Protéolyse et catabolisme des acides aminés

L’activité protéolytique de G. candidum est très variable selon la souche étudiée, parfois en raison de sa morphologie, tel que mentionné précédemment, parfois en raison de son origine (industrielle ou indigène), parfois pour des raisons encore non identifiées (7, 15, 36, 38). Cette activité peut être mesurée de différentes façons, soit par l’évaluation du niveau d’activité des enzymes (protéases) intra- et extracellulaires, ou encore par l’évaluation physico-chimique de la dégradation des protéines au cours du temps (dosage des peptides et/ou acides aminés libres par exemple).

L’étude de l’activité enzymatique intra- et extracellulaire de différentes souches de G. candidum a démontré dans la majorité des cas que les enzymes intracellulaires étaient davantage actives que les enzymes extracellulaires, bien que ces deux types d’enzymes présentaient des caractères similaires lorsque soumises aux mêmes conditions de croissance (36, 72, 73). De plus, des souches de G. candidum ont pu être séparées dans certains cas en deux groupes distincts selon leur niveau d’activité enzymatique extracellulaire, la majorité se classant avec une faible activité protéolytique, et la minorité se classant avec une intense activité protéolytique (70, 73). Les protéinases des souches de G. candidum sont reconnues pour hydrolyser les caséines β et αs1 à des valeurs optimales de pH

entre 5,5 et 6,0 (38, 72). Autant les méthodes physico-chimiques que métatranscriptomiques ont permis d’établir que celles-ci sont principalement actives en début d’affinage des fromages, particulièrement lors des deux premières semaines (12, 24, 25). Ce phénomène représente la phase primaire de la protéolyse où les caséines sont réduites en fragments peptidiques de grandes et moyennes tailles, contribuant ainsi directement à la modification de la texture du fromage par le ramollissement de la pâte (29).

Les souches de G. candidum utilisées ou retrouvées dans les fromages affinés en surface peuvent non seulement être actives en phase primaire de protéolyse, mais plus encore en phase secondaire de protéolyse. Lors de cette dernière, les aminopeptidases et les carboxypeptidases des souches de G. candidum dégradent les peptides de grands et moyens poids moléculaires en des peptides de plus petits poids moléculaires et en acides aminés libres, ceux-ci constituant d’importants précurseurs de composés aromatiques (7, 12, 35, 74). Encore une fois, les méthodes physico-chimiques et métatranscriptomiques ont permis d’établir que l’expression des peptidases est pratiquement simultanée avec celles des protéinases chez des souches de G. candidum, soit lors des deux premières semaines d’affinage (12, 24, 25). Parmi les acides aminés libres produits par activité peptidolytique, l’acide aminé L-méthionine est le plus important de tous (35). Ce composé est précurseur de

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nombreux composés soufrés volatils (CSV) responsables des arômes caractéristiques des fromages de type Camembert (7, 35, 75).

Deux voies principales ont été identifiées pour le métabolisme de l’acide aminé L-méthionine chez différents microorganismes (Fig. 5). La première se fait en une étape par l’action d’une déméthiolase, souvent la méthionine γ lyase intracellulaire, qui transforme la L-méthionine en méthanethiol (MTL), et qui produit par le fait même de l’ammoniac (NH3) et de l’α-cétobutyrate (32, 75, 76). Cette réaction de bioconversion peut également être induite par deux autres enzymes, la cystathionine β lyase et la cystathionine γ lyase, cette dernière se retrouvant chez l’espèce G. candidum et ayant été exprimée par certaines souches dans le cadre de différentes études (11, 24, 25, 77). La seconde voie possible se réalise en deux étapes : 1) une amino-transférase ou transaminase produit de l’acide 4-méthylthio-2- oxobutyrique (α-keto ɣ-methyl thio-oxobutyric acid, KMBA) et du glutamate à partir de l’acide aminé L-méthionine et en présence d’un accepteur d’amine, souvent l’α-cétoglutarate (α-ketoglutarate); 2) une déméthiolase catalyse la conversion du KMBA en MTL (32, 75, 76). Cette voie métabolique a également été exprimée dans le cadre de différentes études évaluant l’influence de l’activité enzymatique de G. candidum sur le développement d’arômes, notamment par la production de CSV (75, 76, 78, 79).

