C’est l’ouverture de l’époxyde qui initie la cyclisation. La monooxygénase qui
intervient dans ce processus est une flavo-protéine nécessitant la présence de deux co-facteurs : l’O2 et le NADPH. Cet enzyme permet au squalène d’adopter une position
stable ; c’est sous la condition d’impératifs stéréoélectroniques que la cyclisation s’opèrera correctement. Le 2,3-oxydosqualène a été découvert, en premier lieu, comme précurseur immédiat des lanostanes (Corey et al., 1966), structures typiquement animales, précurseurs du cholestérol et d’autres stérols animaux ou fongiques. Chez les bactéries, les lanostanes jouent le rôle équivalent de celui des stérols, garants de la cohésion membranaire des cellules.
Comme cela a déjà été énoncé, l’époxysqualène peut conduire à la formation d’alcools triterpéniques pouvant posséder de un à cinq noyaux cycliques. La cyclisation peut s’exécuter sans encombre, mais aussi n’être que partielle ou au contraire totalement concertée (Xu et al., 2004). Il serait trop fastidieux de rentrer dans le détail de chaque mécanisme, c’est pourquoi nous ne traiterons que les structures tétra- et pentacycliques dérivant de l’époxysqualène.
a) Les alcools triterpéniques tétracycliques sont les principaux composés générés par les OSC. Ils ont fait l’objet de très nombreux travaux car ils sont à la base de la biosynthèse des stérols. Les réarrangements des cations tétracycliques priment sur la neutralisation par protonation ou perte d’eau. Les deux carbocations, le cation protostéryl et le cation dammarényl, qui peuvent être produits par la OSC et leurs dérivés, sont présentés ci-après dans les paragraphes traitant des différentes conformations adoptées par l’époxysqualène.
b) Les alcools triterpéniques pentacycliques représentent, en nombre, la classe la plus importante produite par la OSC. Les enzymes impliqués dans leur biosynthèse sembleraient multifonctionnels et donc responsables des multiples squelettes produits (Herrera et al., 1998 ; Segura et al., 2000 ; Kushiro et al., 2000 ; Morita et
al., 2000 ; Husselstein-Muller et al., 2001). La très grande variété de structures
produites témoigne de la diversité des modes de cyclisation provenant soit du cation protostéryl, soit du cation dammarényl, soit de pentacyclisations directes depuis des conformations de type « chaise-bateau-chaise-chaise » ou « chaise- chaise-chaise-chaise ». Nous ne pourrons pas présenter toutes ces alternatives, c’est pourquoi nous ne ferons qu’énoncer les principales séries de référence. Il est important de noter que ces structures pentacycliques, pourtant omniprésentes chez les végétaux supérieurs, sont quasi-absentes dans les autres organismes (Herrera et
al., 1998 ; Shibuya et al., 1999).
Nous avons choisi d’énoncer de façon ciblée les grandes lignes conduisant plus particulièrement à la formation des triterpènes tétra- et pentacycliques. Voici présentés les deux carbocations qui peuvent être formés à partir de l’époxysqualène.
L’époxysqualène peut adopter différentes conformations « chaise-bateau ».
Conformation « chaise-bateau-chaise-bateau »
Si l’époxysqualène adopte la conformation « chaise-bateau-chaise-bateau » (« C-B-C- B », sa cyclisation amène à la formation transitoire d’un cation protostéryl possédant les mêmes caractéristiques conformationnelles.
La protonation de l’époxyde entraîne son ouverture et le noyau A assimilé se retrouve porteur de la charge positive. Le cation tertiaire ainsi formé subit une série d’attaques électrophiles, sautant de noyau en noyau , de carbocation à carbocation, jusqu’à obtenir le cation protostéryl (figures 12 et 13).
Ce cation tertiaire est le précurseur direct des structures de type cycloartane et cucurbitane des végétaux. Chez les champignons et les animaux, la cyclisation aboutit à la formation d’un équivalent, le lanostérol (figure 12). Sa biosynthèse suit la règle isoprénique détaillée précédemment.
• Le mécanisme de formation des cycloartanes se déroule comme suit. Le cation protostéryl subit une série de réarrangements de type Wagner-Meerwein. La succession de migrations 1,2-proton et 1,2-méthyl est rendue possible du fait de la disposition trans-antiparallèle des protons et méthyles (c’est-à-dire en C- 8, C-14, C-13 et C-17) migrants du coté opposé du stéréocentre. Cela engendre une inversion de configuration de ces derniers, puis la production successive de nouveaux carbocations et ainsi de suite jusqu’à la perte d’un proton appartenant au méthyle porté par le C-10 qui stoppe la cyclisation. La perte d’un proton du méthyle porté par le C-10 entraîne la formation d’un cyclopropane en C9-C10.
• Dans le cas des cucurbitanes, le précurseur est toujours représenté par le cation protostéryl, sur lequel s’opère le même mécanisme décrit précédemment. La cyclisation s’achève là encore par la perte d’un proton et l’intermédiaire obtenu porte une double-liaison en C5-C6. Des oxydations variées amènent à la formation des cucurbitanes.
Conformation « chaise-chaise-chaise-bateau »
En adoptant la conformation « chaise-chaise-chaise-bateau », l’époxysqualène amène à la formation d’un cation dammarényl (figure 13).
• Suite à des migrations concertées, le cation dammarényl peut conduire soit à la formation du squelette de type tirucallane, précurseur des limonoïdes autrement appelées tétranorterpénoïdes, soit à la formation d’un squelette de type euphane, précurseur des quassinoïdes.
• Le cation dammarényl entraîne de façon plus marginale la formation de composés tétracycliques en C6-C6-C6-C6 comme les baccharanes ou les shionanes.
• Dans le cas le plus fréquent, un cycle supplémentaire va se former et permettre d’aboutir à la formation de triterpènes pentacycliques comme les olénanes, les ursanes, les lupanes, etc… (figure 13).
Considérant les configurations relatives des terpènes synthétisés, on pense que l’oxydosqualène est à l’origine de la plupart des 3 -OH-triterpénoïdes. Le groupement hydroxyle positionné en C-3 provient directement de l’ouverture initiale de l’époxyde de l’oxydo-squalène. D’un point de vue conformationnel, les groupements en position trans dans les structures acycliques se retrouvent typiquement en position anti dans les structures cyclisées (Ruzicka, 1963 ; Eschenmoser et al., 1955 ; Arigoni, 1959).
Comme pour beaucoup de règles, il existe quelques cas particuliers. Ainsi, dans les mécanismes qui nous incombent, le cation protostane peut amener à la formation d’alcools triterpéniques pentacycliques. De même, certaines structures pentacycliques dérivées du cation dammarényl peuvent être obtenues via un intermédiaire particulier portant un noyau D- E spiro-fusioné. Dans ce cas, la cyclisation du noyau E précèderait celle du noyau D. La cyclisation des cations précurseurs peut être très partielle.