Le rôle et le métabolisme des composés phytochimiques et antioxydants

Les fruits et légumes contiennent toute une gamme d’antioxydants avec différents niveaux d’activité antioxydante (Lako et al., 2007). Ce sont les polyphénols (flavonols eg. quercetin, kaempferol, myricetin ; anthocyanes qui appartiennent au sous groupe des flavonoïdes), les caroténoïdes (lutéine, lycopène ainsi que des α et ß carotènes) et les vitamines traditionnelles telles que la vitamine E et la vitamine C (Lako et al., 2007).

Les polyphénols constituent une famille de molécules organiques largement présentes dans le règne végétal. Ils sont caractérisés par plusieurs regroupements phénoliques associés en structures plus ou moins complexes, hydrosolubles et en général de masse moléculaire importante (300 et 5000 kDa). Ils comprennent un noyau aromatique et un ou plusieurs groupes hydroxyles. Les polyphénols sont communément divisés en tanins, lignines et flavonoïdes.

Les anthocyanes appartiennent au sous-groupe des flavonoïdes. Ce sont des pigments naturels hydrosolubles allant du rouge au bleu dans le spectre du visible. Ils ont en général, deux maxima d’absorption l’un entre 270 et 290 nm et l’autre dans le spectre du visible entre 500 et 550 nm (Markham, 1982). La majorité des anthocyanes est présente dans la peau des fruits, dans les feuilles et les racines des plantes, mais uniquement dans les vacuoles de ces tissus des plantes. Leur biosynthèse nécessite des éléments chimiques de base dérivés de la photosynthèse.

Les caroténoïdes sont des pigments naturels de couleur jaune à rouge, liposolubles qui sont largement présents dans la nature. Ils absorbent la lumière dans la région de 400-500 nm du spectre visible. Chez les plantes, ce sont des pigments accessoires de la photosynthèse. Ils peuvent avoir un rôle de collecteur de lumière en transférant à la chlorophylle, l’énergie lumineuse qu’ils absorbent, ou un rôle de photoprotection en récupérant l’énergie de la chlorophylle, comme par exemple en cas de forte intensité de lumière, et la répandre en chaleur. Ce sont les pigments les plus abondants des plantes et des aliments issus de ces dernières. Environ 560 caroténoïdes sont présents de façon spontanée dans la nature (Khachik et al., 1991). Ils sont contenus dans les chloroplastes et plus particulièrement dans les chromoplastes (Bouvier et al., 1998). Les caroténoïdes hydrocarbonés sont classés comme des carotènes alors que ceux contenant de l’oxygène sont des xanthophylles.

L’induction de la synthèse et de l’accumulation de ces métabolites (et de leurs enzymes associés) et plus particulièrement des flavonoïdes (kaempferol, quercetin) dans les cellules de la cuticule ou de l’épiderme (Mazza et al. 2000) sont fortement influencées par le cultivar, le stade de maturité et l’exposition à l’ensoleillement (Prior et Cao, 2000 ; Wang et al., 2000 ; Reay et Lancaster, 2001 ; Merzlyak al., 2002 ; Solovchenko et Schmitz-Eiberger, 2003) et plus particulièrement aux radiations UV (Beggs et Wellman, 1985). En effet, ces éléments vont permettre aux plantes supérieures d’atténuer les radiations par des structures superficielles des organes des plants et ainsi développer des mécanismes de protection (Solovchenko et Schmitz-Eiberger, 2003).

Ces mêmes auteurs démontrent, par ailleurs, que le contenu phénolique de la peau des pommes est corrélé à la protection du système photosynthétique contre les UV-B (et plus particulièrement du photosystème II). Ces derniers absorbent toutes les radiations UV-B et agissent comme de véritables écrans solaires. Des observations similaires ont été faites par

(DeLucia et al., 1992 ; Day et al., 1994) qui précisent que les flavonoïdes atténuent les radiations UV dans les feuilles vertes matures et dans le mésophylle lors de la croissance des feuilles alors qu’elles n’ont pas de cuticule ou d’épiderme bien formés, permettant ainsi à la plante de s’adapter à son environnement.

