Rôle des espèces réactives oxygénées dans l’organisme

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Les Espèces oxygénés réactives

Les espèces oxygénés réactives, incluant les radicaux libres comme le radical hydroxyl (OH-), le radical superoxyde(O2-) et sa forme protonnée (H2O),le radical péroxyl (ROO-) et les espèces radicalaires comme le peroxyde d’hydrogène(H2O2) et l’oxygène singulet(O2) sont des molécules hautement réactives [47].
Dans tous les systèmes vivants aérobies, ces espèces sont produites habituellement par voie endogène durant le métabolisme cellulaire [11]. Les espèces oxygénées réactives sont aussi produites dans des circonstances pathologiques intrinsèques telles que le dysfonctionnement de la mitochondrie et l’involution thymique favorisant l’inflammation chronique [16]. Des facteurs exogènes à savoir les polluants environnementaux, les radiations, les solvants organiques, le tabac ainsi que les agents pathogènes sont aussi incriminés dans la production des espèces oxygénés réactives [36].
Les espèces réactives du nitrogène incluent le radical monoxyde d’azote (NO-), l’anion péroxynitrite (ONOO-), le radical dioxyde d’azote (NO2-) et d’autres oxyde sont produits par la réaction de monoxyde d’azote avec O2-.

Source des espèces oxygénées réactives

Les espèces oxygénées réactives sont produites par différentes sources tant endogènes (figure 2) qu’exogènes :
– La mitochondrie est la source majeure de la production cellulaire de l’anion superoxyde, principalement dû à la réduction partielle de NADH déshydrogénase et la réduction partielle de l’ubiquinone /ubisemiquinone/ ubiquinol par le complexe I et III respectivement [25]. Par ailleurs, les peroxysomes semblent être les sources endogènes majeures des espèces oxygénées réactives (principalement H2O2) via la Beta-oxydation des acides gras [26].
L’inflammation est par ailleurs une source importante d’espèces oxygénées réactives. Rodrigo et ses collaborateurs (2011) ont rapporté que lors des processus inflammatoires, les neutrophiles activés produisent l’anion superoxyde via l’action du NADH oxydase liée à la membrane sur l’oxygène moléculaire. Les neutrophiles produisent aussi le radical de monoxyde d’azote qui est à l’origine d’une molécule plus réactive, le peroxynitrite (ONOO-), un puissant oxydant qui peut se décomposer pour former le radical hydroxyle (voir réaction).
Plusieurs systèmes enzymatiques produisent les espèces oxygénées réactives au cours des réactions biochimiques. Le cytochrome P450 peut réduire directement O2 en O2- en causant le stress oxydatif. Le cytochrome P450 peut aussi prendre une voie alternative appelée « cycles redox » dans lesquels un substrat accepte un électron du cytochrome P450 et le transfère à l’oxygène générant l’anion superoxyde [6].
Les métaux toxiques (chrome, vanadium, cuivre) et aussi le fer libre génèrent en présence H2O2 les radicaux HO- par la réaction de Fenton. La plupart des métaux en transition, en particulier le fer et le cuivre, sont des cofacteurs essentiels aux enzymes. Dans leur forme libre, ces ions peuvent, dans les systèmes biologiques, faciliter le transfert d’électrons aux macromolécules susceptibles comme les protéines, les lipides et l’ADN [56].
Les facteurs environnementaux tels que le tabagisme les radiations UV, les médicaments, les réactifs chimiques, les solvants industriels et la pollution sont des sources exogènes des espèces oxygénées réactives qui peuvent causer l’oxydation des composants biologiques [56].

