Les transaminases

Les transaminases (ou aminotransférases) sont des enzymes PLP dépendantes (PLP : pyridoxal-5-phosphate) et sont présentes chez de nombreux micro-organismes. Elles initient la transformation des acides aminés intracellulaires en leurs α-cétoacides correspondants tandis que l’α-cétoacide accepteur, généralement l’α-cétoglutarate, est transformé en l’acide aminé correspondant (le glutamate) (Yvon et Rijnen, 2001). Bien que l'α-cétoglutarate soit le cétoacide préféré des transaminases chez L. lactis (Yvon et col., 1997), d'autres cétoacides tels que le pyruvate ou l'oxaloacétate peuvent être utilisés. Dans ce cas, les activités obervées sont beaucoup plus faibles qu'avec l'α-cétoglutarate. Par contre, chez certains lactobacilles, le pyruvate est décrit comme un accepteur aussi efficace que l'α-cétoglutarate (Amarita et col., 2001).

Les transaminases sont plus ou moins spécifiques pour une classe d’acide aminé (par exemple, pour les acides aminés à chaîne branchée ou aromatiques), mais elles peuvent aussi être actives sur d’autres acides aminés, par exemple la méthionine (Smit et col., 2005). Les aminotransférases peuvent aussi catalyser la réaction inverse, c’est-à-dire la formation d’acides aminés à partir des α-cétoacides ; elles participent ainsi à leur biosynthèse.

Chez les bactéries lactiques du genre lactocoque, le catabolisme des acides aminés aromatiques (ArAA), à chaîne branchée (BcAA) et de la méthionine est essentiellement initié par une étape de transamination (Gao et col., 1997 ; Yvon et col., 1997). La transamination est aussi prédominante chez le corynebactéries, en particulier Brevibacterium linens, lors du catabolisme des ArAA (Lee et Desmazeaud 1985a, 1985b) et chez les levures lors du catabolisme des ArAA et BcAA (Roger et col., 1988).

Des transaminases aromatiques (AraT) et à chaîne branchée (BcaT) ont été principalement étudiées chez Lactococcus lactis (Gao et col., 1997 ; Gao et col., 1998 ; Yvon et col., 1997, 2000). La transaminase aromatique (AraT) de L. lactis est active sur les acides aminés aromatiques mais aussi sur la leucine et la méthionine. Elle a une activité optimale pour un pH compris entre 6,5 et 8, et pour une température allant de 35 à 65°C selon la souche considérée. Cependant, cette enzyme est toujours active dans les conditions de pH, de température et de concentrations en sel rencontrées dans le fromage.

Tableau A-3. Composés issus de la dégradation enzymatique ou chimique des acides aminés (adapté de Smit et col., 2005).

Acide aminé Aldéhydes Alcools Acides carboxyliques Esters Thiol/Divers

Leucine 3-méthylbutanal (isovaléraldéhyde)

3-méthylbutanol Acide 3-méthylbutanoïque Ethyl-3-méthylbutanoate

Isoleucine 2-méthylbutanal 2-méthylbutanol Acide 2-méthylbutanoïque Valine 2-méthylpropanal

(isobutyraldéhyde)

2-méthylpropanol Acide 2-méthylpropanoïque Ethyl isobutanoate

Phénylalanine Phénylacétaldéhyde Benzaldéhyde Phenyléthanol Phenylméthanol Acide phénylacétique Acide benzoïque Phenylethyl acétate Ethyl benzoate Tyrosine Hydroxyphényl acétaldéhyde

Hydroxybenzaldéhyde

Hydroyphényléthanol Acide hydroxyphénylacétique p-crésol phénol Tryptophane Indol-3-acétaldéhyde

indol-3-aldéhyde

Tryptophol Acide indol-3-acétique Skatole, indol

Méthionine 3-méthylthiopropanal (méthional)

3-méthylthiopropanol (méthionol)

Acide 3-méthylthiopropanoïque Ethyl-3-

méthylthiopropanoate S-méthylthio acétate

Méthanethiol

La transaminase à chaîne branchée (BcaT) est active sur les trois BcAAs, surtout l’isoleucine, et sur la méthionine. Son pH et sa température optimale sont de 7,5 et de 35- 40°C respectivement.

