I .1- Les protéines
I. 7 – Intérêt du choix des molécules d’acide aminé étudiées
Les aminoacides sont des constituants élémentaires d'un très grand nombre d'objets biochimiques (enzymes, récepteurs, substrats, etc.). Les enzymes sont des protéines de hautes masses moléculaires (10 000 à 100 000 daltons) et sont constituées de longues chaînes d'acides aminés unis par des liens peptidiques. Ce sont des macromolécules qui appartiennent à la classe des protéines globulaires. Elles sont présentes dans les cellules de tous les organismes vivants où elles jouent un rôle essentiel en contrôlant les procédés métaboliques permettant aux nutriments d'être transformés en énergie et en matériaux cellulaires.
Au cours de la vie d’une cellule, pratiquement toutes les protéines sont renouvelées par dégradation et synthèse de novo. La dégradation de ces molécules complexes en
molécules plus facilement assimilables [27] est réalisée grâce à des enzymes appelées les protéases (peptidases ou enzymes protéolytiques).
La protéolyse joue un rôle essentiel dans divers processus cellulaires ; elle doit donc être strictement contrôlée. La mauvaise régulation protéolytique peut conduire a de graves pathologies comme le cancer, l'arthrite, les maladies neurodégéneratives et les maladies cardio-vasculaires[28]. Un autre moyen important de régler la protéolyse est l'inhibition de l'activité par le réseau des inhibiteurs de protéases. Les inhibiteurs de protéases sont des polypeptides qui inhibent l'action des protéases[29-30]. L'existence d'inhibiteurs de protéases
dans la nature a d'abord été rapportée par Fermi et Pernossi [31] .Les protéines essentielles au
fonctionnement cellulaire sont synthétisées en continu pour fournir un stock de molécules actives les acides aminés nécessaires pour la synthèse et elles évitent le déséquilibre entre protéines synthétisées et protéines détruites. Les enzymes protéiniques appartiennent à l'un
des six groupes [32] reconnus :
Ø oxydoréductases, Ø transférases, Ø hydrolases, Ø lyases, Ø isomérases Ø ligases.
Les protéases de différentes origines sont classées selon la gamme du pH dans laquelle leur activité est optimale, en protéases acides, neutres et alcalines [33]. Elles se différencient également selon leur site d’action en deux groupes ; les exopeptidases et les endopeptidases. Les exopeptidases sont des protéases qui hydrolysent les liens peptidiques près des extrémités N ou C-terminales des protéines. Par contre, les endopeptidases sont caractérisées par leur action spécifique à l’intérieur de la chaîne peptidique polypeptidique
loin des extrémités N-terminale et C-terminale [34]. La présence d'un groupement amino ou
carboxyl libre peut avoir un effet répresseur sur l'activité de ces protéases. Les endopeptidases sont divisées en 4 classes selon leur mécanisme catalytique : les protéases Cystéines, les métallo-protéases, les protéases aspartiques et les protéases Sérines[34-35].
Basées sur les groupes fonctionnels présents dans le site actif et intervenant dans le mécanisme catalytique c'est-à-dire selon la nature du ou des acides aminés du site actif
impliqué dans la catalyse de réaction. Les enzymes peuvent être divisées en plusieurs classes[36]. Ainsi, On distingue :
Ø Les protéases à Sérine (EC 3.4.21.x)
Ø Les protéases à thiol (Cystéine protéases) (EC 3.4.22.x) Ø Les protéases acides (protéases aspartate) (EC 3.4.23.x) Ø Les métalloprotéases matricielles (MMPs) (EC 3.4.24.x) Ø Les protéases à Thréonine
· Applications industrielles des protéases
v Industrie alimentaire : les industries alimentaires constituent aujourd’hui le principal domaine d’application des technologies enzymatiques, qui à partir d’un nombre limité
de types de réactions catalysées donnent lieu à une grande diversité d’application[37].
Les principales industries alimentaires utilisant les protéases sont :
Ø Fromageries : Les protéases utilisées à cette fin sont produites par des microorganismes GRAS tels que Mucor miehei, Bacillus subtilis et Endothia
parasitica. Les protéases fongiques acides, alcalines et neutres produites par A. oryzae
ont également été utilisées en industrie laitière[38].
Ø Boulangeries : les endo et les exoprotéinases d’A. oryzae sont utilisées pour modifier le gluten de blé par une protéolyse limitée selon les caractéristiques désirées de la pâte. Des protéases bactériennes sont également souvent utilisées pour améliorer l’élasticité et la force de la pâte[34].
Ø Préparation de produits à base de soja : Les protéases neutres ou alcalines d’origine fongiques sont utilisées depuis très longtemps pour préparer la sauce de soja ainsi que d’autres produits à base de soja.
v Synthèse de l’aspartame : La synthèse enzymatique de l'aspartame est préférable. Si les protéases sont considérées comme des enzymes hydrolytiques, elles peuvent parfois catalyser la réaction inverse, sous certaines conditions bien précises. Une préparation immobilisée de thermolysin provenant de Bacillus thermoprotyolyticus est utilisée pour la synthèse de l'aspartame[34].
v Domaine pharmaceutique et médical : les protéases d’A. oryzae (Luizim et Nortase)
sp. ou des subtilisines sont utilisées en combinaison avec des antibiotiques dans le
traitement des bruleurs, plaies et des ulcères dermiques [34]. Une élastotérase
provenant de B. subtilis peut être utilisée pour le traitement de furoncles, d’abcès et de plaies profondes[39]etc.