Production des espèces oxygénées réactives

La majeure partie de l’oxygène que nous respirons subit une réduction tétravalente conduisant à la production d’eau (réaction1). Cette réaction est catalysée par le cytochrome oxydase, accepteur final d’électrons présents dans le complexe IV de la chaine de transport des électrons située dans la membrane interne mitochondriale [56] O2 + 4 e- + 4 H+ → 2 H2O (1)
Toutefois, cette chaine de transport peut laisser fuir une certaine proportion d’électrons qui vont réduire l’oxygène. C’est ainsi qu’environ 2% de l’oxygène subit une réduction mono électronique (réaction 2) conduisant à la formation du radical superoxyde O2- au niveau de l’ubiquinone [19]. O2 + 1 e- → O2•- (2)
Le radical superoxyde est soumis à une réaction de dismutation catalysée par l’enzyme superoxyde dismutase(SOD) pour former le peroxyde d’hydrogène H2O2 (réaction 3). Ce dernier peut traverser les membranes biologiques et former le plus puissant des espèces oxygénées réactives, le radical hydroxyle (OH-), par interaction avec les métaux de transition comme le Fe2+ (réaction 4) et Cu+ (réaction5) via la réaction de Fenton. Le H2O2 et le O2- donnent aussi naissance au radical hydroxyle (réaction6) via une réaction dite Haber et Weiss [56, 2].
O2•- + O2•- → H2O2 + O2 (3)
O2 + 2 e- + 2 H+ → HO2 (4)
HO2 + H2O2 → 2 H2O + O2 (5)
H2O2 + 2 GSH → 2 H2O + GSSG (6)
La concentration de H2O2 est régulée par des enzymes telles que la catalase (CAT) présente dans les peroxysomes et la glutathion peroxydase(GPx) essentiellement localisée dans le cytosol. La catalase accélère la réaction de dismutation de H2O2 en oxygène et en eau (réaction 7), tandis que le glutathion peroxydase accélère la réaction d’oxydation du glutathion(GSH) par l’eau oxygénée (réaction8) [26].
L’eau oxygénée est aussi convertie par la myelopéroxydase0(MPO), dans les neutrophiles, en acide hypochloreux(HOCL), un très fort oxydant qui agit comme un agent bactéricide dans les cellules phagocytaires (réaction 9). La réaction de HOCL avec H2O2 résulte en la production1 O2 [2].
D’autre part, le monoxyde d’azote(NO-) est une petite molécule générée dans les tissus biologiques par l’oxyde nitrique synthase (NOS) lors du métabolisme de l’arginine en citruline [2]. Le monoxyde d’azote est un radical réactif abondant qui agit comme une importante molécule de signalisation dans une large gamme de processus physiologiques incluant la transmission nerveuse, la régulation de la pression sanguine,les mécanismes de défense, la relaxation des muscles lisses et la régulation immunitaire [49]. Le monoxyde d’azote peut réagir avec l’anion superoxyde (réaction 10) pour former le peroxynitrite (ONOO-) qui peut à son tour générer des composés toxiques tels que le dioxyde d’azote (réaction11).

Rôle des espèces réactives oxygénées dans l’organisme

Les ERO sont connues pour jouer un double rôle dans les systèmes biologiques, puisqu’ils peuvent être à la fois nocifs mais aussi bénéfiques, voire indispensables pour les organismes vivants [50]. Bénéfiques, lorsqu’ils sont impliqués dans des rôles physiologiques au niveau des réponses cellulaires telles que la lutte contre des agents infectieux et leur fonction dans les systèmes de signalisation cellulaire.
Nocifs, lorsqu’il y a un déséquilibre entre la balance des ERO et les systèmes de défense, avec comme conséquence l’apparition de dégâts souvent irréversibles pour la cellule (ADN, protéines, lipides) en lien avec l’apparition de nombreuses maladies graves (cancer, artériosclérose, arthrite, maladies neurodégénératives) : c’est le stress oxydatif.
Quelles que soient leurs fonctions, ces molécules jouent donc un rôle indispensable chez tous les êtres vivants.

Implications pathologiques du stress oxydatif

Le stress oxydatif est impliqué dans de très nombreuses pathologies (figure 4) comme facteur déclenchant ou associé à l’athérosclérose, l’asthme, l’arthrite, la cataractogénèse, l’hyperoxie, l’hépatite, l’attaque cardiaque, les vasospasmes, les traumatismes, les accidents vasculaires cérébraux, les pigments d’âge, les dermatites, les dommages de la rétine, les parodontites et les cancers [25, 52]. Néanmoins, la plupart des maladies induites par le stress oxydant apparaissent avec l’âge car le vieillissement dimunie les défenses antioxydantes et augmente la production mitochondriale des radicaux [27].

