Cours_Biomolec1c.pdf

7/23/2019 Cours_Biomolec1c.pdf

1/37

Mtabolites secondaires ?

Biomolcules dorigine vgtaledintrts industriels:

Les polyphnols Cours ULBI 456 Licence L2

Second semestre 2011Christian Jay-Allemand

Universit Montpellier 2

France(Tl: 04 67143612, E-mail: [email protected])


2/37

Plan gnral du cours

Partie I- Introduction

-Biodiversit vgtale, adaptation et

plantes comme source de biomolcules-Sensibilisation aux mtabolitessecondaires produits par les plantes

-Alcalodes

-Saponines et sapognines

-Acides phnoliques et flavonodes

-Mtabolisme et voies mtaboliques

-Importance des composs phnoliquesutiliss par lhomme / Historique

Partie II- Biochimie des phnols ettechniques danalyses

-Quest-ce quun phnol ?

-Rseaux mtaboliques

-Diversit des structures chimiques

-Proprits physico-chimiques

-Principales techniques danalyse

- Extraction, hydrolyses,

- Sparat, dtect, quantificat

- Histolocalisation

Partie III- Activits cellulaireset rles

des composs phnoliques / Utilisations- Fonctions cellulaires ?

- Couleur du bois

- Couleur des fleurs et des fruits

- Brunissement des tissus

- Qualits organoleptiques

- Proprits pharmacologiques

Partie IV- Conclusion et perspectives


3/37

PARTIE I

INTRODUCTION

I-1 Quest-ce quune plante ?

I-2 Les plantes sources de biomolcules

dintrts industriels

I-3 Importance conomique des mtabolites

utiliss dans le monde

I-4 Historique et notion de mtabolites

secondaires


4/37

I-1 Quest-ce quune plante ?

Comparaison entre Animal et Vgtal ?

Plante= Vaste surface fixe arienne etsouterraine pour un volume modeste.Animal= Une symtrie bilatrale avec unedouble polarit.

Plante= Une symtrie radiale avec uneseule polarit verticalepour les plantes.Toute forme dpend de la gravit, de lespace et de

la taille des organismes.

Adaptation la fixit chez les vgtaux =>Diversit des biomolcules


5/37


6/37

BlessuresCoumestrolPsoralnesCoumarinesAcide chlorogniqueEsters fruliquesLignines et subrineTaxifoline glucosyle

Basses tempraturesAnthocyanines

Forte intensitForte intensitlumineuse et UVlumineuse et UVPtrocarpanesEsters sinapiques

FlavonodesIsoflavonodesPsoralnes

Attaques par lespathognesPtrocarpanesIsoflavonodes prnylsStilbnesCoumarinesFlavanolsAuronesActosyringoneActosyringone

Interactions avec les microorganismes

Interactions avec les microorganismessymbiotiques du sol

symbiotiques du sol LutolineLutoline,,ApignineApignineDaidzineDaidzine, Rutine, Tannins, Rutine, Tannins

Carences en fer, nitrate et phosphate

Carences en fer, nitrate et phosphateAcides phnoliquesAcides phnoliques,,FlavonodesFlavonodesIsoflavonodesIsoflavonodes, Anthocyanines, Anthocyanines

Rgulation des

Rgulation desflux dflux dauxine et duauxine et dudveloppement

dveloppementNaringnine chalconeNaringnine chalconeKaempfrolKaempfrolQuerctineQuerctine

Signalisation distanceAcide salicylique ?

Fertilit et pollinisationFlavonodes

Larve dinsecte

Graines


7/37

Figure 3 : Comparaison des tguments de graines dArabidopsis thalianasauvage (WT) et

mute (tt12) grce une tude histochimique ralise laide dune coloration au bleu de

toluidine (coloration en bleu-vert intense des composs de nature phnolique). Embryon

(emb), couche aleurone (al), tgument interne (e), tgument externe (cl). Barre = 40 !m.

Figure 4 : Capacits germinatives de 4 lots de graines

dArabidopsis thalianade type sauvage (WT) ou mute (tt12)

dtermines en fonction de la dure dimbibition applique

ces diffrents lots.

Temps dimbibition (heure)

Graines darabette(Figures 3 et 4)

Daprs Debeaujon et al.,2001.

Plant Cell, 13, 853-871


8/37

Figure : Voie mtabolique

des principaux flavonodes

connus chez les vgtaux.

