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Métabolites microbiens d'importances économiques Chapitre III Biotechnologies et applications Responsable de la matière Labed H. 2 eme Année BT 2019 / 2020

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Métabolites microbiens d'importances économiques

Chapitre III

Biotechnologies et applications

Responsable de la matièreLabed H.

2 eme Année BT2019 / 2020

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• Un Métabolite est un composé organique intermédiaire ou issu du métabolisme. On réserve ce terme en

général aux petites molécules et aux monomères, par opposition aux macromolécules. Ainsi, le glucose est un

métabolite, contrairement au glycogène, qui est un polysaccharide de poids moléculaire très élevé.

• Un métabolite primaire est un type de métabolite qui est directement impliqué dans la croissance, le

développement et la reproduction normale d'un organisme ou d'une cellule. Ce composé a généralement une

fonction physiologique dans cet organisme, c'est-à-dire une fonction intrinsèque. Les métabolites primaires

rassemblent les acides aminés, les lipides, les sucres ou les acides nucléiques, par exemple.

• Inversement, un métabolite secondaire n'est pas directement impliqué dans ces processus physiologiques

fondamentaux (indispensables) d'un organisme, mais possède par exemple une

fonction écologique importante, c'est-à-dire une fonction relationnelle. En général, un métabolite secondaire

est présent dans un ensemble taxonomiquement restreint d'organismes (Plantes, Champignons, Bactéries...).

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Pour plus d’informations

https://www.youtube.com/watch?v=tqKtvWjvN5c

• Primary and Secondary Metabolites

https://www.youtube.com/watch?v=nAvlDjjshiw

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Les enzymes

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Généralités

• L'organisme humain est le siège de nombreuses réactions chimiques sans qu'elles ne soient déclenchées

par une source de chaleur. Le métabolisme catalyse ces réactions en utilisant des substances qui vont

multiplier la vitesse de celles-ci.

• Ces substances sont appelées enzymes ou biocatalyseurs.

• Les enzymes sont donc des acteurs incontournables de la vie de la cellule.

• Une enzyme est une protéine capable d'accélérer les réactions chimiques du métabolisme se déroulant

dans le milieu cellulaire ou extracellulaire.

• Elle appartient à la famille des catalyseurs.

• Est une molécule biologique d’origine animale, végétale ou microbienne.

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• Les enzymes agissent sur la vitesse de la réaction Mais,

ne change pas avec la réaction.

• Une enzyme, comme toute protéine, est synthétisée par

les cellules vivantes à partir des informations codées dans

l'ADN. Il existe plus de 3.500 enzymes.

• Les enzymes sont le plus souvent des protéines, et sont

donc constituées de chaînes d'acides aminés. Parfois, les

activités enzymatiques sont portées par des ARN, et sont

dans ce cas appelées des ribozymes.

• La partie importante de l'enzyme est constituée du site

actif. C'est dans ce site, qui prend souvent la forme d'une

cavité, que se fixe le substrat qui pourra alors être soumis

à l'action de l'enzyme afin de le transformer en produit.

Généralités

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• La réaction biochimique : c'est une réaction chimique qui se déroule dans la cellule ou le milieu

cellulaire, en présence d'un catalyseur biologique (biocatalyseur), l'enzyme.

• La réaction enzymatique s’écrit de la manière suivante:

Généralités

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• Il existe essentiellement deux grands types de réactions biochimiques :

les réactions de dégradation de la matière organique (catabolisme),

les réactions de synthèse de la matière organique (anabolisme).

• Un substrat est une molécule transformée au cours d'une réaction chimique.

• Un produit dans une réaction enzymatique est la molécule résultante de la transformation d'un substrat au

cours de cette réaction.

Généralités

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Acides aminés• Les acides aminés sont des molécules qui entrent dans la composition des protéines grâce à leur assemblage

par des liaisons que l'on appelle peptidiques.

• Leur nom provient du fait qu'ils possèdent une fonction amine (NH2) et une fonction acide

carboxylique (COOH). Ils se distinguent par leur chaîne latérale, R, qui peut être un

simple atome d'hydrogène (c'est la glycine), ou bien plus complexe.

