Les enzymes de dégradation directe de la lignine nécessitent la présence de peroxyde
d’hydrogène, pour cela les pourritures blanches sécrètent un système enzymatique
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Figure 22 : Réaction catalysée par les glyoxal oxydases (Daou et al., 2017).
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permettant la production d’H
2O
2: des pyranoses oxydases, des aryl-alcool oxydases et
des glyoxal oxydases (Dashtban et al., 2010; Hernández-Ortega et al., 2012).
2.2.1 Les glyoxal oxydases :
L’importance des glyoxal oxydases (GLOX) dans les mécanismes de dégradation de la
lignine et en particulier la production de peroxyde d’hydrogène a été décrite pour la
première fois en 1987 (Kersten and Kirk, 1987). Au fil du temps, elles ont été décrites
comme des métalloprotéines contenant un atome de cuivre et appartenant à la classe
des AA5 dans la base de données des CAZYmes (http://www.cazy.org/). De plus, ce sont
des aldéhydes oxydases largement réparties au sein des différents phylums végétaux,
animaux et fongiques. En effet, elles catalysent une réaction fondamentale pour les
organismes vivants, puisqu’elles sont capables de produire du peroxyde d’hydrogène via
l’utilisation de dioxygène comme donneur d’électron. Ceci permet la transformation d’un
groupement aldéhyde en acide carboxylique (Daou and Faulds, 2017) (Figure 22).
L’implication de la glyoxal oxydase dans les mécanismes de dégradation de la biomasse
parait évidente. En effet, après deux semaines de cultures, P. chrysosporium montre un
niveau élevé de transcrits similaires entre les peroxydases et la GLOX. Ce dernier chute
après 8 semaines pour toutes ces enzymes, témoignant d’une co-régulation (Janse et al.,
1998). Récemment, il a été montré que les MnP étaient localisées au niveau de l’apex des
hyphes fongiques tout comme les glyoxal oxydases. Cette colocalisation de la GLOX a
pour but d’apporter le peroxyde d’hydrogène ainsi que de nombreux acides organiques
stabilisant les ions Mn
3+générés par les MnP (Daou and Faulds, 2017). La GLOX est donc
essentielle au fonctionnement des MnP et par conséquent à la dégradation de la
biomasse végétale. Cependant, la production et la sécrétion de ces enzymes semblent
être décalées de quelques jours (Takano et al., 2010). En effet, les MnP sont sécrétées
deux jours avant les GLOX certainement afin d’éviter l’effet synergique de leurs actions
et par conséquent des effets délétères au sein des cellules fongiques. La régulation de la
GLOX se fait par l’intermédiaire d’un mécanisme d’oxydo-réduction qui provoque son
activation lorsque l’enzyme est oxydée ou lorsque le cuivre est réduit (Daou et al., 2016).
Ce processus peut être régulé par la présence de peroxydases puisque le couple lignine
peroxydase/alcool veratryl est capable d’activer la GLOX (Kersten et al., 1990).
Cependant, la présence d’un substrat à haut potentiel redox est indispensable. Le
champignon pourrait utiliser ce mécanisme afin de co-réguler la génération de peroxyde
d’hydrogène et l’action enzymatique des LiP (Kurek and Kersten, 1995).
