Le paradoxe de la molécule d’oxygène

L’oxygène moléculaire est un élément crucial pour la vie des organismes aérobies. Toutefois, il peut former des espèces partiellement réduites et fortement toxiques appelées les radicaux libres ou encore les espèces oxygénées réactives (EOR). Dès 1956, des travaux de recherche ont permis de mettre en évidence l’implication de ces radicaux libres dans de nombreuses pathologies allant de l’artériosclérose au cancer tout en passant par les maladies inflammatoires, les ischémies et le processus du vieillissement (35). Un excès d’espèces oxydantes, telles que les radicaux OH•, NO• ou O, entraîne des dommages importants et irréversibles dans l’organisme. De multiples structures biologiques telles que les protéines, les lipides, les sucres, l’ADN, subissent des attaques oxydantes de la part de ces radicaux. Notre organisme possède des systèmes anti radicalaires naturels. Les principaux mécanismes de défenses sont constitués par des enzymes, les superoxydes dismutases, les glutathion-peroxydases et les catalases. Ce sont de véritables armes naturelles fabriquées par notre organisme, qui ont chacune leur lieu et leur mode d’action, tout en agissant de manière complémentaire. Une personne en bonne santé en produit suffisamment pour limiter les réactions d’oxydation. Mais, seul un apport alimentaire suffisant en oligo-éléments adéquats permettra la synthèse de ces antioxydants enzymatiques. Ces molécules réductrices consomment directement les radicaux libres formés au cours de réactions d’oxydoréduction. Un déséquilibre entre la production excessive de molécules oxydantes et/ou une diminution du taux d’antioxydants dans l’organisme est défini par le terme de stress oxydant. Pour se protéger de ce phénomène on apporte des substances dites anti oxydantes qu’on trouve essentiellement dans les aliments : Ce sont les caroténoïdes, la vitamine E, la vitamine C et diverses molécules phénoliques. Les végétaux contiennent de nombreuses molécules de type polyphénols, Ces composés qui sont représentés par la famille des flavonoïdes (flavonoles ; isoflavonoles ; flavones ; isoflavones ; flavanes ; isoflavanes ; flavanols ; isoflavanols ; flavanones ; isoflavanones ; aurones et anthocyanidines), sont largement recherchés pour leurs propriétés biologiques antioxydants, anti-inflammatoires, antiallergiques et anticarcinogènes. Notant que l’efficacité puissante de ces substances à stopper les réactions radicalaires en neutralisant les radicaux libres est due principalement à leurs structures phénoliques avec la présence des groupements hydroxyles, ainsi plusieurs stratégies thérapeutiques à base de ces composés se sont révélées efficaces vis-à-vis de plusieurs pathologies d’où le nombre de plantes médicinales disponibles commercialement est de l’ordre de 1800 espèces aux Etats-Unis (71). Entre 1940 et 2002, 40 % des médicaments anticancéreux étaient des produits naturels et leurs dérivés, par contre seulement 8 % ont été synthétiques et même imités de ces produits.

Généralités sur le stress oxydatif

Le paradoxe de la molécule d’oxygène

Les mitochondries, « poumons » de la cellule, sont responsables de la production de l’énergie indispensable au travail cellulaire. C’est au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale que s’effectue la réduction de l’oxygène en eau (figure-1), impliquant la formation de 6 molécules d’adénosine triphosphate (ATP), molécules à haut potentiel énergétique, pour une molécule de dioxygène réduite. Cependant, une réduction incomplète du dioxygène entraîne la formation d’espèces intermédiaires très réactives, à savoir les espèces réactives de l’oxygène (ROS). La production de ces espèces pro-oxydantes est normale et s’accompagne d’un rôle physiologique important. Du fait de leur haute réactivité, elles régulent le phénomène d’apoptose, en entraînant la mort de cellules évoluant vers un état cancéreux. Elles activent des facteurs de transcription, euxmêmes responsables de l’activation de gènes impliqués dans la réponse immunitaire (phagocytose). Elles modulent encore l’expression de gènes de structure codant pour les enzymes antioxydantes. Le paradoxe d’un tel processus provient d’une production accrue de prooxydants. Ces espèces, lorsqu’elles sont présentes en grande quantité dans l’organisme, provoquent des dégâts cellulaires importants, souvent irréversibles, tels que la cassure et la mutation de l’ADN, l’inactivation des protéines et des enzymes, l’oxydation de sucres ou encore la peroxydation lipidique au sein d’acides gras polyinsaturés. L’équilibre entre les effets physiologiques indispensables et les dommages induits par ces molécules est particulièrement fragile. Le stress oxydant est défini en ce sens comme un déséquilibre en faveur d’un excès de molécules pro-oxydantes aux conséquences néfastes sur l’organisme (17).

les espèces réactives: structure et réactivité

En 1954, Gilbert et Gerschman désignent pour la première fois les radicaux libres comme responsables de processus de dégradation au sein des cellules biologiques (36). Peu après, Harman montre la participation des radicaux libres dans des évènements physiologiques majeurs, particulièrement au cours du processus du vieillissement (43). Du fait de leur courte durée de vie, la plupart des radicaux libres réagissent quasi instantanément avec d’autres molécules voisines. Néanmoins, la toxicité d’une espèce n’est pas nécessairement corrélée à sa réactivité. De plus, certaines molécules non-radicalaires présentent également une activité oxydante accrue parmi lesquelles le peroxyde d’hydrogène (H2O2), le peroxynitrite (ONOO-) ou l’acide hypochloreux (HClO). Ainsi, les ROS et les espèces réactives de l’azote (RNS : Reactive Nitrogen Species) peuvent être classées en deux catégories : les radicaux libres et les non-radicaux (44) (Figure 2).

