Le stress oxydatif

L’oxygène, molécule indispensable à la vie, est susceptible d’entraîner des effets dommageables dans l’organisme via la formation de radicaux libres et d’espèces oxygénées activées (EOA).

II.4.1. Définition

Dans les systèmes biologiques, le stress oxydant est la conséquence d’un déséquilibre entre la production de radicaux libres et leur destruction par des systèmes de défenses antioxydantes. Les radicaux libres peuvent engendrer des dommages importants sur la structure et le métabolisme cellulaire en dégradant de nombreuses cibles: protéines, lipides et acides nucléiques [94].

II.4.2. Les radicaux libres

Les radicaux libres sont une forme particulière d’espèces chimiques (atomes ou molécules) qui possèdent un électron célibataire (ou non apparié). Ils sont très instables et réagissent rapidement avec d’autres composants pour capturer l’électron nécessaire afin d’assurer leur stabilité. Une réaction en chaine débute lorsqu’un radical libre attaque la molécule stable la plus proche en lui arrachant son électron, et celle-ci devient à son tour un radical libre [95].

II.4.3. Les espèces réactives de l’oxygène

Les espèces réactives de l’oxygène peuvent être produites dans n’importe quel type cellulaire, et ce même en conditions normales. Trois de ces espèces réactives de l’oxygène seront décrites ici, soit l’anion superoxyde (O2•‾), le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et le radical hydroxyl (OH^•). Ces trois molécules sont formées selon un ordre précis. Les O2•‾ sont produits suite à une réduction de l’oxygène (O2), causée par des électrons échappant au système de transport d’électrons présent dans la mitochondrie [96].

La chaîne respiratoire mitochondriale, dans laquelle les êtres aérobies puisent leur énergie, joue un rôle capital dans la cellule en couplant l’oxydation de coenzymes transporteurs d’hydrogène ou d’électrons avec la phosphorylation de l’ADP (Adénome DiPhosphate) en ATP (Adénome TriPhosphate). Les conséquences de cette activité mitochondriale sont doubles et paradoxales. D’une part, la mitochondrie fournit à la cellule une source d’énergie importante puisque 36 molécules d’ATP à haut potentiel énergétique sont générées lors de la réduction de l’oxygène. Par contre, dans les conditions physiologiques, environ 0,4 à 4 % d’électrons s’échappent, réagissent directement avec l’oxygène dissous dans le cytoplasme et donnent naissance à des EOA. Leur rôle est très complexe car elles peuvent avoir un rôle physiologique ou un effet toxique en fonction de leur concentration. Dans des conditions normales, elles sont générées en faible quantité et jouent un rôle de messagers secondaires capables, notamment, de réguler le phénomène de l’apoptose ou d’activer des facteurs de transcription. Citons aussi le processus de fécondation, au cours duquel les spermatozoïdes sécrètent de grandes quantités d’EOA pour percer la paroi membranaire de l’ovule.

Le monoxyde d’azote radicalaire ou NO•

est un composé important; il est notamment synthétisé par les cellules endothéliales via l’action de NO synthétases sur la L-arginine. C’est une molécule labile très diffusible, dont les effets régulateurs s’exercent sur la plupart des fonctions physiologiques de l’organisme (maintien du tonus vasculaire, neurotransmission, fonctionnement rénal, etc.). Toutefois, le NO^• peut former avec l’anion superoxyde le peroxynitrite (HOONO), un oxydant puissant et diffusible, capable d’endommager de nombreuses molécules organiques.

Formées en trop grande quantité, les EOA deviennent « pathologiques » en activant l’expression de gènes codant pour des cytokines pro-inflammatoires ou des protéines d’adhésion. En outre, leur nature instable les rend très réactifs vis-à-vis de substrats biologiques et capables d’induire des modifications oxydatives délétères potentiellement impliquées dans l’apparition de pathologies [97].

II.4.4. Les conséquences moléculaires du stress oxydatif

La production excessive des radicaux libres entraine la lésion des molécules biologiques par le phénomène d’oxydation: ADN, protéines, lipides et glucides. Il existe d’autres types de lésions telles que celles dues au caractère cytotoxique et mutagène des molécules libérées lors de l’oxydation des lipides.

II.4.4.1. Oxydation de l’ADN

Les radicaux libres peuvent induire des effets mutagènes ou l’arrêt des réplications de l’ADN. Ils agissent en provoquant des altérations de bases, des pontages ADN protéines [98]. L'attaque radicalaire peut être directe et entraîner l'oxydation des bases, ce qui donne naissance à un grand nombre de bases modifiées. Des dommages indirects peuvent résulter de l'attaque des lipides dont la peroxydation génère des aldéhydes mutagènes, formant des adduits sur les bases de l'ADN de type MDA-guanine ou éthénodérivés.

II.4.4.2. Oxydation des protéines

L’action des radicaux libres a lieu sur les chaînes latérales de certains acides aminés comme le thiol des cystéines. A proximité des sites de liaison d’ions métalliques peuvent se dérouler des réactions d’oxydation qui produisent des acides aminés anormaux. Les radicaux libres sont également responsables de la formation de ponts disulfures qui modifient la conformation des protéines et nuisent à leur activité biologique (activité enzymatique, transduction d’un signal ou système de transport).

II.4.4.3. Oxydation des lipides

Les lipides, particulièrement leurs acides gras polyinsaturés sont la cible privilégiée de l'attaque par le radical hydroxyle capable d'arracher un hydrogène sur les carbones situés entre deux doubles liaisons, pour former un radical diène conjugué, oxydé en radical peroxyde. Cette réaction appelée peroxydation lipidique se déroule en plusieurs étapes:

• Initiation

Dans cette étape un acide gras polyinsaturé est attaqué au niveau d’un carbone situé entre deux doubles liaisons par un radical hydroxyle avec arrachement d’un atome d’hydrogène qui laisse un électron non apparié. L’acide gras subira alors une suite de réarrangements des doubles liaisons.

• Stabilisation

Dans l’étape de la stabilisation, il se produit une formation d’un diène conjugué RO2* par coordination avec une molécule d’oxygène.

• Propagation

Les alkoxy et peroxy-radicaux propagent l’oxydation par l’intermédiaire de RO2*. • Terminaison

Les hydroperoxydes subissent plusieurs transformations : ils sont réduits par la glutathion peroxydase ou l’oxydation continue et entraine une fragmentation en aldéhydes

toxiques. Cette réaction en chaine se termine soit par l’intervention d’un composé antioxydant, soit par l’interaction de deux radicaux pour former une molécule stable.