Contribution à la Valorisation de l’Opuntia ficus indica en Nutraceutique et Phytothérapie.

AVANT PROPOS

Le présent travail a été réalisé au Laboratoire de Chimie Analytique et de Bromatologie de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat sous la supervision du Professeur Mustapha DRAOUI. Une partie de ce travail qui concerne l’analyse des métaux a été réalisée au Centre National pour la Recherche Scientifique et Technologique de Rabat (CNRST), dans le cadre de partenariat entre l’Université Mohammed V et le CNRST.

La réalisation de ce travail s’inscrit dans le cadre du projet de recherche sur la valorisation des plantes médicinales, développé au Laboratoire de Chimie Analytique et de Bromatologie. Ce travail a donné lieu à 3 articles et 6 communications. Un 4ème article est en cours de publication.

Publications

1. Touré H.A., Bouatia M., Idrissi M.O.B., Draoui M. Phytochemical screening and antioxidant activity of aqueaous-ethanolic extracts of Opuntia ficus indica. Journal of chemical and pharmaceutical research, (2015), 7 (7): 409-415

2. Touré H.A., Bouatia M., Alouani I., Idrissi M.O.B., Hmamouchi M., Draoui M. Nutritive and anti-nutritive composition of moroccan Opuntia ficus indica cladodes and fruits. Research journal of pharmaceutical, biological and chemical sciences, (2016), 7 (5): 1275-1281

3. Touré H.A., Bouatia M., Mojemmi B., Mariko M., Dackouo B., Benzeid H., Alouani I., Hmamouchi M., Idrissi M.O.B., Draoui M. Evaluation of antioxidant activities of two different solvent extracts of green prickly pear (Opuntia ficus indica L. Mill.). Research journal of pharmaceutical, biological and chemical sciences, (2016), 7 (6): 73-79

4. Boukharsa Y., Touré H.A., Taoufik J., Benzeid H., Ansar M.. (Z)-3-(4Methylbenzylidene)-4-oxopentanoic acid. Data reports, (2016), 1: 1-9

5. Bouatia M., Touré H.A., Amine C., Eljaoudi R., Rahali Y., Idrissi M.O.B., Khabar I., Draoui M. Nutrient and antinutrient content of the truffle. International Food Research Journal, accepté pour publication

Communication orale

Touré H.A., Bouatia M., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Analyse chimique et activité antioxydante de Opuntia ficus indica (L.). 7èmes Journées Scientifiques du Centre d’Etudes Doctorales des Sciences de la Vie et de la Santé du 16 au 19 Mars 2016, Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat

Communications affichées

1. Touré H.A., Bouatia M., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Pouvoir antioxydant de l’extrait des graines du figuier de barbarie. 6èmes _Journées Scientifiques du Centre d’Etudes Doctorales des Sciences de la Vie et de la Santé du 04 au 07 Mars 2015, Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat

2. Touré H.A., Bouatia M., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Composition nutritive et antinutritive du figuier. 7èmes Journées Scientifiques du Centre d’Etudes Doctorales des Sciences de la Vie et de la Santé du 16 au 19 Mars 2016, Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat

3. Touré H.A., Bouatia M., Koumaré B., Mojemmi B., Dackouo B., Mariko M., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Determination of antioxidant activities of two different solvent extracts of green cactus pear (Opuntia ficus indica (L. Mill). 1st International Conference on Materials and Environmental Science December 1-3, 2016, Held in knowledge campus Oujda

4. Touré H.A., Bouatia M., Mojemmi B., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Prickly pear polyphenols in oxidative stress: potential health implications and antioxidant effects. 1er Congrès International Maladies Chroniques et Qualité de Vie du 15 au 16 Décembre 2016, Faculté de Médecine et de Pharmacie de Fès

5. Touré H.A., Bouatia M., Mojemmi B., Benzeid H., Idrissi M.O.B., Draoui M.

Composition chimique approximative du figuier de barbarie. 1ères Journées Pratiques Francophones des Sciences Analytiques du 27 au 28 Avril 2017 à Marrakech

DEDICACES

A Dieu le tout puissant à qui je dois tout. C’est par votre grâce que j’ai pu mener ce travail à bon terme. Je te suis et serai reconnaissant de tout ce que tu as fais pour moi. Que tous ceux qui ont contribué à la réalisation de ce travail trouvent aussi ta grâce.