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La structure des enzymes

Comme les autres protéines, les enzymes

sont composées d'une chaîne linéaire d'acides

aminés qui se replient pendant le processus de

traduction pour donner lieu à une structure tertiaire

tridimensionnelle de l'enzyme, capable de présenter

une activité. Chaque séquence d'acides aminés est

unique et donne donc lieu à une structure unique,

dotée de propriétés uniques. Parfois, des protéines

individuelles peuvent se lier à d'autres protéines

pour former des complexes, dans ce qu'on appelle la

structure quaternaire des protéines.

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Cofacteurs, Coenzymes

• Un cofacteur est un composé chimique non protéique mais qui est nécessaire à l'activité biologique d'une

protéine, le plus souvent une enzyme.

• Les cofacteurs interviennent fréquemment dans la réaction catalytique et peuvent être considérés comme

des « molécules d'assistance » aidant aux transformations biochimiques.

• Les cofacteurs peuvent être classés en deux catégories :

Les ions métalliques et les clusters métalliques. Ces derniers peuvent participer à des réactions

d'oxydoréduction et de transfert d'électron, contribuer à la stabilité de la protéine et/ou intervenir dans

l'activation de molécules d'eau;

les coenzymes qui sont des molécules organiques pouvant contenir des ions métalliques. Elles sont

indispensables à l'activité d'enzymes.

• Certaines sources limitent l'usage du terme « cofacteur » aux substances inorganiques.

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L’holoenzyme• Une enzyme inactive, sans cofacteur, est appelée apoenzyme ; alors que l'enzyme « complète », avec

cofacteur, est l'holoenzyme.

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Classification des enzymes

On peut classer les enzymes en six catégories suivant la réaction biochimique qu'elles réalisent :

1. Les oxydoréductases, qui catalysent des réactions d'oxydoréduction (comme la peroxydase).

2. Les transférases, qui transfèrent un groupement fonctionnel d'une molécule à l'autre (comme les

méthyltransférases qui transfèrent un groupement méthyle).

3. Les hydrolases, qui hydrolysent des liaisons chimiques (comme les nucléases qui coupent l'ADN ou

l'ARN).

4. Les lyases, qui rompent des liaisons mais en produisent de nouvelles simultanément (comme l'adénylate

cyclase qui produit l'AMP cyclique à partir d'ATP).

5. Les isomérases, qui réarrangent les groupements fonctionnels d'une molécule pour former

des isomères (comme les topoisomérases qui enroulent l'ADN).

6. Les ligases ou synthétases, qui permettent la jonction de deux molécules (comme les ADN ligases).

Seuls les substrats et les produits varient d'une enzyme à l'autre.

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Application industriel des enzymes

Les principaux domaines d'utilisation des enzymes sont:

L'industrie des détergents,

L’amidonnerie (production d’amidon),

L'agroalimentaire (alimentation humaine et animale),

La chimie fine

Le secteur de la santé,

Les domaines de l'analyse et des capteurs.

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Production d’enzymes industrielles

• On distingue les enzymes d’extraction (à partir d’organismes végétaux ou animaux) ou les enzymes de

fermentation (microorganismes).

• Le procédé industriel typique pour la production d’enzymes est la culture en profondeur en milieu

aérobie utilisant un microorganisme produisant en grande quantité une enzyme extracellulaire. Les

principaux avantages des enzymes de fermentation par rapport aux enzymes d’extraction :

Production en grande quantité en fermenteur,

Production indépendante des contraintes géographiques et saisonnières,

Matière première bon marché,

Manipulation génétique facile – mutants hyperproducteurs,

Purification plus facile en cas d'enzymes extracellulaires.

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Production d’enzymes industrielles• Les microorganismes utilisés pour la production d’enzymes peuvent être des eucaryotes tels que les levures

et les champignons, ou des procaryotes tels que les gram-positifs ou les gram-négatifs.

• Les caractéristiques recherchées dans une souche produisant une enzyme industrielle sont : taux de

croissance important, productivité en enzyme importante, activité spécifique de l’enzyme élevée, régulation

réduite, résistance à la répression catabolique, peu de produits secondaires, sporulation limitée, nutrition

réduite, enzyme extracellulaire, morphologie adaptée à la culture en réacteur. Comme il est difficile de

trouver toutes ces caractéristiques chez le même organisme, la majorité des souches servant à la production

d’enzymes industrielles ont été améliorées par : mutagenèse (agents chimiques ou irradiation UV)

permettant d'atteindre rapidement des caractéristiques utiles ou, génie génétique permettant à des

microorganismes de produire des enzymes d'organismes supérieurs par insertion du gène correspondant

dans le microorganisme.