En outre, Solovchenko et Schmitz-Eiberger (2003) mettent en évidence, sur deux cultivars de pomme, que les niveaux et la composition des pigments vont différer et résulter de l’adaptation à un fort ensoleillement. Parallèlement à un fort taux d’anthocyanes, une accumulation massive de flavonoïdes (et plus particulièrement la quercetin glycoside majoritaire dans la peau des pommes) est observée sur les faces de fruit au soleil de cv. Braeburn alors que les niveaux des faces non exposées, ou des fruits à l’ombre sans anthocyanes, pour le même cultivar, auront un niveau moyen de flavonoïdes. Les fruits sans anthocyanes, comme le cv Granny Smith, s’adaptent à un fort ensoleillement en diminuant leur teneur en chlorophylle et en caroténoïdes, limitant ainsi la quantité d’énergie lumineuse pouvant être absorbée. Les fruits contenant des anthocyanes auront des quantités équivalentes ou supérieures de chlorophylle et de caroténoïdes sur leur face exposée comparativement à la face non exposée. Ces phénomènes mettent en avant la fonction photo protectrice des anthocyanes qui pourrait réduire les risques de dégâts de photo oxydation en absorbant la l’énergie lumineuse afin de limiter celle qui pourrait être absorbée par les chlorophylles (Merzlyak et Chivkunova, 2000).

Cependant les anthocyanes ont un spectre avec des faibles coefficients d’extinction dans les UV (Strack et Wray, 1989). Seule une contribution relative des anthocyanes comparativement à la quercetin glycoside (flavonoïdes) dans l’absorbance des UV par les extraits de peau de pomme pourrait expliquer la faible corrélation des anthocyanes avec l’absorbance des UV-B (Solovchenko et Schmitz-Eiberger, 2003). Ces résultats sont en accord avec ceux de Woodall et Stewart (1998) qui confirment le moindre rôle des anthocyanes comme UV-B protecteur du fait de l’absence d’acides aromatiques phénoliques et de leur faible proportion par rapport aux autres composés phénoliques. Les anthocyanes pourraient cependant être impliqués dans la protection contre les radiations vert bleu du spectre visible (Merzlyiak et Chivkunova, 2000). Plusieurs travaux de recherche ont démontré une très forte corrélation entre l’activité antioxydante totale avec la quantité totale de polyphénols (TPP). Les anthocyanes font partie

des polyphénols mais leur contribution à l’activité antioxydante totale est relative (Simonetti et al., 1997 ; Pelligrini et al., 2000).

Les caroténoïdes peuvent dissiper un excès d’énergie comme la chaleur par des piégeages non photochimiques et prévenir ainsi de la formation de ROS (Frank et al., 1999). Le stress oxydatif par l’intermédiaire d’une accumulation de ROS est une force potentielle pour l’expression des gènes de synthèse des caroténoïdes et plus particulièrement le β-carotène comparativement aux xanthophylles (Bouvier et al., 1998). De nombreux travaux ont démontré que le stress oxydatif régule la biosynthèse des caroténoïdes pendant la transition chloroplate-chromoplaste dans les plantes. Des stress de forte irradiance ou de basse température ont permis une accumulation de novo de caroténoïdes (rhodoxanthin et de anhydroeschsoltzxanthin) dans les chloroplastes de Aloe vera et Cryptomeri (dans la synthèse bibliographique de Bouvier et al., 1998). Elle précise qu’en général, les caroténoïdes accumulés de novo procurent une meilleure protection phyto dynamique que les caroténoïdes présentes normalement.

Ces antioxydants agissent dans les tissus des plantes comme des métabolites photo protectifs qui permettent de réduire les dégâts induits par une irradiance excessive (Merzlyak et al., 2002 ; Solovchenko and Schmitz-Eiberger, 2003). Cette hypothèse expliquerait que les tomates rouge matures (Retig et Kedar, 1967) et de la même façon, les pommes rouges (Brooks et Fisher, 1926 ; Barden et Bramlage, 1994) et les poivrons rouges (Rabinowitch et

al., 1986) seraient plus tolérants aux brûlures.