A mes chers parents Ramata Ibrahima et Abba TOURE qui, je sais, sont très fiers de ce parcours.

A ma chère et dévouée épouse Alharou qui, par son amour m’a toujours soutenu et a su réconforter ma fille avec tant de sacrifice et de patience.

A mes grand-parents, tantes, oncles et amis, pour leur amour, patience, compréhension et sacrifice. Retrouvez ici un motif réel de fierté pour ce travail.

A mes frères et sœurs, merci pour votre disponibilité et vos encouragements.

A tous ceux de près ou de loin qui m’ont épaulé dans la réalisation de ce travail, merci infiniment.

REMERCIEMENTS

La contribution de plusieurs entités sur la réalisation de ce travail a été indispensable et a généré la naissance de ce document. Je ne saurai remercier assez le projet Tokten à travers le Professeur Sinaly DEMBELE; la Faculté de Pharmacie de Bamako / Université des Sciences, des Techniques et des Technologies de Bamako (Mali); l’équipe du Laboratoire de Chimie Analytique et Bromatologie / FMPR, tout le personnel du Centre d’Etudes Doctorales des Sciences de la Vie et de la Santé, ainsi que la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Rabat / Université Mohammed V.

Mes vifs remerciements sont adressés plus particulièrement:

A mon Directeur de thèse, le Professeur Mustapha DRAOUI, qu’il trouve ici l’expression de ma profonde reconnaissance tant pour m’avoir accordé sa confiance. Ses compétences, ses précieux conseils, sa disponibilité et sa gentillesse à mon égard ont contribué au bon déroulement de ce travail de recherche. J’ai trouvé en lui un directeur hors pair toujours disponible, souriant et ouvert.

Au Professeur Boubacar TRAORE, Doyen de la Faculté de Pharmacie de Bamako, qui malgré son calendrier très chargé a réservé son précieux temps pour présider ce travail de thèse. Sa collaboration, ses conseils, son abord facile et son soutien n’ont jamais manqué. Monsieur le Doyen, votre gentillesse, votre rigueur scientifique et votre engagement pour la formation des jeunes resteront longtemps gravés dans ma mémoire.

Au Professeur Fathallah TIYAL, je vous suis reconnaissant d’avoir accepté d’examiner ce travail. Je tiens à vous remercier pour tout ce que vous m’avez apporté dans ce document. Vous avez su faire partager votre expérience avec tout le jury. Merci d’avoir cru en moi. Au Professeur Ahmed ZAHIDI pour avoir eu l’amabilité d’accepter de juger ce travail. Je tiens à manifester ma reconnaissance pour votre gentillesse. Vous avez tout mon respect et toute mon admiration.

Au Professeur Mustapha BOUATIA, qui malgré ses lourdes préoccupations a consacré beaucoup de ses précieux temps pour accepter de juger ce travail. Votre gentillesse est très réconfortante. Trouvez ici cher Professeur, toute ma gratitude.

Au Professeur Amal AIT HAJ SAID, je suis très honoré d’avoir accepté de rapporter ce travail, malgré vos lourdes préoccupations professionnelles. Je tiens à vous exprimer ma profonde reconnaissance pour votre disponibilité.

Au Professeur Rachid NEJJARI, je tiens particulièrement à vous remercier d’avoir accepté de siéger dans ce jury de thèse. Durant tout le parcours de la formation doctorale, vos conseils et vos encouragements n’ont jamais manqué. Soyez assurer de ma profonde gratitude.

Mes vifs remerciements sont également adressés:

Au Professeur Sinaly DEMBELE, je tiens particulièrement à vous remercier d’abord pour m’avoir facilité l’obtention de la bourse du projet tokten sans laquelle cette thèse n’aurait pas lieu et de m’avoir accueilli très chaleureusement dans votre bureau.

Au Professeur Mohammed O.B. IDRISSI, malgré ses nombreuses occupations, il a été toujours disponible tout au long de ce parcours à partager ses conseils avisés et ses compétences. Je suis reconnaissant de tout ce qu’il a apporté dans la réalisation de ce travail. Je remercie également le Professeur Hanane BENZEID et Professeur Brahim MOJEMMI. Je tiens à vous exprimer ma profonde reconnaissance pour votre aide dans les moments où j’en avais besoin.