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Pour plus d’informations

https://www.youtube.com/watch?v=AR9WEFHjJoY

• Les enzymes

https://www.youtube.com/watch?v=A3CUN008ZY8

• Cofactors, Coenzymes

https://www.youtube.com/watch?v=LK5HzcAOmyA&t=24s

• Enzymes In Industry

https://www.youtube.com/watch?v=jYR0RlMft8Y

https://www.youtube.com/watch?v=ingAqGjcs0Y

https://www.youtube.com/watch?v=SI15089pjtA

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L’éthanol

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Définition

• Un alcool est un composé organique dont l'un des carbones est lié à un groupe hydroxyle (- OH).

• L’éthanol, ou alcool éthylique(ou plus simplement alcool), est un alcool de formule semi-développée CH3-

CH2-OH. C'est un liquide incolore, volatil, inflammable et miscible à l'eau en toutes proportions.

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Classification des alcoolsSelon la nature du radical lié le carbone portant le groupement OH, on

distingue:

1. Les alcools primaires, dont le carbone comportant le groupement

hydroxyle est lié à deux atomes d’hydrogéne et un radical

organique R

2. Les alcools secondaires, dont le carbone comportant le

groupement hydroxyle est lié à un atome d’hydrogéne et deux

radicaux organiques R et R‘

3. Les alcools tertiaires, dont le carbone comportant le groupement

hydroxyle est lié à trois radicaux organiques R, R′ et R″.

4. les phénols, sont considérés comme des alcools particuliers dont

le groupement hydroxyle est lié à un carbone d’un cycle

benzénique.

Phénols

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Domaines d’utilisation des alcools

Les alcools sont utilisés dans l'industrie chimique comme :

Solvant : l'éthanol, peu toxique, est utilisé dans les

parfums et médicaments.

Réactifs : les esters peuvent être synthétisés à partir des

alcools.

Antigels : la basse température de solidification de

certains alcools comme le méthanol et l’éthylène glycol

en font de bons antigels.

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Les voies métaboliques de la synthèse des alcools

La fermentation alcoolique est un processus biochimique par lequel des sucres (glucides, principalement le

glucose) sont transformés en alcool (éthanol) et CO2, en absence d’oxygène. Alors que, chez les eucaryotes, la

totalité du glucose est métabolisé par la voie de glycolyse, les micro-organismes possèdent une variété d’autres

voies qui fonctionnent souvent en parallèle

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L’éthanol• Éthanol est le nom systématique défini par la nomenclature des composés organiques pour une molécule avec deux

atomes de carbone (préfixe éth-) ayant une liaison simple entre eux (suffixe -ane) et attaché à un

groupe hydroxyle (suffixe -ol).

• L'éthanol est un alcool primaire à deux carbones de formule brute C2H6O et de formule semi-

développée CH3CH2OH ou CH3-CH2-OH, indiquant que le carbone du groupe méthyle (CH3-) est attaché au

groupe méthanediyle (-CH2-) lui-même attaché au groupe hydroxyle (-OH). C'est un isomère de constitution de

l'éther méthylique. L’éthanol est usuellement désigné par l’abréviation « EtOH », le groupe éthyle (C2H5-) étant

communément abrégé « Et » en chimie organique.

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Histoire• La fermentation des sucres en éthanol est l'une des plus anciennes biotechnologies employée par l'humain,

notamment dans l'industrie de l'alcool et a été utilisée depuis la Préhistoire pour obtenir des boissons

alcoolisées.

• Des analyses chimiques de composés organiques absorbés dans des jarres datant du Néolithique trouvées

dans un village de la province du Henan en Chine, ont révélé que des mélanges de boissons fermentées

composés de riz, de miel et de fruits étaient produits dès le VIIe millénaire av. J.-C

• Bien que la distillation soit une technique connue des alchimistes gréco-égyptiens (comme Zosime de

Panopolis), les premières traces écrites de production d'alcool à partir du vin ne remontent qu'au XIIe siècle

avec les travaux des alchimistes de l'école de médecine de Salerne . La première mention de la distinction

entre alcool absolu et mélanges eau-alcool est rapportée elle au XIIIe siècle par Raymond Lulle . On notera

cependant que le savant persan Rhazès aurait isolé l'éthanol dans le courant du X e siècle.

