Análises laboratoriais

Chapitre II Stress oxydant

II- 1-Généralités

Les Radicaux libres, les espèces oxygénées activées (EOA) et le stress oxydant sont devenus

des termes familiers, fréquemment utilisés dans l’industrie pharmaceutique, dans les laboratoires de

recherche scientifique et dans les médias (Defraigne et al., 2008).

Le stress oxydant est défini comme l’incapacité de l’organisme à se défendre contre l’agression

des espèces oxygénées activées, suite à un déséquilibre lié, soit à une production accrue

d’EOA, ou à une diminution de la capacité de défense antioxydant (Haleng et al., 2007; Defraigne

et al., 2008). Cette définition a un lien direct avec la notion des radicaux libres, qui sont considérés

comme des atomes ou des molécules portant un électron non apparié, capable de réagir avec

d’autres éléments (Favier, 2003).

II-2-Nature et Sources des Radicaux libres

Les radicaux libres, existant en différents types, proviennent de plusieurs sources, à savoir

physiologiques (respiration, hormones) physiopathologiques (déficit enzymatique, maladies

mitochondriales, inflammations chroniques) et physiques ou chimiques (irradiations, xénobiotiques,

médicaments, polluants, stress thermique) (Polla et al.,1998 ; Barouki, 2006; Favier 2006; Haleng

et al., 2007).

II- 2-1-Nature des radicaux libres

- Espèces libres non oxygénées : sont les produits des réactions de certaines molécules avec

les ROS. Elles peuvent à leur tour réagir avec d’autres molécules en induisant des

dommages oxydatifs (Justine & Carole, 2005).

- Espèces réactives dérivées de l’oxygène (DRO, ROS) : sont des espèces chimiques

oxygénées produites à l’extérieure et à l’intérieur de la cellule. Elles regroupent des ROS

radicalaires comme le radical superoxyde O

2

·-, radical hydroxyle OH

°

, monoxyde d’azote

NO

°

, ou des ROS non radicalaires tels que peroxyde d'hydrogène H

2

O

2

, l’anion peroxyde

O

2^2-

et le peroxynitrite ONOO

-

, (Monique et al., 2003).

II- 2-2-Sources principales des espèces réactives de l’oxygène

a- Sources endogènes

Dans l’organisme, il existe de nombreuses sources cellulaires potentielles des radicaux oxygénés,

enzymatiques ou non enzymatiques. D’une manière générale, toutes les réactions biochimiques

Chapitre II Stress oxydant

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d'auto-oxydation des petites molécules faisant intervenir O

2

sont susceptibles d’être à l’origine

d’une production de radicaux libres oxygénés.

 Mitochondries : sont responsables de la production de la plus grande parties des ROS, d’un

taux d’environ de 80 %. Cela est dû au fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale.

Dans cet organite, l’oxygène est l’accepteur final de ces électrons après une cascade de réactions

d’oxydo-réduction (Servais, 2004). La grande partie de l'oxygène subit une réduction enzymatique

tétravalente (addition de 4 électrons), réaction conduisant à la production de H

2

O. Cette réaction est

catalysée par le cytochrome oxydase, accepteur terminal d’électrons présents dans le complexe IV

de la chaîne de transport des électrons situés dans la membrane interne mitochondriale (Monique et

al., 2003). Environ 3% de l'oxygène utilisé par la mitochondrie est incomplètement réduit, en

conduisant à la formation du radical superoxyde O2·-, au niveau de l’ubiquinone (Monique et al

2003 ; Carriere et al., 2006 ).

 NADPH oxydases : c’est une oxydase liée à la membrane plasmique ; elle a été initialement

décrite dans les cellules phagocytaires où elle joue un rôle fondamental dans la réponse

immunitaire. Il semble qu’il existe également une NADPH dans les cellules non phagocytaires,

dont le rôle serait de réguler la croissance cellulaire (Bernard, 1999).

 Xanthine oxydase : c’est une enzyme présente dans le sang, dans les cellules endothéliales

des capillaires et de façon très importante dans le foie et les intestins. La Xanthine oxydase joue

un rôle majeur dans la genèse des ROS, en particulier O

2

°

-

et H

2

O

2

, impliqués dans des

pathologiesvasculaires (David et al., 1985; Anne & Robert, 2005).