A toute l’équipe de l’UPR de Chimie Analytique et Bromatologie, plus particulièrement les techniciens, Abdrahmane et Bouraba, pour leur collaboration, leur assistance et leur disponibilité.

SOMMAIRE

AVANT PROPOS ... I DEDICACES ... III REMERCIEMENTS ... IV SOMMAIRE ... VI LISTE DES TABLEAUX ... X LISTE DES FIGURES ... XI LISTE DES ABREVIATIONS ... XII

A. INTRODUCTION GENERALE ... 1

B. BIBLIOGRAPHIE ... 5

CHAPITRE I: Etudes ethnobotanique et pharmacologique de l’Opuntia ficus indica ... 6

I.1. ETUDE ETHNOBOTANIQUE ... 7

I.1.1. Nomenclature ... 7

I.1.2. Description botanique ... 7

I.1.3. Exigences écologiques ... 9

I.1.4. Biologie du figuier de barbarie ... 14

I.1.5. Ethnopharmacologie ... 14

I.2. Etudes Pharmacologiques ... 15

I.2.1. Activité anti-inflammatoire ... 15

I.2.2. Activité anti ulcéreuse ... 15

I.2.3. Effet chondroprotecteur ... 15

I.2.4. Activité diurétique ... 16

I.2.5. Activité hépato protectrice contre les pesticides organophosphorés ... 16

I.2.6. Activité antidiabétique ... 16

CHAPITRE II : Etudes phytochimiques et propriétés antimicrobiologiques des extraits des plantes .. 17

II.1. Introduction... 18

II.2.1. Les alcaloïdes ... 20

II.2.2. Les terpènes ... 22

II.2.3. Les stérols ... 23

II.2.4. Les stéroïdes ... 23

II.2.5. Les saponines ... 24

II.2.6. Les composés phénoliques ... 24

II.2.7. Les non flavonoïdes ... 25

II.2.8. Les coumarines ... 27

II.2.9. Les xanthones ... 27

II.2.10. Les flavonoïdes ... 27

II.2.11. Les anthocyanes ... 29

II.2.12. Les tanins ... 29

II.3. Rôle et intérêt des composés phénoliques ... 30

II.3.1. Chez les végétaux ... 30

II.3.2. Chez les humains ... 30

II.4. Le stress oxydatif ... 31

II.4.1. Définition ... 31

II.4.2. Les radicaux libres ... 31

II.4.3. Les espèces réactives de l’oxygène ... 31

II.4.4. Les conséquences moléculaires du stress oxydatif ... 32

II.5. Les antioxydants ... 34

II.5.1. Les antioxydants endogènes ... 34

II.5.2. Les antioxydants exogènes ... 34

II.6. Propriétés antimicrobiologiques ... 36

II.6.1. Les antibiotiques ... 36

II.6.2. Activité antimicrobienne des extraits de plantes ... 36

III.1. Composition des fruits ... 39

IV.2. Composition des fleurs ... 40

C. PARTIE PRATIQUE ... 42

CHAPITRE I: Etude de la composition de l’Opuntia ficus indica en nutriments et antinutriments ... 43

I.1. Introduction ... 44

I.2. Matériel et Méthodes ... 44

I.2.1 Préparation des échantillons ... 44

I.2.2. Détermination de la composition chimique ... 44

I.2.3. Détermination de la composition minérale ... 55

I.3. Résultats et discussion ... 56

I.4. Conclusion ... 63

CHAPITRE II: Screening phytochimique et activite antioxydante ... 64

II.1. Introduction... 65

II.2. Matériel et Méthodes ... 66

II.2.1. Réactifs chimiques et appareillage... 66

II.2.2. Matériel végétal ... 69

II.2.3. Préparation des échantillons ... 70

II.2.4. Tests phytochimiques ... 70

II.2.5. Extraction des composés phénoliques ... 72

II.2.6. Dosage des composés phénoliques ... 73

II.2.7. Etude de l’activité antioxydante ... 77

II.3. Résultats et discussion ... 81

II.4. Conclusion ... 86

CHAPITRE III: Etude de l’activité antimicrobienne des extraits de l’Opuntia ficus indica ... 88