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Histoire• En 1796, Johann Tobias Lowitz obtient de l'éthanol pur en filtrant sur du charbon actif de l'éthanol distillé.

Antoine Lavoisier détermine que l'éthanol est composé de carbone, d'oxygène et d'hydrogène, et en 1808,

Nicolas Théodore de Saussure détermine sa formule brute . En 1858, Archibald Scott Couper publie la

structure chimique de l'éthanol, qui est l'une des premières structures déterminées.

• L'éthanol est pour la première fois préparé de façon synthétique en 1826 par les travaux indépendants de

Georges Serullas en France et de Henry Hennel au Royaume-Uni . En 1828, Michael Faraday synthétise de

l'éthanol par l'hydratation en catalyse acide de l'éthylène, une synthèse similaire au procédé industriel utilisé

de nos jours.

• L'éthanol a aussi été utilisé comme combustible dans les lampes, et comme carburant pour les automobiles

jusque dans les années 1930. Par exemple, la Ford T pouvait fonctionner jusqu'en 1908 avec de l'éthanol pur.

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Présence naturelle

• L'éthanol est un sous-produit volatil du métabolisme des levures. Il est donc présent dans l'habitat de ces

organismes et dans notre atmosphère. On le trouve aussi émis par les fruits murs , et dans de nombreuses

plantes du fait de l'anaérobie naturelle durant la germination ou quand les plantes manquant d'oxygène (en

cas d'inondation par exemple ) tirent de l'énergie de la fermentation.

• De l'éthanol a aussi été détecté dans l'espace, recouvrant sous forme solide des grains de poussière dans les

nuages interstellaires.

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Propriétés physico-chimiques

• L'éthanol est un liquide volatil, incolore et qui a une odeur.

• Sa combustion est sans fumée et donne une flamme bleutée.

• Les propriétés physico-chimiques de l'éthanol proviennent

principalement de la présence du groupe hydroxyle et de la courte

chaîne carbonée.

• Le groupe hydroxyle peut former des liaisons hydrogène, rendant l'éthanol plus visqueux et moins volatil que

des solvants organiques de masses moléculaires équivalentes.

• L'indice de réfraction de l'éthanol est plus élevé que celui de l'eau (1,3594 à 25,0 °C ).

• Le point triple de l'éthanol est observé à −123,15 °C pour une pression de 4,3 × 10−4 Pa.

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Production de l’éthanol

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Production de l’éthanol• L’éthanol est un alcool liquide qui peut remplacer l’essence dans les véhicules équipés de moteurs à

combustion interne. Ces moteurs compriment le carburant liquide et l’allument avec une étincelle. Il se

produit alors une réaction de combustion qui libère de l’énergie. Les moteurs à combustion interne

récupèrent cette énergie pour faire fonctionner les véhicules.

• D’après les recherches, Henry Ford aurait conçu la première

voiture, appelée Modèle T, qui fonctionnait à l’essence, à

l’éthanol ou à un mélange des deux.

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Production de l’éthanol• L'éthanol peut être produit industriellement à partir de la pétrochimie par hydratation de l'éthylène, et par

fermentation alcoolique de levures ou de cellulose . Le procédé le plus économique dépend principalement

du marché pétrolier.

1. Catalyse directe

Ce procédé développé dans les années 1970 a complètement supplanté les autres méthodes de production.

L'éthanol ainsi produit est utilisé par l'industrie comme matière première ou comme solvant. Il est produit grâce à

la pétrochimie, en utilisant l'hydratation par catalyse acide de l'éthylène, suivant la réaction :

H2C=CH2 + H2O ↔ CH3CH2OH

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Production de l’éthanol

2. Catalyse indirecte

• Un procédé plus ancien, mais aujourd'hui obsolète, est développé dans les années 1930 par Union Carbide, et

sera utilisé durant une grande partie du XXe siècle . L'éthylène est estérifié par l'acide sulfurique pour

produire du sulfate d'éthyle, qui est ensuite hydrolysé pour donner de l'éthanol et de l'acide sulfurique, qui

sert donc de catalyseur lors de cette réaction :

H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2SO4H CH3CH2SO4H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4

• Ce procédé consomme de grandes quantités d'acide sulfurique et nécessite en entrée un mélange gazeux de

bonne qualité.