v Détergents: le marché le plus important au niveau de détergents est de loin celui des
détergents à lessive[40]. Une protéase détergente idéal doit avoir une large spécificité de substrat et stable dans l’environnement hostile de la machine à laver (température
élevée et pH alcalin)[34]. Bien que la pepsine soit utilisée depuis 1913 . La plupart
des protéases ajoutées dans les détergents sont produites par des souches de Bacillus. v Tanneries : Les protéases sont utilisées en tannerie depuis le début du siècle dernier
pour leurs capacités à libérer les poils et la laine [43].
v Autres applications : Les protéases sont considérées aussi comme moyen efficace pour le traitement des rejets riches en protéines [44-45]. Les protéases sont employées aussi avec des mélanges des enzymes hydrolytiques pour dégrader les polymères constitutifs de la matière végétale servant pour l’alimentation animale.
[1] N. Campbell, et al., Biologie,7éme édition (ed) perrson,Paris,2007. [2] Corey & Pauling, Proc Natl Acad Sci U S A. 1953; 39(2): 84–97.
[3] A. Melquionde,Thése de Doctorat de l’université -Paris 7 - Denis Diderot,2007. [4] Biochimie structurale 1, Chapitre 4, Biochimie des protéines 50-63
[5] P.C. Turner et al ., biologie Moléculaire. Chapitre B, 22-23. [6] Kessous.C, Biochimie Structurale,2006.
[7] G.Moroy,Thése de Doctoratde l’université de Reims Champagne-Ardenne,2005. [8] D. Voet, et al., Biochimie (2th Ed.), de Boeck Université, 2005, chap. 12,. [9] P.Cornely, Biochimie, ,Bruxelles : De Boeck, 2011. - 1 vol. (XXV-703 p.)
[10] J-F .Leger., L’ADN . Thèse de Doctorat, Université Louis Pasteur, Strasbourg,1999. [11] N. Rabasso, chimie organique., boeck univ press.,ISBN : 2804163695.
[12] J. Delaunay ,Biochimie, 1988 ,numéro d'edition 6060.
[13] G. S et al., chimie organique, Modulo Editeur Dunbar, Mont-Royal( Québec), 2000. [14] K.Peter et al., Traité de chimie organique, Université de Schore De Boeck 2004. [15] N.A.Campbell et al., Biologie, 2èmeédition; édition de boeck, 2006.
[16] L. Stryer, "Biochemistry", 3e édition, chapitre 2, W. H Freeman and company,New York, 1988, p.15.
[17] C. Romero, et al., Food Chemistry., 1998, 63 ,319. [18] P. H. Orte et al, Am. J. Enol. Vitic. 1997, 48, 229.
[19] F.Valentini, L'indispensable en biochimie, édition Bréal, 2005.
[20] B.Jamart et al, chimie organique, 17èmeédition, Dunod, Paris; 2004, 576-582.
[21] C.Moussard, Biochimie structurale, Université De Boeck Press, 2004. [22] H.Reginald et al., Biochimie, Grisham De Boeck Université Press, 2000. [23] N.L. Allinger et al., Chimie organique Vol II; mcgraw-Hill Edition, 1983. [24] F.Chapeville, et al., biochimie;Hermann édition, 1974.
[25] C. Kessous; Biochimie structurale, OPU; 1987.
[26] Mokhtari.Roza, Thése de Magistère de l’université de M. Mammeri –Tiziouzou,2012. [27] N.Meunier,. Mémoire de maîtrise. INRS-Eau, Université du Québec, 1999, Canada. [28] M. D.Sternlicht, et al., Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 2001, 17, 463-516.
[29] M. J.Laskowski, et al., Annu. Rev. Biochem, 1980, 49, 593-626. [30] Travis J., et al., Inst. Mitt. 1983, 73, 56-65.
[31] J.Birk, Plant protease inhibitors: Significance in nutrition, plant protection, cancer prevention, and genetic engineering. Published by Springer, 2003, 111-120.
[32] International Union of Biochemistry. Enzyme nomenclature. Academic Press Inc., Orlando,1992.
[33] A.Sumantha, et al., Food Technol. Biotechnol. 2006, 44 (2) 211–220. [34] M.B. Rao et al . Microbiol. Mol. Biol. Rev., 1998, 62; 597–635.
[35] W.M. Forgathy , et al., Mierobial enzymes and bioteehnology, 2e Édition. Elsevier Science Publishing, New-York, États-Unis, 1990, 472 pages. [36] B. S Hartley,. Annu. Rev. Biochem., 1960, 29, 45-72.
[37] P.Aviron-Violet et al., Les enzymes: Production et utilisation industrielles. Bordas, Paris. 1982, pp. 23, 123, 140–153.
[38] C.N.Aguilar et al, American J. Biochem. Biotechnol., 2008,4(4), 354-366. [39] V.A.Kudrya, I.A.Simonenko,. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1994, 41; 505–509. [40] D.Kumar et al., Res. J. Microbiol., 2008, 3(12), 661–672.
[41] M.Hajji, et al,. Proc. Biochem., 2007, 42, 791–797.
[42] R.Gupta, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2002, 59, 15–32. [43] R.S.Laxman et al,. Proc. Biochem., 2005, 40, 3152–3158. [44] P.G.Dalev,. Bioresour. Technol., 1994, 48; 265–267.