La BcaT et l’AraT sont donc toutes deux actives sur la leucine et la méthionine (Yvon et Rijnen, 2001).

Concernant le contrôle de ces enzymes, il a été démontré chez L. lactis NCDO763 que la transcription du gène araT n’est pas régulée tandis que celle du gène bcaT est réprimée en présence des acides aminés libres, en particulier l'isoleucine. L’inactivation du gène araT induit une réduction de 95% de l’activité transaminase sur les ArAA et de 50% et 25% sur la méthionine et la leucine respectivement, sans effet apparent sur l’isoleucine et la valine.

Par ailleurs, l’inactivation du gène bcaT induit également une réduction de 90% de l’activité transaminase sur l’isoleucine et la valine, et de 50 et 40% sur la leucine et la méthionine respectivement. Aucune diminution d’activité n’est observée sur les ArAA. Finalement, les mutants où les deux gènes ont été inactivés, n’ont pas d’activité transaminase résiduelle sur les ArAA ou BcA (Rijnen et col., 1999a, 199b ; Yvon et col., 2000)

Ces résultats montrent qu’AraT et BcaT sont bien les seules enzymes responsables de la transamination des ArAA et des BcAA, ainsi que de la méthionine chez les lactocoques. Ils mettent aussi en avant l’importance de la transamination comme première étape d’assimilation de la méthionine et de production ultérieure de composés soufrés volatils.

Chez les levures d’affinage, les activités de transamination sont encore peu étudiées. Bonnarme et col. (2001) ont démontré que Geotrichum candidum, une levure très souvent impliquée dans le processus d’affinage des fromages, pouvait dégrader la méthionine en méthanethiol à partir de l'acide 2-oxo-4-méthylthiobutyrique (KMBA), l'α-cétoacide produit de la transamination de la méthionine.

D'autres travaux ont pu être menés pour étudier plus en détail l’implication des aminotransférases aromatiques et à chaîne branchée dans le catabolisme de la méthionine chez Yarrowia lipolytica et Kluyveromyces lactis, grâce au séquençage de son génome (http://cbi.labri.fr/Genolevures/index.php).

De ce fait, Bondar et col. (2005) ont démontré en particulier qu’une BcaT était impliquée dans la dégradation de la méthionine chez Yarrowia lipolytica.

Chez K. lactis, 5 gènes putatifs codant pour une aminotransférase ont été clonés dans un vecteur de surexpression pCXJ10, et les conséquences sur la production de CSVs ont été analysées (Kagkli et col, 2006). Deux gènes, KlARO8.1 et KlARO8.2, sont porteurs d’une activité L-méthionine aminotransférase. Les transformants portant ces gènes clonés dans le vecteur pCXJ10 ont produit 3 fois plus de CSVs par rapport à un transformant contenant le plasmide sans insert. Contrairement à Y. lipolytica, l'aminotransferase des acides aminés à chaîne branchée de K. lactis (KLBAT1) n’est pas impliquée dans la production des CSVs (Kagkli et col., 2006).

Les α-cétoacides, produits d’une première étape de transamination, peuvent être transformés en hydroxyacides, en aldéhydes, en alcools, en acides ou en esters. Ces différentes réactions sont souvent à catalyse enzymatique même si certaines étapes sont purement chimiques, comme par exemple la formation du benzaldéhyde à partir du phénylpyruvate.

Les aldéhydes formés peuvent être réduits ou oxydés en alcool ou en acide organique correspondant. Ceux-ci sont transformés par des estérases et des acyltransférases en esters.