Sont indiqus les enzymes(CHS, CHI, ) et les

mutants (tt2, tt7, ).

Daprs Marinova et al.,

Plant Cell, 2007.


9/37

I-2 Les plantes, une source de biomolcules dintrts industriels

Glucides / Monosaccharides (oses) et polysaccharides

Lipides / A. gras => Triglycrides, phospholipides,

Protides / Aminoacides => peptides et protines

Nuclotides / ARN, ADN, ATP, ADP, NAD, NADP, FAD, FMN

Acides organiques / Cycles de Krebs et de Calvin, voie

shikimique, Polyamines aliphatiques et aromatiques

Hormones / Auxines - cytokinines - gibbrellines - thylne -

Brassinostrodes

Composs poly-isoprniques, jasmonates, thanol, vitamines,lments minraux

Chlorophylles, carotnodes, strols, terpnes, alcalodes,

saponines, composs phnoliques, => Usine chimique


10/37

Wink et al. (2003) Phytochemistry 64, 319

Terpenodes

Compossphnoliques

Htrosides

Alcalodes et compossazots particuliers


11/37

BI

ODI

VER

SIT


12/37

Relations entre mtabolisme

secondaire et mtabolisme primaire

CO2+ H2O

Photosynthse

Glucides

Malonyl CoA

Cires Flavonodes Tannins condenss

Acidesamins

Voie dushikimate

Assimilationde lazote

Compossphnoliques

Alcalodes

Acides gras

Saponosides

Cardnolides

Htrosidescyanognes et

glucosinolates

Terpenodes

GlycolyseRespiration

Acetyl CoA

Oxylipines

Jasmonate

Cytokinines

Brassinostrodes Acide

salicylique

Auxines, Polyamines


13/37

La pervenche de

Madagascar

Alcalode

dimrique


14/37

Codine

Structure de quelques alcalodes dintrts

Cocane

Ergotamine

Cochicine

Morphine

Rserpine

QuinineAtropine


15/37

Intrts thrapeutiques des alcalodesAtropine= Traitement des spasmes viscraux

Bromocriptine= Inhibiteur de la lactation

Cocane= Anesthsiques locaux et stupfiant

Codine(mthyl-morphine) = Analgsique et calmant de la toux

Colchicine= Anti-inflamatoire spcifique / Goutte

Driv dihydrogn de lergotamine= Vasodilatateur / anti-migraineErgotamine= Dpresseur du systme nerveux sympathique

srine / Carbamates = insecticides puissants

Morphine= Analgsique / calmant de la douleur

Quinine= Antimalarique / forme grave du paludisme (Plasmodium f.)

Rserpine et chlorpromazine= Neuroleptiques des psychoses aiges

Vinblastine et vincristine= Leucmies, Maladie de Hod kin, cancers


16/37

Centella asiatica

Saponines et sapognines

triterpnodiques

Cicatrisants, anti-inflamatoires,rgnration du derme / cosmto


17/37

Pouvoir Hmolytique des saponines de Centella asiatica

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 0,0133 0,0266 0,0399 0,0532 0,0665 0,0798 0,0931 0,1064 0,1197 0,133 0,1463

Concentration en mMol.L-1

%d

'hmolyse

Acide Asiatique

Acide Madcass ique

Asiaticoside

Madcassoside

Figure: Pouvoir hmolytique des

diffrentes saponines de Centellaasiatica mesur par spectro-

photomtrie


18/37

Les saponinesstrodiques et

triterpnodiques

La gnine,prcurseur desstrodes


19/37

Aubier

Zone deTransition

Acorce

Bois de coeur

BCouleur

C

Colorants

M M M

- CHS - DFR - F35H + F35H. - FLS

Lignines

Brunissement


20/37

Diversit des structures de nature phnolique

Drivs dacides hydroxycinnamiques Flavonodes


21/37

Alcalodes (nicotine, cocane, morphine, )=> 4 milliards $

Terpnes et strodes (diognine, taxol, )=> 12 milliards $

Glycosides et phnols (lignanes, digoxine, )=> 14 milliards $

Poids conomique des drogues dorigine

vgtale dans le monde (estimation pour 2002)