 Le peroxysome : est un organite intracellulaire entouré par une membrane effectuant des

réactions de peroxydation lipidiques. Dans le peroxysome, il y a une production intense de H

2

O

2

s

suite à la présence de nombreuses enzymes qui génèrent le peroxyde d’hydrogène pour être utilisé

substra par la catalase peroxysomiale. Ces réactions sont importantes dans le processus de

détoxification présent dans le foie et le rein (Bonekamp et al., 2009; Servais, 2004). Bien entendu,

il y en a d’autres sources exogènes des ROS telles que le cytochrome P-450 (microsome) et la NO

synthèse.

b- Sources exogènes

Les ROS peuvent être produites par des agents physiques comme les rayonnements (rayons

ionisants X, gamma, ou des rayons ultraviolets) capables de produire des anions superoxydes ou de

l’oxygène singulet après activation de photosensibilisants. Les ROS peuvent être également

générés par des métaux lourds, le tabac et les médicaments (Lehucher et al., 2001; Prins, 2004;

Aouacheri et al., 2009).

Chapitre II Stress oxydant

II- 3- Mécanismes de défense et d'adaptation au stress oxydant

L’organisme est doté d’un ensemble de systèmes de défenses très efficaces contre la

surproduction des ROS. Le terme antioxydant désigne toute substance qui, lorsqu’elle est présente à

faible concentration par rapport à celle du substrat oxygène, retarde ou inhibe significativement

l’oxydation de ce substrat (Halliwell & Gutteridge 1990). Les antioxydants peuvent être des

enzymes ou de simples molécules. Certains sont produits par l’organisme, ce sont les antioxydants

endogènes, et d’autres proviennent de l’alimentation ou la médication et sont donc exogènes. Dans

le système de défense antioxydant de notre organisme, on distingue des systèmes enzymatiques et

des systèmes non enzymatiques (Gardés et al., 2003).

II- 3-1 : Systèmes enzymatiques

Ces systèmes sont composés d’enzymes telles que le superoxyde dismutase (SOD), la catalase et la

peroxydase, capables d’éliminer les radicaux libres et d’autres espèces réactives.

- Catalase (CAT): est une enzyme intracellulaire localisée principalement dans les

peroxysomes (Cillard, 2006). Elle représente l’une des enzymes antioxydantes les plus

efficaces. C’est une enzyme tétramérique : chaque unité portant un groupement hème et une

molécule NADPH. Elle est capable de transformer le peroxyde d’hydrogène en eau et en

oxygène moléculaire. La réaction catalysée par cette enzyme consiste en une dismutation du

peroxyde d’hydrogène (Matés, 2000).

- Superoxyde dismutase (SOD): Cette enzyme assure l’élimination de l’anion superoxyde,

première espèce toxique formée à partir de l’oxygène. Elle assure la première ligne de

défense contre le stress oxydant. Le mécanisme réactionnel est catalysé par un métal situé au

cœur de l’enzyme dont la nature distinguera les superoxyde-dismutases (Mates et al., 1999).

La SOD est une enzyme ubiquitaire qui assure la protection des cellules aérobies contre le

stress oxydatif. Il existe trois isoformes de la SOD ; la CuZn- SOD présente dans le cytosol,

la SOD à Manganèse située dans les mitochondries et la SOD extracellulaire se trouvant

habituellement à l'extérieur de la membrane plasmatique (Comhair, 2002).

- Glutathion peroxydase (GPX) et Glutathion réductase (GR) : La glutathion peroxydase

est séléno-dépendante contenant 4 atomes de sélénium situés aux centres actifs de l’enzyme

sous forme de sélénocystéine. La GPx est, sans doute le principal système de protection car

elle détruit non seulement H

2

O

2

, mais aussi les peroxydes organiques toxiques formés par

l’oxydation des acides gras ou du cholestérol en utilisant comme donneur d’électrons le

glutathion réduit (GSH) (Comhair 2002; Favier, 2003). Alors, ce dernier passe de la forme

Chapitre II Stress oxydant

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réduite (GSH) à la forme oxydée (GSSG). La glutathion réductase (GR) a pour rôle de

générer le (GSH) à partir du (GSSG) en utilisant le NADPH comme un cofacteur. Ces deux

enzymes sont localisées dans le cytosol et les mitochondries (Sorg, 2004).

