Caractéristiques
générales des molécules
Les deux principales caractéristiques
qui gouvernent les interactions entre médicaments et molécules
biologiques sont leur structure spatiale et leur distribution
électronique. Structure spatiale
La structure d'une molécule
est déterminée par sa configuration et sa conformation. Configuration La structure spatiale
d'une molécule, médicament ou substance endogène, dépend de
la disposition relative de chacun des atomes qui la constituent.
Cette disposition dépend elle-même du nombre d'électrons de
valence, de l'orientation de leurs orbitales dans l'espace
et des distances interatomiques. Une même molécule ne possède
qu'une seule configuration, c'est-à-dire un seul ordre d'enchaînement
des atomes les uns par rapport aux autres, avec des longueurs
de liaison bien déterminées. L'isomérie est une particularité
de la structure spatiale de certaines molécules, notamment
celles qui comportent un carbone asymétrique, c'est-à-dire
un carbone lié à quatre substituants différents. La distribution
spatiale de ces quatre substituants est différente dans deux
molécules par ailleurs semblables et qui sont appelées isomères.
Ces isomères, qui sont
l'image l'un de l'autre dans un miroir plan, sont comparables
à une main droite et une main gauche et sont appelés molécules
chirales. Ils sont, par convention, désignés par les lettres
R (Rectus) et S (Sinister), selon la disposition relative
de leurs substituants dans l'espace. On ne peut pas passer
d'un isomère R à un isomère S sans casser la molécule pour
changer de place aux substituants du carbone asymétrique.
Lorsqu'un médicament est
constitué d'un mélange d'isomères S et R, il est dit racémique.
Lorsqu'il est constitué d'un seul isomère, R ou S, il est
dit énantiopure. Les isomères R et S peuvent
avoir des propriétés semblables, différentes ou même antagonistes.
Parmi les médicaments possédant un ou plusieurs carbones asymétriques,
on peut citer les ß-bloquants, la fenfluramine, la fluoxétine,
la vitamine E. Il serait souhaitable que les nouveaux médicaments
soient, de plus en plus, de type éniantiopure. Il existe également des
diastéréo-isomères, ou isomères géométriques, en fonction
de la disposition des substituants par rapport à une structure
fixe, double liaison ou plan, tel un cycle. Ils sont désignés
par les termes cis et trans. Les acides gras insaturés cis
et trans ont des propriétés physico-chimiques et biologiques
différentes. Conformation Une molécule ne possède
qu'une seule configuration mais elle peut, si elle comporte
des liaisons simples, prendre différentes conformations en
raison de la libre rotation des atomes autour des liaisons
simples. A chaque conformation correspond une « forme » particulière
de la molécule dans l'espace. Chaque molécule possède
une ou deux conformations privilégiées en raison de l'encombrement
stérique des groupes d'atomes concernés et des phénomènes
de répulsion ou d'attraction électrostatique qui existent
entre eux. La possibilité de changer
de conformation donne aux molécules une flexibilité leur permettant
de s'adapter les unes aux autres dans l'espace. On parle dans
ce cas de conformations induites. Cette adaptabilité conformationnelle
joue un rôle déterminant dans la plupart des phénomènes biologiques.
Distribution des
électrons : polarité et polarisabilité La polarité d'une molécule
provient de la distribution non homogène de son nuage électronique.
La densité électronique,
c'est-à-dire la répartition des électrons dans une molécule,
n'est généralement pas uniforme. Les électrons s'accumulent
autour de certains atomes qui les attirent et augmentent ainsi
leur charge négative, alors que d'autres atomes les repoussent
et prennent une charge positive. Plus la charge est localisée
dans un petit espace, plus elle est réactive. La densité électronique
d'un ion est d'autant plus importante que sa charge est élevée
(1, 2, 3) et que son rayon est faible (Voir
"Ionisation, pouvoir polarisant".). Une zone à forte densité
électronique d'une molécule est appelée zone nucléophile parce
qu'elle réagit préférentiellement avec une zone à faible densité
électronique d'une autre molécule, appelée électrophile. La polarisabilité désigne
non pas la distribution électronique dans une molécule en
absence d'influence externe, mais la facilité avec laquelle
son nuage électronique peut être déplacé sous l'effet d'un
champ électrique ou d'une autre molécule. En général, la polarisabilité
des atomes faiblement chargés et comportant un grand nombre
d'électrons est élevée. Ainsi la polarisabilité du groupe
-SH
est environ trois fois plus élevée que celle du groupe -OH,
l'atome de soufre comportant seize électrons alors que l'oxygène
n'en a que huit. La polarisabilité de -S-
est beaucoup plus élevée que celle de -O-.
Extrait de "Les
médicaments" 3ème édition - P. Allain
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