LES ANTIOXYDANTS

Pour contourner les dommages causés par les espèces réactives oxygénés (ERO), la cellule fait appel à des systèmes de défenses appelés antioxydants (figure 4). Un antioxydant est défini comme toute substance ayant la capacité de retarder, prévenir ou réparer un dommage oxydatif d’une molécule cible [51]. Ainsi, les antioxydants servent à contrôler le niveau des espèces réactives pour minimiser le dommage oxydatif [53]. Ils piègent les radicaux libres en inhibant les réactions à l’intérieur des cellules provoquées par les molécules de dioxygène et de peroxyde, aussi appelées espèces oxygénées réactives (ERO) et espèces azotées radicalaires (figure 4) [28].

Les molécules antioxydants

Les antioxydants endogènes

Constitués principalement par les antioxydants enzymatiques, ils sont chargés de protéger les cellules des dommages causés par les espèces oxygénées radicalaires tel que le peroxyde, le superoxyde anion et le radical hydroxyle.

les superoxydes dismutases

Les superoxydes dismutases sont une classe d’enzymes apparentées qui catalysent la dégradation de l’anion superoxyde en 02 et H202.Les cellules humaines possèdent une enzyme SOD mitochondriale ayant le manganèse dans son site actif (MnSOD) ainsi qu’une enzyme SOD cytosolique et une SOD extracellulaire ayant le cuivre et le zinc (Cu-ZnSOD) comme coenzymes [27]. Due à sa relative stabilité, le H202 produit par les SODs est régulé enzymatiquement par les catalases et les peroxydases.

Les catalases

Ce sont des enzymes localisées dans les peroxysomes et catalysent la conversion du H202 en H20 et 02. La catalase est l’une des principales enzymes du système antioxydant biologique. Elle joue un rôle important dans les voies de défense antioxydantes. Son site actif est l’hémoglobine.

Le Glutathion

Au cœur des défenses antioxydantes, le glutathion est le thiol le plus abondant dans les organismes et les systèmes vivants [7].
C’est un tri peptide dont la fonction thiol lui confère un rôle d’antioxydant, voire, de réducteur (donneur d’électron d’atome H) qu’il exerce vis à vis de nombreuses espèces oxydées, et en particulier de l’eau oxygénée (réaction 8) et des radicaux hydroxyles tel que montré dans la réaction 12 [22]. Toutefois, le rôle protecteur de GSH semble provenir de sa capacité à réagir avec les radicaux (réaction 13). Dans ce cas un phénomène de « réparation » des radicaux R- en produits réduits RH se produit.

L’acide urique

L’acide urique est un piégeur de l’oxygène, des radicaux libres péroxyles et hydroxyles (RO2- et HO-), l’ozone et l’acide hypochloreux (HCLO). La réaction de l’acide urique avec ces espèces réactives oxygénées génère des radicaux moins réactifs que HO [7].

Les antioxydants exogènes

Les médicaments antioxydants

La N-acétylcystéine

La N-acétylcystéine est une molécule intéressante qui pénètre les cellules et agit de manière très efficace dans la régénération du glutathion. Des recherches ont également démontré que la N-acétylcystéine peut être utile dans le traitement des blessures de poumon dues à des espèces réactives oxygénées [5].

Le Porbucol (Lurselle)

Probucol est un médicament qui en plus de ces effets reconnus dans le baisse du taux sanguin de cholestérol, prévient l’athérogénèse en agissant comme antioxydant en supprimant l’oxydation des lipoprotéines de faible densité (LDL) [1].