D’autres enzymes comme la glutathion transférase, les thiorédoxines réductases ou les

thiorédoxines peroxydases et l’hème oxydase présentent également une activité anti-oxydante

relativement importante (Madièye, 2007).

II- 3-2 : Systèmes non enzymatiques

Ces systèmes antioxydants non enzymatiques renferment de nombreuses substances

endogènes dont le plus important est le glutathion réduit et d’autres substances exogènes apportées

par l’alimentation (Ozsoy et al., 2009).

Parmi ces molécules endogènes (synthétisés in vivo) on peut citer :

- Le glutathion (GSH) est un tripeptide dont la concentration intracellulaire est importante. La

fonction thiol confère au glutathion un rôle d'antioxydant, c'est-à-dire de réducteur

(Monique et al., 2003), de plus le GSH joue un rôle unique et essentiel dans la préservation

des formes actives de divers antioxydants de faible taille (vitamines C, E, ubiquinone,

polyphénols). A ce titre, le GSH constitue l’antioxydant principal de l’organisme d’autant

qu’il est aussi le co-facteur de toute une série d’enzymes antioxydantes (glutathion

peroxydases, glutathion réductase, thiorédoxines et peroxyrédoxines) (Defraigne &

Pincemail, 2008).

- Les protéines du choc thermique ("heat shock protein" 90, HSP 90, HSP 70) agissent en

protégeant les biomolécules contre les agressions, notamment les oxydations (Conconi et

al., 1998; Wirth et al., 2003).

- La bilirubine est capable de piéger des radicaux peroxyles RO

^2•

et l’oxygène singulet,

protégeant ainsi l’albumine et les acides gras liés à l’albumine des attaques radicalaires

(Neuzil & Stocker, 1993; Haleng et al., 2007).

Concernant les molécules apportées par l’alimentation et possédants un pouvoir antioxydants

important, on peut citer :

- La vitamine C est un excellent piégeur des EOA (HO• ou O2•-). Elle inhibe également la

peroxydation lipidique en régénérant la vitamine E à partir de la forme radicalaire issue de

sa réaction avec des radicaux lipidiques. Ses fonctions sont nombreuses : contribution au

bon fonctionnement du système immunitaire, implication dans la synthèse du collagène et

Chapitre II Stress oxydant

des globules rouges ainsi que dans les mécanismes de métabolisation du fer. La plupart des

mammifères sont capables de synthétiser la vitamine C dans leur foie ou dans leurs reins. Ce

n’est pas le cas de l’homme qui doit assurer un apport journalier d’environ 100 mg via une

alimentation riche en fruits (Haleng et al., 2007).

- La vitamine E (d-α-tocophérol) est un antioxydant liposoluble, en raison de sa longue chaîne

aliphatique comportant 16 atomes de carbone. Le rôle essentiel de la vitamine E est de

capter les radicaux peroxyles lipidiques RO2· qui propagent les chaînes de peroxydation

(Monique et al., 2003).

- Les oligoéléments comme le sélénium, le manganèse, le cuivre, le zinc (Se, Zn, Cu, Mn, …)

sont des cofacteurs indispensables pour les enzymes antioxydantes (Favier, 2003; Milane,

2004 ; Defraigne & Pincemail 2008).

- Les caroténoïdes et les polyphénols constituent de vastes familles de composés (plusieurs

centaines) parmi lesquels se trouvent le β-carotène (famille des caroténoïdes), l'acide

caféique et la quercétine (famille des polyphénols). Caroténoïdes et polyphénols sont

généralement de bons capteurs de radicaux hydroxyles ·OH et peroxyles RO

2^.