III.1. Introduction ... 89

III.2. Matériel et Méthodes ... 89

III.2.2. Etude des activités antibactérienne et antifongique des extraits ... 90

III.2.2.1 Notions sur l’activité antimicrobienne ... 90

III.3. Résultats et discussion ... 94

III.4. Conclusion ... 96

D. CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ... 97

F. ARTICLES PUBLIES ... 117

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Composition en minéraux du fruit (mg/100 g de matière sèche) [115] ... 39 Tableau 2: Composition en oses neutres et acides de la graine [29] ... 39 Tableau 3: Composition en acides gras de l’huile des graines de la figue [116] ... 40 Tableau 4: Composition approximative de la fleur (pourcentage en poids par rapport à la masse sèche) de la fleur de la figue de barbarie [29] ... 40 Tableau 5: Composition de la fleur en sucres neutres et acides (pourcentage en poids par rapport à la masse sèche) [29] ... 41

Tableau 6: Composition chimique (% MS) des raquettes de cactus [118] ... 41

Tableau 7: Composition chimique de Opuntia ficus indica (g/kg de matière sèche)... 57 Tableau 8: Composition en fibre d’Opuntia ficus indica (gramme par kilogramme de matière sèche) ... 57 Tableau 9: Composition en anti-nutriments d’Opuntia ficus indica (gramme par kilogramme) ... 57 Tableau 10 : Composition en minéraux d’Opuntia ficus indica (milligramme par kilogramme de matière sèche) ... 58 Tableau 11: réactions des espèces réactives de l’oxygène (O·-·O) ... 77 Tableau 12: Caractérisation phytochimique de différents extraits de Opuntia ficus indica .... 81 Tableau 13 : Teneurs en polyphénols et en flavonoïdes des extraits ... 82 Tableau 14: Activités antibactérienne et antifongique de différents extraits de Opuntia ... 95

LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organisation du monde végétal ... 7

Figure 2: Figuier de barbarie (fruit, fleur et raquette) ... 14

Figure 3: Distillation de l’ammoniac par la méthode de Kjeldahl ... 49

Figure 4: Spectrophotomètre uv-visible double faisceau type Perkin Elmer lambda 2S et accessoires ... 66

Figure 5: Evaporateur rotatif type Büchi et pompe à vide ... 67

Figure 6: Bain-marie et bain de sable ... 67

Figure 7: Etuve ventilée type EHRET ... 68

Figure 8: Four type Superfici calde ... 68

Figure 9: Balance analytique et agitateur magnétique ... 69

Figure 10: Extracteur soxhlet muni d’un chauffe-ballon ... 69

Figure 11: Spectrophotomètre à double faisceau : schéma de principe d’un spectromètre UV-visible ... 75

Figure 12: Courbe d’étalonnage de l’acide gallique pour le dosage des polyphénols totaux .. 76

Figure 13: Droite d’étalonnage de la quercétine pour le dosage des flavonoïdes ... 77

Figure 14: Droite d’étalonnage de l’Acide Ascorbique dans le test FRAP ... 80

Figure 15: Rendement des extraits hydroéthanoliques du figuier de barbarie ... 83

Figure 16: Pouvoir réducteur du fer (mg EAA/100g de matère sèche) ... 85

Figure 17: Concentrations inhibitrices IC50 du test de DPPH ... 86

Figure 18: la photographie du BD-Phoenix® _{prise au laboratoire de Microbiologie CHU Ibn} Sina Rabat ... 94

LISTE DES ABREVIATIONS

ADF: Acid Detergent Fiber

ADN: Acide Désoxyribonucléique ADP: Adénome DiPhosphate AG: Acide Gallique

AgNO3: Nitrate d’Argent

ALAT: Alanine Amino Transférase AlCl3: Chlorure d’Aluminium

AOAC: Association of Official Analytical Chemists

(aq): aqueux

ASAT: Aspartate Amino Transférase ATP: Adénome TriPhosphate

Av.: avant C: Carbone Ca: Calcium

CA-SFM: Comité d’Antibiogramme de la Société Française de Microbiologie

CMB: Concentration Minimale Bactéricide CMI: Concentration Minimale Inhibitrice CNRST: Centre National pour la Recherche Scientifique et Technique CO2: Dioxyde de carbone