Le MTL ainsi produit est connu pour être rapidement transformé par G. candidum en CSV aromatiques, tels que les S-méthyl-thioesters et les sulfures (Tableau 3). La concentration du MTL et des différents composés aromatiques libérés est grandement variable selon la souche de G. candidum utilisée. En effet, l’évaluation du niveau de production de ces composés dans différents milieux (milieu modèle de fromage liquide (80), caillé tamponné (81), caillé lactique (82), milieu de culture PDB (potato dextrose broth) (75), milieu modèle de fromage (15)) a permis de prouver cette variabilité entre plusieurs souches de G. candidum, mettant encore en évidence l’importance d’une sélection réfléchie pour un ferment d’affinage. Cependant, bien que la production de composés soufrés puisse être faible pour certaines souches, le seuil de détection de l’odorat humain pour ces composés aromatiques est reconnu pour être très bas, par exemple à partir de 0,02 ppm pour le MTL et 60 ppm pour le DMS (diméthylsulfide) (32, 35).

Le métabolisme d’autres acides aminés peut également mener à la production d’ammoniac et à celle de plusieurs composés aromatiques d’importance (35). En effet, l’acide glutamique, l’acide aspartique, la leucine, la phénylalanine, la glutamine, l’alanine, la valine, l’isoleucine, l’arginine, la cystéine, la sérine et la thréonine sont tous des acides aminés pouvant être catabolisés par G. candidum (15, 25, 74, 83).

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Figure 5. Dégradation de l’acide aminé L-méthionine chez différents microorganismes d’affinage.

KMBA = acide 4-méthylthio-2-oxobutyrique; α-KG = α-cétoglutarate; L-Glu = L-glutamate; MTL = méthanethiol; DMDS = Disulfure de diméthyle; DMTS = Trisulfure de diméthyle. Figure intégralement tirée de Bonnarme et coll. (76).

De fait, par réaction de désamination oxydative, ces acides aminés peuvent d’abord être transformés en α-cétoacides, puis en aldéhydes par des décarboxylases (désamination), pour ensuite être réduits en alcools primaires ou oxydés en acides par des déshydrogénases ou des oxydases (7, 29, 35). Il semblerait que l’acide glutamique est une source importante d’énergie pour G. candidum puisque l’expression de l’enzyme NAD-glutamate-déshydrogénase (directement impliquée dans le métabolisme de cette substance) a largement été observée pour cette espèce dans certaines études transcriptomiques (24, 25, 83). Par ailleurs, il a été démontré dans des modèles fromagers que des souches de G. candidum ont la capacité de produire certains alcools primaires et certains acides par le catabolisme d’acides aminés (Tableau 3) (15, 82).

Somme toute, l’action de Geotrichum candidum sur la protéolyse et le catabolisme des acides aminés en fabrication fromagère a un impact direct sur le développement de la texture et des arômes. Or, il a été démontré que cette activité est très variable selon la ou les souches de G. candidum sélectionnées,

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chacune d’entre elles pouvant être notamment rattachée à une ou plusieurs voies cataboliques des acides aminés bien spécifiques, et donc à une libération bien variable d’arômes (11, 17, 84).

Tableau 3. Liste des composés aromatiques produits par Geotrichum candidum par catabolisme des

acides aminés.

Composés Arômes associés (35, 85, 86) Références

S-méthyl-thioesters

S-méthyl-thioacétate (MTA) Chou-fleur cuit, alliacé (75, 78-81, 87)

S-méthyl-thiobutyrate (MTB) Non précisé (78, 80)

S-méthyl-thiopropionate, (MTP) Fromager, alliacé (78-80)

S-méthyl-thioisobutanoate (MTIB) Animal, sulfureux (80)

S-méthyl-thioisovalérate (MTIV) Non précisé (80)

S-méthyl-thiohexanoate (MTH) Non précisé (80)

Sulfures

Sulfure de diméthyle (DMS) Chou, chou bouilli, sulfureux, (75, 78-82)

Disulfure de diméthyle (DMDS) Chou-fleur, ail, fromage très affiné (15, 75, 78-82, 87) Trisulfure de diméthyle (DMTS) Alliacé, viande, fromage très

affiné (75, 78-82, 87)

Alcools a

Propanol Alcool, sucré (15)

2-Méthylpropan-1-ol Alcool (15, 82, 88, 89)

3-Méthylbutan-1-ol Alcool, fruité (15, 82, 89)

Phényléthanol Rose, floral (15)

Phénol Floral, médical (15)

Acides a

Acide 2-méthylpropanoïque Sucré, pomme, rance, beurre (15)

Acide butanoïque Fromager, putride, rance, sueur (15, 88)

Acide 3-Methylbutanoïque Fruité, sûr, sueur (15)

Acide 2-Methylbutanoïque Fruit pourri, sueur, léger (15)

Acide pentanoïque (15)

Acide hexanoïque Âcre, sûr, fromage bleu (15)

Acine octanoïque Cire, savon, chèvre, moisi, rance,

fruité (15)

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