. En outre, les

caroténoïdes ont un rôle spécifique de capteur d'oxygène singulet,

1

O

2

, ce qui leur permet

d'exercer une protection vis-à-vis des dommages induits par les rayons ultraviolets de la

lumière solaire (Monique et al., 2003). De plus, les flavonoïdes qui sont des substances

polyphénoliques possédant un grand pouvoir antioxydant. Ils ont la capacité à piéger

directement les ROS (Lahouel et al., 2004). Ils jouent aussi un rôle dans la diminution des

ROS générés par la xanthine oxydase et aussi la réduction du taux d’oxyde nitric produit par

la NO synthase en inhibant l’activité de ces deux enzymes (Nijveldt et al., 2001).

II- 4-Conséquences cellulaires du stress oxydatif

II- 4 -1-Peroxydation lipidique :

Les acides gras polyinsaturés des membranes cellulaires sont des cibles principales des

espèces radicalaires de l'oxygène, très dangereuses pour les cellules, en particulier les radicaux

hydroxyles (•OH) ou peroxyles (ROO•-). Ce phénomène produit hydroperoxydes instable ROOH

selon trois étapes : initiation, propagation et terminaison avec la formation des radicaux lipidiques

tels que le dialdéhyde malonique (MDA), qui stimule la progression de peroxydation lipidique. Elle

a des conséquences multiples, induisant une diminution de la fluidité des membranes plasmiques,

ainsi qu’une inactivation des enzymes membranaires, une augmentation de la perméabilité

membranaire et un gonflement des organites (Josiane & Pierre 2006).

Chapitre II Stress oxydant

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II- 4 -2-Dommage oxydatif d’ADN :

L’ADN peut également être attaqué par les radicaux pendant l'exposition d'un individu aux

déférentes sources oxydantes telles que les rayonnements électromagnétiques (UV, rayons X et

gamma). Quand la structure de l'ADN est altérée par l'interaction avec un radical libre qui induit des

oxydations aux niveaux des bases azotes et des cassures des liaisons entre les brins, accompagnées

par l’apparition de mutations pouvant même entraîner des perturbations qui provoquent des

phénomènes cancérogènes (Favier, 2003 ; Cassou et al., 2005; Haleng et al., 2007 ; Pincemail et

al., 2009).

II- 4 -3-Dommages oxydatifs des protéines :

Les protéines peuvent être attaqués par les ROS, qui agissent sur les acides aminés soufrés et

aromatiques pour produire des groupements carbonyles et des acides aminés modifiés. La

modification protéique est initiée par l’attaque du OH

.

soit au niveau de la chaine latérale, avec

formation des produits d’oxydation, soit au niveau de la liaison peptidique entraînant la

fragmentation de la chaine (Favier, 2003 ; Haleng, et al., 2007).

II-4 -4-Dommages oxydatif des sucres :

Les sucres peuvent s'oxyder en présence des ions métalliques conduisant à la

libération des cétoaldéhydes, H

2

O

2

et OH• , qui peuvent entrainer la coupure des protéines ou

leur glycation par attachement du cétoaldéhyde. Ce phénomène de glycosoxydation est très

important chez les diabétiques et contribue à la fragilité de leurs parois vasculaires et de leur rétine

(Favier, 2003).

II- 5- Maladies liées au stress oxydant

Le stress oxydant est potentiellement impliqué dans plusieurs maladies comme facteur

déclenchant ou associé à des complications lors de leurs évolutions. Ces pathologies peuvent

découler d’intoxications chimiques et médicamenteuses, d’exposition à des rayonnements, d’un

syndrome d’hyperoxygénation, de phénomènes inflammatoires et d’autres causes. A titre

d’exemple, l’apparition des cancers à cause des espèces réactives de l’oxygène (ROS) est indiquée

dans de nombreuses études. En effet, les ROS ont un rôle bien établi dans l’altération du matériel

génétique des cellules (Pincemail et al., 1999). Cette altération conduit à des anomalies au niveau

des gènes antioxydants, ce qui stimule la surexpression des gènes prooxydants, des mutations des

gènes suppresseurs de tumeurs comme p53 et l'activation des signaux de prolifération. Cela stimule

Chapitre II Stress oxydant

un transfert des pro-carcinogènes en carcinogènes, ce qui provoque plusieurs types de cancer

(Favier, 2003 ; Afonso et al., 2007). En outre, il est admis que le stress oxydant est un facteur

potentialisant pour d’autres maladies, telles que les maladies cardiovasculaires, le diabète,

l’Alzheimer, les maladies neurodégénératives, asthme, maladies rhumatismales et le vieillissement

accéléré (Favier, 2003; Afonso et al., 2007; Jean-Marie 2002; Favier, 2006; Haleng et al., 2007).

