gènes de résistance pour neutraliser les antibiotiques ?

Answer 91

• Extraire l’antibiotique.
• Détruire l’antibiotique.
• Modifier la cible de l’antibiotique.

Question 92

Quels types d’enzymes sont responsables de la destruction des antibiotiques, et quelles variations peuvent exister parmi ces enzymes ?

Answer 92

Les enzymes responsables sont les β-lactamases, comme les pénicillinases, céphalosporinases et carbapénèmases.

Variations :
- Spectre large ou étroit.
- Résistance ou non aux inhibiteurs.
- Présence ou absence de métal au site actif.
- Plus de 890 β-lactamases sont connues.

Question 93

Pourquoi l’imipénem est-il considéré comme un antibiotique puissant et de réserve ?

Answer 93

Parce que c’est un carbapénème résistant aux β-lactamases, ce qui le rend efficace contre des bactéries produisant ces enzymes.

Question 94

Quelle est l’approche originale utilisée pour contrer les mécanismes de résistance aux antibiotiques ?

Answer 94

Attaquer simultanément le mécanisme de résistance,

Par exemple en combinant un antibiotique avec un inhibiteur de β-lactamase comme l’acide clavulanique.

Question 95

Pourquoi l’acide clavulanique est-il utilisé en thérapie combinée, et quel organisme le produit naturellement ?

Answer 95

• L’acide clavulanique inhibe les β-lactamases, permettant aux antibiotiques β-lactames de rester efficaces.
• Il est produit naturellement par Streptomyces clavuligerus.

Question 96

Quel est l’avantage des pompes d’extraction d’antibiotiques dans les mécanismes de résistance bactérienne ?

Answer 96

Ces pompes peuvent transporter une large classe de métabolites et de xénobiotiques, offrant une résistance non spécifique contre plusieurs composés.

Question 97

Quel principe commun lie les pompes d’extraction bactériennes et les transporteurs ABC (ATP-binding cassette) ?

Answer 97

Les deux fonctionnent selon un mécanisme similaire de résistance multidrogue (MDR),

Rendant les bactéries résistantes aux antibiotiques et les cellules tumorales résistantes à la chimiothérapie.

Question 98

Quelles sont les trois stratégies principales de modification des cibles utilisées par les bactéries pour résister aux antibiotiques ?

Answer 98

1. Mutation des cibles, comme les ARN.
2. Production d’une protéine protectrice qui bloque l’accès à l’antibiotique.
3. Utilisation de composés alternatifs dans la paroi bactérienne.

Question 99

Pourquoi les hôpitaux sont-ils des endroits particulièrement susceptibles d’héberger des souches bactériennes multi-résistantes (MDR) ?

Answer 99

Parce que l’utilisation très répandue et souvent inadéquate des antibiotiques dans les hôpitaux maintient une forte pression de sélection, favorisant la survie et la propagation des bactéries résistantes.