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Production de l’éthanol3. Fermentation

L'éthanol utilisé dans les boissons alcoolisées est produit par la fermentation alcoolique. De même, la majeure

partie du bioéthanol provient du traitement par fermentation de plantes sucrières, comme la betterave et la canne

à sucre, ou de céréales, comme le maïs et le blé. Certain types de levures, comme Saccharomyces cerevisiae,

métabolisent les sucres en éthanol et dioxyde de carbone, suivant ces réactions :

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 C12H22O11 + H2O→ 4 CH3CH2OH + 4 CO2

4. Purification

Les différents procédés de production de l'éthanol produisent des mélanges eau-éthanol. Pour une utilisation dans

l'industrie ou comme carburant, l'éthanol doit être purifié . La distillation fractionnée permet de concentrer

l'éthanol jusqu'à 95,6 %vol (89,5 %mol) et forme un mélange azéotropique avec l'eau dont le point d'ébullition

est de 78,2 °C. Les méthodes usuelles pour obtenir de l'éthanol absolu incluent l'utilisation de desséchants, tels

que l'amidon, le glycérol ou les zéolithes, la distillation azéotropique et la distillation extractive.

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Production de l’éthanol par fermentation du maïs

• Les processus de fabrication de l’éthanol sont fondamentalement les mêmes pour le maïs, le blé et d’autres

matières premières. Dans ce cours on va étudier l’exemple du maïs.

• Les étapes de la production d’éthanol comprennent : le broyage du maïs pour en faire une farine; la

liquéfaction de la farine par l’ajout d’eau et la cuisson; la saccharification qui consiste à décomposer

l’amidon en sucre; la fermentation qui transforme le sucre en éthanol; la distillation qui permet de faire

évaporer et condenser l’éthanol puis de retirer l’eau restante, et finalement la dénaturation pour rendre

l’éthanol non potable.

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1. Broyage : Les grains entiers de maïs sont broyés pour en faire une sorte de farine. La farine est surtout

constituée d’amidon. L’amidon est un glucide formé de longues chaînes de molécules de sucre.

2. Liquéfaction : On ajoute de l’eau à la farine pour en faire une « bouillie » et on chauffe la bouillie pour séparer

les longues molécules d’amidon en fragments plus petits. On ajoute l’enzyme alpha-amylase

comme catalyseur pour accélérer la séparation des molécules d’amidon.

3. Saccharification : Les fragments de molécules d’amidon sont réduits en simple glucose (sucre). Cette réaction

est provoquée par un autre catalyseur, une enzyme appelée glucoamylase.

Production de l’éthanol par fermentation du maïs

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4. Fermentation : On ajoute à la bouillie des microorganismes unicellulaires appelés levure. La fermentation

est le processus biochimique qui se produit quand la levure décompose le glucose. La levure tire de l’énergie

du glucose. Il en résulte de l’éthanol.

5. Distillation et déshydratation : Le produit qui résulte de la fermentation ne contient que 10 à 15 %

d’éthanol. Pour obtenir de l’éthanol pur (à 100 %), il doit être concentré. Le point d’ébullition de l’éthanol est

plus bas que celui de l’eau. On peut donc faire évaporer l’éthanol de façon sélective et le condenser par un

processus appelé distillation. Ce processus produit de l’éthanol pur à 95 %. Les 5 % qui restent sont en fait de

l’eau. On tamise ensuite le mélange pour produire de l’éthanol déshydraté pur.

6. Dénaturation : On ajoute une petite quantité d’essence à l’éthanol pour le rendre non potable.

Production de l’éthanol par fermentation du maïs

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Utilisation de l’éthanol Carburant

Boissons alcoolisées

Matière première: l'éthanol est un intermédiaire de synthèse important dans l'industrie chimique. Il est notamment utilisé lors de la

préparation des halogénures d'éthyle, des esters éthyliques, des amines éthyliques, du diéthyléther, de l'acide acétique, et dans une

moindre mesure du butadiène.

