1.1 Systèmes antioxydants enzymatiques endogènes
Les principales enzymes antioxydantes sont la superoxyde dismutase, la glutathion peroxydase et la catalase. Plus récemment d’autres enzymes ayant des propriétés antioxydantes on été également révélées.
- Les superoxydes dismutases
Les superoxydes dismutase (SOD) sont une classe de métallo enzymes qui catalysent la dismutation de l’anion superoxyde en H2O2.
SOD
2 O2•- + 2 H+ → H2O2 + O2
Cette réaction génère néanmoins du peroxyde d’hydrogène potentiellement toxique.
La SOD doit donc travailler conjointement avec des enzymes qui détruisent H2O2.
Les superoxydes dismutases existent sous plusieurs isoformes formant un puits hydrophobe au centre de la protéine dans lequel se glisse l’anion superoxyde (Zelko et al., 2002). Le mécanisme réactionnel est catalysé par un métal situé au cœur de l’enzyme dont la nature permettra de distinguer les superoxydes dismutases à manganèse (MnSOD) protégeant la mitochondrie, des superoxydes dismutases à cuivre-zinc protégeant le cytosol (cCu-ZnSOD, la face externe de la membrane des cellules endothéliales (ecCu-ZnSOD) ou le plasma sanguin (pCu-ZnSOD).
Les principales enzymes capables de détruire le peroxyde d’hydrogène sont les catalases à cofacteur fer, présentes dans les hématies et les peroxysomes hépatiques et les glutathion peroxydases (Ganther, 1999).
- Les catalases
Les catalases sont des métallos enzymes qui décomposent le peroxyde d’hydrogène en produits inertes
Catalase
2H2O2 → 2H2O+ O2
- Les glutathions peroxydases
Des glutathions peroxydases à sélénium existent dans le cytosol ( cGPx) dans le plasma (pGPx) ; forme glycosilée de l’enzyme cellulaire d’origine rénale, au niveau de la membrane cellulaire (HPGPx) ; monomère de l’enzyme cellulaire tétramérique, contenue dans les membranes et spécialisée dans la métabolisation des hydroperoxydes phospholipidiques, et une iso enzyme est spécifique des cellules digestives (GIGPx) ; présente dans le foie et le colon et protégeant directement le tractus gastro-intestinal contre les effets néfastes des dérivés actifs de l’oxygène.
La glutathion peroxydase catalyse la réduction de H2O2 par le glutathion.
Glutathion Peroxydase
2GSH + H2O2 → GSSG + 2 H2O
Ces enzymes sont sans doute le principal système de protection car elles détruisent non seulement H2O2 , mais aussi les peroxydes organiques formés par oxydation des acides gras ou du cholestérol. L’activité de ces enzymes est très dépendante de l’apport nutritionnel en sélénium.
Le rôle des SOD et des peroxydases est complémentaire car une bonne protection ne peut être obtenue par les superoxydes dismutases seules.
Il existe de nombreuses autres enzymes antioxydantes comme les peroxyredoxines, l’hème oxygénase, la glutathion transférase, les thioredoxines réductases ou les thioredoxines peroxydases. La plupart des enzymes décrites ci-dessus, de même que les enzymes de réparation des dommages oxydants, vont utiliser un donneur d’équivalent réducteur, le NADPH, qui constitue avec le glutathion les plaques tournantes de la défense antioxydante.
1.2 Antioxydants non –enzymatique endogènes
Parmi les autres substances présentes dans l’organisme et dotées de propriétés antioxydantes, il convient de citer la biribuline, les groupes thiol-protéines, l’acide urique, l’albumine, les œstrogènes. On peut considérer la riboflavine (vitamine B2) comme un antioxydant préventif, parce que deux de ses dérivés (le phosphate de riboflavine et la flavine adénine dinucléotide) interviennent dans les réactions d’oxydoréduction et que la glutathion peroxydase est régénérée grâce à une enzyme, la glutathion réductase, elle-même dépendante de la flavine adénine dinucléotide.
1.3 Antioxydants non –enzymatique exogènes
En outre, le système oxydant du corps humain comprend des molécules exogènes, c'est-à-dire apportées par l’alimentation, telle que la vitamine E, le β-carotène (provitamine A), la vitamine C (acide ascorbique), les polyphénols et autres phytonutriments. Les polyphénols seront particulièrement développés par la suite.
1.4 Oligoéléments : antioxydants alimentaires non piégeurs de radicaux directs - Se
Le sélénium est un élément minéral essentiel contenu à l’état de traces dans l’organisme. Présent sous diverses formes chimiques dans l’alimentation, il est activement métabolisé puis incorporé sous forme de sélénocystéine dans plusieurs sélénoprotéines (les glutathions peroxydases) où il constitue un centre catalytique actif. Parmi les autres sélénoprotéines à propriétés partiellement ou totalement antioxydantes, on trouve également la sélénoprotéine P, une protéine plasmatique représentant 60 à 80 % du sélénium plasmatique. Quelle que soit l’enzyme séléniée, il est important de signaler que l’activité enzymatique est directement dépendante des réserves corporelles et de l’apport alimentaire en sélénium et donc, plus ou moins fortement réduite en cas de carence d’apport en cet oligo-élément essentiel.
Les principales sources alimentaires de sélénium sont les aliments riches en protéines d’origine animale (viandes, poissons, œufs, lait), les céréales et certains légumes et fruits secs.
Remarquons que l’apport alimentaire en sélénium est extrêmement variable d’une région géographique à l’autre et est également fortement fonction des habitudes alimentaires (Nève, 2002).
- Zn
Le zinc possède des propriétés antioxydantes documentées dans divers modèles, mais les mécanismes responsables de cette activité restent peu clairs. Il ne possède pas directement de propriétés redox mais est un élément important dans de nombreuses protéines, à la fois au plan fonctionnel (ils constituent le centre actif de plus de 200 enzymes) et structurel (notamment par l’intermédiaire de la constitution de la cystéine et de l’histidine). Du point de vue antioxydant, il semble protéger les fonctions thiols des protéines contre l’oxydation. Ce fait a été démontré en ce qui concerne de nombreuses protéines membranaires ainsi que pour les métalloprotéines. Le zinc catalyse également une des principales enzymes antioxydantes ; la SOD (comme nous l’avons vu précédemment).
- Cu
Cet oligo-élément est un des cofacteurs essentiels de la SOD. Toutefois, au même titre que le fer, il joue, en tant que métal dit de transition, un rôle important dans le déclanchement des réactions conduisant à la formation d’ERO. Une concentration trop élevée de cuivre
pourra donc refléter la présence d’un stress oxydant. Plusieurs études ont montré une augmentation du taux sérique en cuivre au cours du processus de vieillissement.
Le Zinc et le cuivre sont en outre des cofacteurs de nombreuses enzymes et interviennent dans de nombreux processus métaboliques.
Cependant le zinc et cuivre, sont susceptibles de favoriser la peroxydation. Aussi l’organisme se protège contre eux par des mécanismes de chélation :
- Séquestration du fer par la transferrine et la lactoferrine, - Séquestration de l’hémoglobine par l’heptoglobine,
- Séquestration du cuivre par la ceruloplasmine et l’albumine