Les antioxydants apportés par l’alimentation

L’acide ascorbique (vitamine C)

La vitamine C est un antioxydant puissant (figure 6). Elle participe dans les réactions avec la vitamine E et l’enzyme glutathion peroxydase pour neutralisation des radicaux libres [2].
L’ascorbate (vitamine C) est un très bon capteur de radicaux libres oxygénés aussi bien hautement réactifs tels que les radicaux OH.- que très peu réactifs tels que les radicaux O2-. . Sa capacité de donation d’électrons dans une large gamme de réactions enzymatiques et non enzymatiques le qualifie de meilleur agent de détoxification des radicaux oxygénés dans la phase aqueuse. En réagissant avec ces divers radicaux, l’ascorbate (AscH-) est oxydé en ascorbyl (Asc.-) qui est relativement inerte vis-à-vis des molécules biologiques. De plus l’ascorbate est munie d’une propriété importante : La réparation de deux autres antioxydants, le glutathion (GSH) et l’α-tocophérol à partir de leurs formes radicalaires (réaction 14 et 15). La vitamine C agit principalement en piégeant directement les espèces réactives oxygénées (majoritairement l’02- et l’ONOO-) [24]. Il est présent dans les légumes, le choux, le poivron, les agrumes [42]. Elle joue un rôle important dans la régénération de la vitamine E [5].

Vitamine E

Parmi les tocophérols naturels, le α-tocophérol (vitamine E) est le plus efficace in vivo. Son rôle essentiel est de capter les radicaux lipidiques peroxyles (LOO-), alkoxyl (LO-) et alkyl (L-) qui propagent les chaînes de peroxydation lipidique. La réaction entre les radicaux lipidiques et le α-tocophérol (α-TH) se passe au niveau de l’interphase membrane-eau ou ce dernier perd un atome d’hydrogène et se transforme en radical α-tocophéryle (α-T•), tandis que le radical peroxyle est réduit en une molécule d’hydroperoxyde (réaction 16). Le recyclage de la vitamine E par des systèmes réducteurs dont le plus important est l’ascorbate (voir la réaction 15) lui permet de jouer son rôle d’antioxydant à plusieurs reprises [56]. La vitamine E (figure 6) prévient la peroxydation des lipides membranaires in vivo en captant les radicaux peroxydes. Elle est présente dans les huiles végétales (huiles d’arachide, de soja, de charbon, de tournesol et d’olive pressées à froid) ainsi que dans les noix, les amandes, les graines, le lait, les œufs, et les légumes à feuilles vertes [13]. Elle joue un rôle préventif dans le développement des cancers et sur le vieillissement [29].

beta- carotène

beta- carotène (figure 7) qui outre activité pro vitaminique A possède la capacité de capter l’oxygène singulet, 102 , ce qui permet d’exercer une protection vis-à-vis des dommages induits par les rayons ultra-violets de la lumière solaire. L’ensemble de ses propriétés antioxydants permet d’expliquer, en partie, les bénéfices apportés par les régimes alimentaires basés sur une consommation de fruits, de légumes, de thé et d’autres produits végétaux [56]. La recommandation officielle parle d’un apport quotidien de 60 mg de vitamine C et 10 mg de vitamine E. Il n’en existe pas pour le beta -carotène. Toutefois ces quantités suffisent juste pour prévenir les phénomènes de carences. C’est la raison pour laquelle les spécialistes recommandent en général un apport quotidien nettement plus élevé : 150 à 300 mg de vitamine C, 50 à 150 mg de vitamine E et 2 à 6 mg de beta -carotène.
Il est présent dans les légumes verts, la salade, les carottes, l’abricot, le melon, les épinards, la papaye [5].