Antiseptique: L'éthanol est utilisé dans le domaine médical dans les compresses comme antiseptique. Il est aussi employé dans les

solutions hydro-alcooliques à une concentration d'environ 60 %vol. L'éthanol tue les organismes en dénaturant leurs protéines et en

dissolvant leurs lipides. Il est efficace contre la plupart des bactéries et champignons, de nombreux virus, mais est inefficace contre les

spores.

Solvant: L'éthanol est miscible avec l'eau, et est un bon solvant. On peut le trouver dans les peintures, les teintes industrielles, les vernis

traditionnels, les alcoolature, les marqueurs, et dans les produits cosmétiques comme les parfums et les déodorants.

Utilisation médicale: L'éthanol absolu est parfois injecté dans des tumeurs afin de provoquer leur nécrose. Il n'a toutefois pas une

activité ciblée puisqu'il provoque indifféremment la nécrose des tissus sains et cancéreux. L'éthanol est aussi utilisé pour traiter les

intoxications au méthanol ou à l'éthylène glycol.

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Pour plus d’informations

• Alcohols

https://www.youtube.com/watch?v=nQ7QSV4JRSs&t=100s

• Ethanol

https://www.youtube.com/watch?v=aP5vfxRDoTU

https://www.youtube.com/watch?v=Nsp_IWbw2To

https://www.youtube.com/watch?v=m440_1LwrcQ

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L’acide citrique

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Généralités• L'acide citrique (acide faible) est un acide tricarboxylique α-hydroxylé de formule brute C6H8O7 et de

poids moléculaire 192 g/mol.

• Cet acide est aussi appelé :

E330 (dénomination additif alimentaire)

Acide 2-hydroxy propane-1,2,3-tri carboxylique

acide 3-carboxy-3-hydroxypentanedioïque

acide hydroxy-2-propane 1-2-3 tricarboxylique

• Sous sa forme anhydre, l’acide citrique est composé de cristaux incolores alors que sous sa forme

monohydratée, les cristaux sont blancs.

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Généralités

• L’acide citrique joue un rôle important en biochimie comme métabolite du cycle de Krebs, une voie

métabolique majeure chez tous les organismes aérobies.

• Il complète la dégradation du pyruvate formé à partir du glucose par la glycolyse, libérant ainsi le dioxyde

de carbone et quatre autres atomes d'hydrogène qui sont pris en charge par des molécules de transport

d'électrons.

• Ainsi, chez l'homme, environ 2 kg d'acide citrique sont formés et métabolisés tous les jours.

• Cette voie physiologique est très développée et capable de traiter des quantités très élevées d'acide citrique

dans la mesure où elle se produit à de faibles concentrations.

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Utilisation• L’acide citrique (anhydre ou monohydraté) est largement utilisé dans l’industrie pharmaceutique et

l’industrie agroalimentaire.

• Son utilisation principale est liée à sa capacité à ajuster le pH des solutions.

• L’acide citrique monohydraté est utilisé dans la préparation de granulés effervescents alors que l’acide

citrique anhydre est communément utilisé dans la préparation de comprimés effervescents.

• Dans les produits alimentaires, l’acide citrique est utilisé comme exhausteur de goût et acidifiant dans les

boissons gazeuses.

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• De façon plus générale et ce quel que soit le secteur industriel, l’acide citrique est donc

un agent acidifiant,

un antioxydant,

un agent tampon,

un agent chélatant,

et un exhausteur de goût.

• Les diverses utilisations possibles en font donc une substance à laquelle nous sommes quotidiennement

exposés.

• Après extraction des données de la base du médicament, l’acide citrique est présent en tant qu’excipient

dans plus de 200 spécialités pharmaceutiques commercialisées ayant obtenues une AMM (Autorisation de

Mise sur le Marché) nationale. Les teneurs en acide citrique par unité dans les spécialités pharmaceutiques

indiquées s’échelonnent entre 0.015-4300 mg.

Utilisation

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Histoire et production• L'acide citrique a été isolé du jus de citron pour la première fois en 1784, par le chimiste suédois Carl Scheele (1742,

1786).

• En 1869, en Angleterre, un médecin a obtenu, sous forme cristalline, de l'acide citrique. En mélangeant du jus de citron

saturé avec de l'eau de chaux, que l'on décompose par de l'acide sulfurique, on obtient de l'acide citrique. L'intermédiaire

de cette réaction est le citrate de calcium.