I-3 Importance des mtabolites utiliss dans le monde


22/37

Utilisation des composs phnoliques

Paramtres de la qualit sensorielle des produits

vgtaux

Brunissement et altration des produitsalimentaires

Importance des composs phnoliques danslalimentation, la sant et la cosmtologie

Implications industrielles: Tannins, colorants,dgradation des lignines, qualit des bois,protection des plantes cultives,


23/37

Pigments

Parfums et armes

(Jasmin)

Substances biologi-

quement actives

ROLES MAJEURS


24/37

XIXme

Avnement de la phytochimie

Isolement et caractrisation de nombreux

composs spcifiques aux vgtaux

Recherche de principes actifs chez les

plantes mdicinales

I-4 Historique et notion de mtabolites secondaires


25/37

Un compos

phnolique : lacide

salicylique

En 1825, un pharmacien italien,

Francesco Fontana, isole leprincipe actif du saule blanc qu'il

appelle la "salicine"

En 1828 : Johann Bchnerisolement partir dcorces

de saule du salicylate


26/37

Un compos phnolique :

lacide salicylique

1899 : Felix Hoffman (Bayer)

Synthse dAspirine = actylsalicylate

partir de salicylate extrait de Spiraea

ulmaria(Reine des prs)!


27/37

Dcouverte dun alcalode :

la morphine

1803 : isolement

1827 : commercialisation par Merck

Guerre de 1870 dveloppement de lusage

mdical

Papaver somniferum album

>30 alcalodesdiffrents dont10% demorphine


28/37

Dcouverte dun alcalode :

la morphine

1925 : caractrisation de la structure

chimique

Sir Robert Robinson

Prix Nobel de

Chimie


29/37

Les premires hypothses

Julius von SACHS (XIXesicle): Les

tannins sont des dchets du

mtabolisme

J. von Sachs(botaniste allemand)


30/37

Historique des mtabolites

secondaires

Frederich Czapek (1921)

Taxons vgtaux!processus

biochimiques qui pourraient ne pas tre

indispensables !caractres secondaires

Dveloppement de lide que les mtabolitessecondaires nont aucun rle : des dchets oudes excrments / incrments ?

Un exutoire du mtabolisme primaire ensituation de flux excessif (produits de fin dechane mtabolique) ?


31/37

Annes 70-80 : Deux coles

1- Anglo-saxonne : ChemicalEcology

Miriam Rothschild

Jeffrey Harborne

Le MS est dune importance capitaledans les interactions cologiques

2- Allemande : Kurt Mothes

Le MS na pas de significationphysiologique

!Thorie neutraliste de lvolution


32/37

Aujourdhui : Nombreuses

fonctions reconnues pour lesmtabolites secondaires

Fonctions cologiques& physiologiques

Activits biologiques et autresproprits physico-chimiques

valorises par lhomme


33/37

At seedlings 13 daysafter germination

WT tt4

Les flavonols (cas de la naringnine) et le NPA (acide

naphtylphtalamidique, molcule de synthse) inhibent le transportpolaris de lauxine dans les racines dArabidopsis thaliana vialinhibition des faciliteurs / transporteurs defflux dauxine. WT, typesauvage; tt4, mutant chalcone synthase (CHS) dficient en flavonodes.


34/37

Programme de recherche

OH

OH

OH

O

OH

OH

O

OH

OH

OH

O

OH

O

Flavonols

AIA

AIA

Dans lescellulespricycliques

Transporteursauxiniques (TA)

-Eau- Nitrates- Phosphates-Sulfates

SynthseTransportglycosylation

AIA en M

1

23 4

TA

AIA= Acide indole 3-

actique


35/37

Complexit des rseaux mtaboliques / Mtabolismes primaire etsecondaire (mtabolisme phnolique viala voie de lacide shikimique)


36/37

La formation des racineslatrales est sous contrle desflux dauxines / trans-

porteur

dinflux AUX1

WT

aux1

Figure: Analyse de lauxine (IAA) accumule dans les pointesracinaires de larabette (At) sauvage (WT) ou mutante (aux1). B,image dune racine colore / activit Glucuronidase (gnepDR5::GUS) chez WT; C, image dune racine colore / activitGlucuronase (gne pDR5::GUS) chez le mutant aux1.

Daprs Swarup et al., 2001. Gene & Develmopment, 15,2648-2653.


37/37

ws tt4Biotests / Roots

+ -

Documents

Cours_Biomolec1c.pdf