Les oligoéléments

Les oligoéléments ou les éléments- trace (zinc, sélénium, cuivre, manganèse) constituent des cofacteurs nécessaires aux activités des enzymes antioxydants (figure 8). D’autres constituants de l’alimentaire, comme les vitamines du groupe B, le chrome ou le magnésium agissent comme des antioxydants indirects via la régulation de l’homocysteinémie (vitamines du groupe B), l’amélioration de la sensibilité à l’insuline (chrome) ou la lutte contre l’inflammation (magnésium). La synthèse du glutathion, un des antioxydants les plus importants de l’organisme, dépend fortement de l’apport nutritionnel en acides aminés tels que la méthionine. La figure 8 montre les oligoélements nécessaires aux activités des enzymes antioxydantes ;

Les composés phénoliques

Plusieurs études épidémiologiques ont montré qu’il y a un rapport inverse entre la prise d’aliments riches en polyphénols (les fruits et les légumes) et le risque des maladies reliées à l’âge comme les maladies neurodégénératives [48]. Cette relation est souvent attribuée aux puissantes activités anti-oxydantes des flavonoïdes et d’autres polyphénols associées à leurs propriétés redox permettant d’éliminer les effets d’espèces réactives de l’oxygène [20] ainsi que de chélater les différents métaux de transition [23].
Les polyphénols sont considérés comme des composés quasi-universels des végétaux. Structurellement, ils se répartissent en plusieurs classes allant de composés présentant un simple noyau phénolique (ex.: acide gallique) à des composés polymériques complexes comme les tanins .Les polyphénols constituent les principes actifs de nombreuses plantes médicinales. On les trouve, d’une manière générale, dans toutes les plantes vasculaires, où ils peuvent être localisés dans divers organes: racines, tiges, bois, feuilles, fleurs et fruits [30].
Il existe de nombreux composés phénoliques dont certains sont présentés ci-dessous :
❖ Les flavonoïdes
Les flavonoïdes sont de puissants antioxydants vis-à-vis des radicaux libres dus à leur propriété de donation d’atomes d’hydrogène disponibles dans les substituants hydroxyles de leurs groupes phénoliques [1]. Leur capacité de donation d’hydrogène augmente avec l’augmentation de l’hydroxylation de leurs cycles phénoliques. Cette caractéristique structurale peut être observée dans les flavonoles comme le kaempférol, le quercétine et myricétine ou l’activité antioxydante est croissante en fonction du nombre des groupements OH dans la molécule (figure 9).
1R =3R =H; Quercetine: 1R=2R=OH, 3R=H; Myricétine:
1R=2R=3R=OH.
La présence de plusieurs fonctions phénol confère à ces composés des propriétés antioxydantes ou oxydantes, suivant la position des phénols et le milieu où la réaction prend place. Leur abondance dans divers aliments et boissons, dont la consommation est réputée avoir des effets protecteurs contre différentes affections chroniques, notamment l’athérosclérose (et par conséquent les accidents vasculaires cérébraux et coronariens qu’elle peut entraîner) et les maladies neuro-dégénératives, conduit légitimement à s’interroger sur la contribution des flavonoïdes alimentaires à ces effets protecteurs avérés ou supposés [43].
❖ Les tanins
Les tanins sont des substances polyphénoliques de structure variée, de saveur astringente, ayant en commun la propriété de tanner la peau, cette aptitude est lié à leur propriété de se combiner aux protéines [12].
Les tanins se fixent à la quasi-totalité des protéines formant ainsi des complexes insolubles à pH physiologique. Selon leur structure biochimique, il est usuel de distinguer deux classes de tanins : les tanins hydrolysables et les tanins condensés.
La structure chimique des tanins présente de nombreux groupements hydroxyles et phénoliques qui leur confèrent la propriété de former des complexes avec de nombreuses macromolécules, telles que des protéines et des hydrates de carbones, ou encore avec des ions métalliques.