• Dès 1893, Wehmer a eu l'idée que des champignons filamenteux contenaient de l'acide citrique.

• En 1916, en Belgique, Alphonse Cappuyns, étudiant à Louvain, commença à étudier la production d'acide citrique par

voie biologique. D'abord en cultivant des Citromyces (maintenant Penicillium) sur du sucre raffiné, ensuite avec des

"Aspergillus Niger-schimmel".

• en 1923 le citrate a été isolé d'une culture fongique fermentée. Cette méthode effectuée en laboratoire à petite échelle (sur

pétris) a été élargie pour soutenir la demande d'acide citrique où il est maintenant produit dans de larges réservoirs

rotatifs. On le prépare donc par fermentation d'une solution sucrée, telle la mélasse.

• en 1929, la production industrielle, économique, par voie biologique, devint possible et une société belgo-italienne, "La

Citrique Belge", fut fondée.

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Production de l’acide acétique

• L’acide Acétique est un produit utilisé couramment

dans l’industrie, avec une demande mondiale

d’environ 6 millions de tonnes par an.

• La plupart des procédés de production sont basés sur

la carbonylation du méthanol en présence d’un

promoteur iodé et catalysé par un catalyseur à base

Rhodium (procédé Monsanto) ou Iridium (procédé

Cativa).

• La méthode Monsanto a été utilisée intensivement

jusqu’en 1996 quand BP Chemicals a fait apparaître

le procédé Cativa, qui représente une technologie

plus efficace du point de vue du coût et de la pureté

du produit final.

Schématisation simplifiée du procédé Cativa pour la production

d’Acide Acétique

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Pour plus d’informations

• Citric acid

https://www.youtube.com/watch?v=IlvE5BtVx6o

https://www.youtube.com/watch?v=F6vQKrRjQcQ

https://www.youtube.com/watch?v=FMtayizdFiw&t=70s

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Les antibiotiques

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Définitions Antibiotiques (ATB)

• Substances capables d’inhiber spécifiquement la croissance de micro-organismes ou de les détruire

• Substances chimiques produites par des micro-organismes ou obtenues par semi-synthèse ou synthèse

chimique.

bactériostatique

• Une substance qui inhibe la multiplication des bactéries sans les tuer.

bactéricide

• Est une substance ayant la capacité de tuer des bactéries. Les propriétés bactéricides varient

d'une substance à l'autre, en termes de spectres d'action, d'efficacité, de durée d'action…

Spectre d’activité

• Capacité à avoir une activité sur un micro-organisme défini

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Définitions Antibiogramme

• examen de laboratoire permettant d’apprécier la sensibilité d’une bactérie retrouvée après culture d’un

prélèvement chez un patient vis-à-vis de divers ATB in vitro (sur boites de pétri)

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Historique• 1877 : Pasteur et Joubert observent qu’un microorganisme se

multiplie mal dans un liquide envahi de moisissures

• fin XIXème siècle : Pasteur et Koch découvrent le rôle des

bactéries dans la transmission des maladies.

• 1897 : Ernest Duchene découvre le penicillium (plaies des

chevaux avec des moisissures recouvrant les cuirs)

• 1927 : Fleming découvre un penicillium sur une boite de Pétri

(inhibition du staphylocoque doré)

• 1940 : Chain obtient une solution stable de la pénicilline (1 er

antibiotique)

• 1942 : production industrielle de la pénicilline (utilisation lors

de la seconde guerre mondiale)

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Origine

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Mécanismes d’action des antibiotiques

• Les mécanismes d’action des antibiotiques sont très variables. Ils sont plus ou moins spécifiques de certaines

familles bactériennes.

• Les antibiotiques naturels utilisés en thérapeutique sont produits par des bactéries ou des mycètes.

• Les antibiotiques synthétiques sont habituellement des analogues ou des dérivés d’antibiotiques naturels.

• Parmi des centaines d’antibiotiques connus, la plupart sont toxiques pour les cellules eucaryotes.