Espèces réactives de l’oxygène (ROS) 

Les ROS comprennent le radical hydroxyle (OH•), l’anion superoxyde (O2-.) le peroxyde d’hydrogène (H2O2). En raison de leur extrême réactivité, les radicaux hydroxyles (OH•) sont les ROS les plus toxiques. Les constantes de vitesse (pour des réactions du type : OH• + substrat) sont en effet comprises entre 10⁸ et 10¹⁰ L.mol-1.s-1. La durée de vie des OH• est limitée (10⁻¹⁰ secondes de survie dans les systèmes biologiques) ; par conséquent, ils diffusent peu et réagissent très rapidement avec des molécules voisines très proches. Puissants agents oxydants, ils s’attaquent à la plupart des molécules organiques et inorganiques présentes dans les cellules, parmi lesquelles l’ADN, les protéines, les lipides, les acide-aminés, le sucres et les métaux. Ils agissent selon trois modes d’actions : en arrachant soit un électron soit un atome d’hydrogène ou encore en s’additionnant sur les doubles liaisons.

Paradoxalement, les radicaux superoxydes sont peu réactifs vis-à-vis des molécules biologiques (acides nucléiques, protéines, lipides…). Les constantes de vitesse de réactions de type : O°2 + substrat sont inférieures à 10² L.mol-1.s-1 . La durée de vie de ces radicaux est par conséquent relativement longue (jusqu’à quelques dizaines de secondes). Ils peuvent donc diffuser jusqu’à atteindre leur cible. Néanmoins, les cibles privilégiées de l’O°2 sont peu nombreuses. On peut citer les superoxydases dismutases (SOD), les ions Fe3+ (k =2.10⁹ L.mol-1.s-1) ou encore l’ascorbate (k = 2,7.10⁸ L.mol-1.s-1).

Les radicaux O°2 semblent peu réactifs. Toutefois, ces derniers demeurent des espèces potentiellement toxiques via leurs réactions avec le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et monoxyde d’azote (NO•), générant respectivement des radicaux OH• et des peroxynitrite (ONOO-) (I-1) et (I-2). Ces deux espèces sont particulièrement réactives vis-à-vis des cibles biologiques.

O°2 + H2O2 → O2+OH° +OH- (I-1)

NO• + O2° → ONOO- (I-2)

Enfin, la dismutation spontanée des O2 conduit à la formation de peroxyde d’hydrogène (I-3), avec une constante de vitesse relativement élevée (k = 9,7.10⁷ L.mol.-1.s-1)

2O2 + 2H + → H2O2 + O2 (I-3)

Le peroxyde d’hydrogène (H2O2) cause d’importants dommages cellulaires à concentration relativement faible. Du fait de sa forte solubilité dans l’eau, il pénètre facilement les membranes biologiques, entraînant la dégradation des protéines, la libération de fer, l’inactivation d’enzymes et l’oxydation de l’ADN, de lipides ou encore de thiols. L’oxygène singulet (1O2) résulte de l’action des rayons ultraviolets sur le dioxygène .

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Table des matières

Introduction
Chapitre-I : Généralités sur le stress oxydatif
I -Le paradoxe de la molécule d’oxygène
II-les espèces réactives : structure et réactivité
II-1. Espèces réactives de l’oxygène (ROS)
II-2. Espèces réactives de l’azote (RNS)
II-3. Rôles des métaux de transition
II-4. Sources métaboliques de ROS et de RNS
Chapitre II : Rôle des radicaux libres dans la Pathogenèse
I- Rôle dans l’apparition du diabète sucré
II- Rôle dans le dysfonctionnement endothélial
III- Rôle dans le vieillissement de la peau
IV- Rôle dans la cancérogenèse
V- Rôle dans les maladies neurodégénératives
VI-Rôle dans l’anémie drépanocytaire
Chapitre III: Rôle des antioxydants dans la détoxification de l’organisme
I- les systèmes de défense enzymatiques
I-1 Les superoxyde dismutases (SOD)
I-2 Les glutathion peroxydases (GPxs)
I-3 La catalase
II-les systèmes non enzymatiques
II-1-Le glutathion et les protéines-thiols
II-2 L’acide ascorbique
II-3-La vitamine E
II-4- L’acide urique
II-5 La bilirubine
II-6 Le Coenzyme Q10
II-7 Les oligoéléments
Chapitre IV: Les composés phénoliques et la prévention du stress oxydatif
I. Généralités
II-structure et classification
II-1- Les coumarines
II-2-Les flavonoïdes
II-3 les tanins
III-Propriétés chimiques des polyphénols
III -1 Nucléophilie
III-2 Propriétés réductrices
III-3 Polarisabilité
III-4 Liaison hydrogène
III-5 Stabilité des polyphénols
III-6 Rôle des polyphénols dans les plantes
III-7 Importance nutritionnelle des polyphénols
Chapitre-V : Revue bibliographique sur Sclerocarya birrea
I- Nomenclature
II- Description botanique
III- Répartition géographique
IV- la chimie de la plante
V- la pharmacologie de la plante
VI- Emplois
Conclusion

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