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Figure 23 : Schéma des réactions catalysées par les aryl-alcool oxydases
(Hernández-ortega et al., 2012)
Figure 24 : Réaction catalysée par les pyranose oxydases (Wongnate and chaiyen,
2013)
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2.2.2 Les aryl-alcool oxydases :
Ces enzymes ont été découvertes et décrites pour la première fois chez un champignon
de pourriture blanche : Trametes versicolor (Farmer et al., 1960). Depuis de nombreuses
études ont été réalisées afin de comprendre leur rôle au sein de la machinerie
enzymatique. Les aryl-alcool oxydases ou AAO sont des flavoprotéines extracellulaires
catalysant la réaction de déshydrogénation oxydative des alcools polyinsaturés. Ce
processus enzymatique nécessite la présence de molécules d’oxygène qui sont utilisées
comme accepteur final d’électron (Ferreira et al., 2015). La finalité conduit à la
production de peroxyde d’hydrogène et d’un composé contenant un acide carboxylique
(Guillén et al., 1994). A l’heure actuelle, le rôle de ces enzymes serait de maintenir le
pool de peroxyde d’hydrogène au sein du système de dégradation de la biomasse
végétale des pourritures blanches (Hernández-Ortega et al., 2012). Ce modèle est
soutenu par la présence d’un équilibre entre les étapes d’oxydation extracellulaires et
les réactions de réduction intracellulaires sur le benzyle alcool, aldéhyde ou acide
maintenant la production d’H
2O
2(Guillén et al., 1994). Le mécanisme décrit ci-dessus
fait intervenir trois enzymes : une aryl-alcool oxydase catalysant l’oxydation de l’alcool
en aldéhyde puis l’aldéhyde en acide, une alcool déshydrogénase et une
aryl-aldéhyde déshydrogénase permettant la réduction de l’acide en l’alcool (Ferreira et al.,
2010; Guillén et al., 1992; Guillén et al., 1994) (Figure 23).
2.2.3 Les pyranoses oxydases :
Les pyranoses oxydases ou P2O (pyranoses : oxygène 2-oxidoreductase) sont des
flavoprotéines catalysant l’oxydation du carbone 2 de plusieurs aldopyranoses via
l’utilisation de dioxygène. Cette réaction conduit à la formation de deux produits : un
2-keto-aldose et du peroxyde d’hydrogène (Daniel et al., 1994; Danneel et al., 1993)
(Figure 24). Cette enzyme est donc versatile vis-à-vis de son substrat car elle est capable
de catalyser ce type de réaction pour le galactose, le L-sorbose, le xylose, le
D-mannose, le D- fructose, le D-glucono-1.5-lactone, le maltose, le cellobiose et le sucrose
(Ai et al., 2014; Izumi et al., 1990). Cependant, les P2O ont un substrat préférentiel : le
D-glucose (Daniel et al., 1994; Danneel et al., 1993; Izumi et al., 1990; Wongnate and
Chaiyen, 2013). Lors de l’attaque du bois par les champignons de pourriture blanche, les
pyranose oxydases se situent préférentiellement dans l’espace périplasmique des
hyphes, eux-mêmes se trouvant dans la lumière des fibres où l’on peut observer
différents stades de dégradation (Daniel et al., 1994).
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Cette localisation suggère un rôle majeur de l’enzyme dans les processus de dégradation
de la biomasse via la production d’ H
2O
2, le co-substrat nécessaire aux enzymes de
dégradation de la lignine. De plus, il semblerait que les P2O favorisent la
dépolymérisation de la lignine via des interactions avec les phénoxy radicaux et les
quinoides formés par des laccases (Ai et al., 2014). Ces deux intermédiaires
remplaceraient la molécule de dioxygène en tant qu’accepteur d’électron. Par
conséquent, les réactions enzymatiques réalisées par les pyranose oxydases sont
essentielles au processus de dégradation de la lignine. Chez les pourritures blanches, le
système enzymatique principal est donc soutenu par de nombreuses réactions qui, par
leur fonctionnement, apportent des molécules essentielles au déroulement de la
dégradation de la biomasse végétale. De plus, l’ensemble est en perpétuelle interaction
permettant une régulation fine du système enzymatique satellite. Par ailleurs, il existe
un bon nombre d’enzymes intracellulaires (glucose oxydase et fatty-acyl-coA oxydase)
qui ont la capacité de produire du peroxyde d’hydrogène. Cependant l’export de la
molécule dans le compartiment extracellulaire n’a toujours pas été décrit
(Hernández-Ortega et al., 2012).
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O uso do microscópio como ferramenta motivacional para a aprendizagem das ciências naturais
(páginas 47-50)