• Les mécanismes d’actions des antibiotiques sont les suivant:

1. Inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire.

2. Inhibition de la synthèse de la membrane cellulaire.

3. Inhibition de la structure et de la fonction des acides nucléiques.

4. Inhibition de la synthèse des protéines. 5. Blocage des voies métaboliques clés

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Mécanismes d’action des antibiotiques

-Mécanismes d’action des antibiotiques sur les bactéries-

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Classification des antibiotiques• Il existe plusieurs façons de classifier les antibiotiques, mais les critères de classification les plus courants sont

basés sur leurs structures moléculaires, leur mode d'action et leur spectre d'activité.

• D'autres comprennent la voie d'administration (injectable, orale).

• Les antibiotiques dans la même classe structurelle montrent généralement un profil similaire d'efficacité, de

toxicité et d'effets secondaires.

• Certaines classes courantes d'antibiotiques basées sur des structures chimiques comprennent:

les bêta-lactames,

les macrolides,

les tétracyclines,

les quinolones,

les aminoglycosides,

les sulphonamides,

les glycopeptides

et les oxazolidinones.

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Les micoorganismes producteurs des antibioiques

• la plupart des métabolites secondaires sont en fait biosynthétisés par des microorganismes filamenteux

comme les actinomycètes (environ 75%) et les moisissures (comme le genre penicilium) (17%).

• En outre, environ 20 types de métabolites secondaires peuvent être produits par les espèces Streptomyces

seules.

• Les streptomycètes sont des producteurs puissants de métabolites secondaires, car environ 45 à 55% des 10

000 antibiotiques archivés sont fabriqués par eux.

• Plusieurs antibiotiques ont également été isolés de différentes souches de Bacillus (B. moenomycines, B.

difficidins, B. bacilllines et B. bacilles).

• Mycobacterium est un autre genre de bactéries avec une production 'intéressante d'antibiotiques (environ

80% des Mycobacterium isolés produisaient des composés antibiotiques et antifongiques).

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Les micoorganismes producteurs des antibioiques

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Production industrielles des antibiotiques• Le milieu de production doit d’abord permettre d’assurer une importante croissance pour conduire à une

concentration élevée en cellule au moment de la production. Il doit assurer ensuite la maintenance de la

vitalité des cellules et la production optimisée de l’antibiotique. Il doit de ce fait fournir des sources

d’énergie et assurer les conditions physico-chimiques désirées (pH, T°, oxygénation).

• Pendant la phase de production des antibiotiques, les cellules utilisent des sources d’énergie et de carbone

lentement catabolisables (lactose par exemple, pour la production de la pénicilline ; dextrine ou amidon pour

la production de macrolides).

• Les acides gras et leurs dérivés sont souvent apportés par les huiles sous forme de triglycérides. Les huiles les

plus utilisées sont : les huiles de soja, d’arachide, de mais et de colza.Outre leur rôle de source d’énergie et de

précurseurs éventuels, les acides gras exercent des actions physico-chimiques appropriées : formation

d’émulsion, réduction des mousses, modification de la perméabilité membranaire.

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• L’ammonium est la meilleure source d’azote pour assurer une croissance rapide. On ajoute des sels

d’ammonium pour favoriser cette phase tout en surveillant la concentration pour éviter la baisse de production

liée à une concentration trop élevée. Si l’on choisit de poursuivre l’alimentation par des sels d’ammonium, ils

seront apportés en mode semi-continu, généralement l’azote pour la production (3 ème phase) sera apporté sous

forme de sources complexes ; exemple : farines de soja ou d’arachide riches en protéines ; l’addition de ces

éléments s’accompagne du contrôle de l’oxygénation.

Production industrielles des antibiotiques

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• Les utiliser à mauvais escient antraine la formation des

bactéries Antibiorésistante.

• Les infections qu'elles provoquent tuent chaque année

plus que 25000 personne.

• En cas de rhume, de refroidissement, de toux banale, les

antiobiotiques ne sont pas nécessaires.

Stop a l'automédication !

Les antibiotiques ce n'est pas automatique!

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Pour plus d’informations

• Les antibiotiques

https://www.youtube.com/watch?v=D7aFvls8Y-k

• Documentaires

https://www.youtube.com/watch?v=RuDuKI2TB7A

https://www.youtube.com/watch?v=gGuUWYsFxXw&t=1017s

https://www.youtube.com/watch?v=r-cXJksXJxs

https://www.youtube.com/watch?v=epyREm9dc9U