Les propriétés biologiques des tanins découlent de leurs propriétés physico-chimiques. L’une des conséquences directes de la capacité des tanins à complexer les protéines est l’inactivation des enzymes soit directement, par fixation aux sites actifs, soit indirectement par l’encombrement stérique créé par la fixation des molécules de tanins sur l’enzyme.
De nombreux tanins présentent des propriétés antioxydantes par le piégeage des radicaux libres ou encore par l’inactivation des ions prooxydants.
Grâce à leurs fonctions phénoliques, qui ont un fort caractère nucléophile, les tanins sont d’excellents piégeurs de radicaux libres. Ainsi, des activités antimutagènes et anticancéreuses ont été attribuées à certains tanins en raison de leur propriété antioxydante.
Les tanins sont également utilisés aussi comme antidiarrhéiques, vasoconstricteurs et hémostatiques, mais surtout comme protecteurs veineux dans le traitement des varices et hémorroïdes [12].
❖ Les coumarines
Les coumarines sont des substances naturelles présentes en faibles quantités dans plusieurs plantes comme le mélilot, la sauge sclarée et la lavande. On la retrouve également dans le miel, le thé vert, etc. Les coumarines sont des composés à neuf atomes de carbone possédant le noyau benzo-(2H)-1-pyrannone-2. Elles présentent diverses activités biologiques, qui varient selon la substitution sur le cyclebenzopyrone. Certains dérivés coumariniques possèdent principalement des propriétés anticoagulantes ; les plus connus étant le dicoumarol et l’esculoside. Ces deux derniers sont également veinotoniques et vasculoprotecteurs. La figure 10 nous montre les sites d’action des antioxydants.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. LES RADICAUX LIBRES
I.1. Définition
I.2. Formation des radicaux libres
II. STRESS OXYDATIF
II.1. Les Espèces oxygénés réactives
II.2. Source des espèces oxygénées réactives
II.3. Production des espèces oxygénées réactives
II.4. Rôle des espèces réactives oxygénées dans l’organisme
II.5. Implications pathologiques du stress oxydatif
III. LES ANTIOXYDANTS
III.1. Les molécules antioxydants
III.1.1. Les antioxydants endogènes
III.1.1.1. Les superoxydes dismutases
III.1.1.2. Les catalases
III.1.1.3. Le Glutathion
III.1.1.4. L’acide urique
III.1.2. Les antioxydants exogènes
III.1.2.1. Les médicaments antioxydants
III.1.2.1.1. La N-acétylcystéine
III.1.2.1.2. Le Porbucol (Lurselle)
III.1.2.2. Les antioxydants apportés par l’alimentation
III.1.2.2.1. L’acide ascorbique (vitamine C)
III.1.2.2.2. Vitamine E
III.1.2.2.3. beta- carotène
III.1.2.2.4. Les oligoéléments
III.2. Mécanisme d’action des antioxydants
III.3. Toxicité des antioxydants
I. GENERALITES
I.1. Taxonomie et systématique
I.2. Dénominations vernaculaires
I.3. Distribution géographique et habitat
II. ASPECT BOTANIQUE
III. COMPOSITION CHIMIQUE
IV. UTILISATIONS EN MEDECINE TRADITIONNELLE
V. PROPRIETES PHARMACOLOGIQUES
DEUXIEME PARTIE
I. OBJECTIF DE L’ETUDE
I.1. Objectif général
I.2. Objectifs spécifiques
II. CADRE ET PERIODE DE L’ETUDE
III. MATERIEL ET METHODES
III.1. Matériel
III.1.1. Matériel végétal
III.1.2. Appareillage et verrerie
III.1.3. Réactifs utilisés pour l’extraction
III.2. Méthodes
III.2.1. Récolte du matériel végétal
III.2.2. Traitement du matériel végétal
III.2.2.1. Extraction
III.2.2.1.1. Extraction éthanolique
III.2.2.1.2. Extraction à l’acétate d’éthyle
III.2.2.1.3. Extraction au dichlorométhane
III.2.2.2.1. Protocole expérimental du test au DPPH
III.2.2.2.2. Protocole expérimental du test à l’ABTS
IV. RESULTATS
IV.1. Extraction
IV.1.1. Extraction par l’éthanol
IV.1.2. Extraction par l’acétate d’éthyle
IV.1.3. Extraction par le dichlorométhane
IV.2. Activité antioxydante
IV.2.1. Extrait éthanolique
IV.2.2. Extrait acétate d’éthyle
IV.2.3. Extrait dichlorométhane
V. DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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