II- 6- Corticoïdes et stress oxydant

Toute médication n’est pas saine entraîne des effets secondaires. Certains médicaments

peuvent être responsables d’un stress oxydatif cellulaire dû à la nature des molécules actives et à

leurs modes d’action, en particulier lors d’un traitement prolongé ou avec des doses élevées. De

nombreuses études pharmacologiques ont montré qu’un stress oxydatif est généré par des

traitements de chimiothérapie et d’hormonothérapie dû à leurs modes d’action dans l’organisme. De

plus, les anti-inflammatoires non stéroïdiens (paracétamol, diclofenac, volatrene) sont connus par

les effets d’hépatotoxicité, d’hématotoxicite, de cardiotoxicité ainsi que de toxicité rénale très

dangereuse (Cadranel et al., 1999; Capet et al., 2001; Lahouel et al., 2004 ; Aouacheri et al., 2009).

Les complications graves des anti-inflammatoires stéroïdiens AIS, en particulier les corticoïdes, ont

incité les scientifiques à effectuer des recherches approfondies sur des liens du stress oxydatif et

cette catégorie de médicaments. La plupart de ces études suggèrent que l’efficacité dépasse la

toxicité de ces médicaments (Goff, 2007). De plus, desétudes expérimentales ont montré des effets

bénéfiques des corticoïdes dans les lésions traumatiques du système nerveux central. La

corticothérapie peut restaurer la perméabilité vasculaire dans l’œdème cérébral expérimental,

réduire la production de radicaux libres et inhiber la peroxydation lipidique des membranes

cellulaires (Berré, 2004).

Les complications liées à la prise de glucocorticoïdes (GC) de façon prolongée dans différents

organes sont bien démontrées, citons entre autres, les conséquences osseuses (ostéoporose),

métaboliques (insulinorésistance), vasculaires (hypertension artérielle) et risque d’athérosclérose.

Cela suggère que la production des radicaux libres par les GCs n’est pas écartée (Franckson et al.,

1953; ; Iuchi et al., 2003; Garcia et al., 2008).

Selon l’étude in vitro de lunch et al (Iuchi et al., 2003), les GCs en excès provoquent une

surproduction des ROS, principalement des peroxydes d'hydrogènes, et perturbent ainsi la

disponibilité du NO• dans l'endothélium vasculaire. Cela, conduit à des complications vasculaires

provoquant une cardiotoxicité. Une autre étude a confirmé en 2007 la surproduction des espèces

Chapitre II Stress oxydant

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réactives de l'oxygène par les GCs et l’existence d’une relation directe entre le stress cellulaire et les

corticoïdes (Vidal, 2005; Bjelakovic et al., 2007). Ainsi, il existe de plus en plus des preuves sur

l’implication du stress oxydatif dans l'hypertension expérimentale induite par les GCs (étudiés chez

les rats), comme en témoigne l'augmentation des biomarqueurs correspondant, en particulier la

NADPH oxydase et la xanthine oxydase, qui jouent un rôle important dans la pathogenèse de cette

pathologie (Ong et al., 2008).

Malgré un grand nombre d'études ayant été faites sur les effets secondaires et le mode d’action des

corticoïdes, les mécanismes par lesquels ce médicament induit un stress oxydatif restent méconnus.

Par ailleurs, certaines études indiquent que le stress provoqué par les corticoïdes serait dû à leurs

propriétés immunosuppressives et anti-inflammatoires (Sorrells et al., 2009; Frank et al., 2011).

No documento Efeito da correcção orgânica e da reacção do solo numa rotação hortícola de modo de produção biológico (páginas 48-51)