Les antibiotiques béta-lactames présentent tous le cycle béta-lactame. On distingue cependant plusieurs familles de béta-lactames en fonction de la nature du cycle accolé ou de son absence (pénicillines, céphalosporines, carbapénèmes, monobactames).

lactam-structures (21K)

En mimant la structure tridimensionnelle de la séquence D-Ala-D-Ala, les béta-lactames se comportent comme des inhibiteurs des enzymes à activité transpeptidases, enzymes essentielles à la synthèse de la paroi bactérienne. Les béta-lactames se lient de façon covalente avec les transpeptidases (on parle plus généralement de protéines liant la pénicilline = PBPs = penicillin binding proteins) et bloquent ainsi leur activité (= effet substrat-suicide).

En situation physiologique normale, la paroi s'organise de façon harmonieuse et dynamique par un jeu très ordonné de biosynthèse du peptidoglycane et de lyse dirigée. L'effet bactéricide des béta-lactames s'explique par l'activation forte d'enzymes lytiques, activation consécutive au blocage des transpeptidases qui organisent en permanence le modelage dynamique de la paroi - .

Les béta-lactames rencontrent leurs cibles au niveau de l'espace périplasmique. L'accès est direct pour les Gram (+). En revanche, chez les bactéries Gram (-), les béta-lactames doivent emprunter les porines au niveau de la membrane pour rejoindre l'espace périplasmique. Finalement, selon leur structure fine, les béta-lactames auront un spectre d'activité caractéristique (par exemple : les céphalosporines de première génération ont un spectre essentiellement dirigé vers les Gram (+), et ce spectre a été élargi vers les Gram (-) par variations chimiques des chaînes latérales dans les générations suivantes ; les monobactames sont inactifs sur les Gram (+) et très actifs sur les entérobactéries et Pseudomonas aeruginosa ...).

Quatre mécanismes (non exclusifs) peuvent être à l'origine de l'apparition d'une résistance acquise aux béta-lactames: imperméabilisation de la paroi, modification des PBPs, production par les bactéries de béta-lactamases, efflux actif de l'antibiotique.

L'historique des pénicillines est très intéressant. La pénicilline G lactam-penig (9K) est utilisée en thérapeutique depuis les années 1940. Voir par exemple l'historique sur http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9couverte_de_la_p%C3%A9nicilline ou le début du document pdf de Van Bambeke et Marquez sur http://www.farm.ucl.ac.be/FARM2129/2008-2009/Vanbambeke/02-beta-lactames-NB.pdf