Cu: Cuivre

DMSO: Diméthylsulfoxyde

DPPH: 2,2-diphenyl-1-picryl hydrazyl EAA: Equivalent Acide Ascorbique EAG: Equivalent Acide Gallique EOA: Espèces Oxygénées Activées EQ: Equivalent Quercétine

ERO: Espèces Réactives de l’Oxygène EROA: Espèces Réactives de l’Oxygène ou de l’Azote

Fe: Fer

FeCl3: Chlorure Ferrique

FRAP: Ferric reducing antioxidant power (g): gaz g: gramme GPx: Glutathion Peroxydase h: Constante de planck H: Heure H: Hydrogène HCN: Acide Cyanhydrique HNO3: acide nitrique

H2O2: Peroxyde d’hydrogène HOONO: Peroxynitrite

H3PMo12O40: Acide Phosphomolybdique H3PW12O40: Acide Phosphotungstique IC50: Concentration Inhibitrice 50 IL-1: Interleukin-1

J-C: Jésus-Christ K: Potassium

K3Fe(CN)6: Ferricyanure de potassium Kg: Kilogramme

KMnO4: Permanganate de Potassium K2SO4: Sulfate de potassium

(l): liquide

LDH: Lactate Déshydrogénase LDL: Low Density Lipoprotein MDA: Malondialdehyde Mg: Magnesium mg: milligramme ml: millilitre Mn: Manganèse Mo: Molybdène

Mo8O23: Oxyde de Molybdène

MT/MC: Médecine traditionnelle et complémentaire

µ

NaOH: Hydroxyde de sodium ND: Non Détecté

NH3: Ammoniac

(NH4)2SO4: Sulfate d’ammonium NO·: Radical monoxyde d’azote O: Oxygène

OFI: Opuntia ficus indica OH·: Radical hydroxyl

OMS: Organisation Mondiale de la Santé O2: Dioxygène

P: Phosphore

PGE2: Prostaglandin E2 RO2*: Peroxy-radicaux

ROS: Reactive Oxygen Species SOD: Superoxyde Dismutase UV: Ultra-violet W8O23: Oxyde de tungstène Zn: Zinc α-TocH: Alpha-tocophérol α: Alpha β: Bêta δ: Delta γ: Gamma ν: nu %: Pourcentage

Dans le cadre de la valorisation des produits naturels, il y a eu un intérêt croissant ces dernières décennies pour l’étude des plantes médicinales et leurs utilisations traditionnelles dans les différentes régions du monde [1, 2]. Dans une étude parue en 2016 aux Etats Unis par Newman et Cragg sur les produits naturels comme source de nouveaux médicaments de 1981 à 2014, il est mentionné que l’utilisation des produits naturels et/ou de leurs molécules pour la découverte et le développement de nouveaux médicaments est toujours d’actualité; à titre d’exemple, dans la pathologie du cancer sur 175 molécules homologuées, 131 soit 75 % ne sont pas synthétiques. Les produits naturels ou leurs dérivés représentent 85 molécules soit un équivalent de 49 % [3]. Ces derniers représentent une famille d'entités chimiques variées avec une grande variété d'activités biologiques qui ont trouvé de multiples utilisations, notamment en médecine humaine et vétérinaire, ainsi qu’en agriculture [4-7].

Selon Soejarto et Farnsworth, dans leur publication de 1989 fréquemment citée, sur les 250 000 végétaux supérieurs recensés, seules 150 espèces étaient inscrites en 1987 au registre du commerce mondial et faisaient l’objet d’un commerce à grande échelle. Une centaine d’entre elles représentent un flux commercial significatif et fournissent 119 composés naturels commercialisés. Une dizaine seulement sont cultivées et concentrent l’essentiel de la valeur marchande des plantes médicinales et aromatiques. Il faut leur ajouter les 3000 huiles essentielles dont 300 environ qui ont une valeur commerciale réelle. Leur production demeure donc relativement modeste en volume et biomasse utilisée, comparée aux autres ressources biologiques, alimentaires par exemple [8]. De nombreux principes actifs sont toujours extraits des plantes, voire des microorganismes, car même si leur synthèse est possible, celle-ci demeure un exploit scientifique au laboratoire et n’est pas forcément rentable économiquement. La ressource biologique demeure souvent nécessaire comme matière première entrant dans la production du médicament. Mais de plus en plus, la molécule naturelle isolée sert de « prototype » au médicament commercialisé qui est ensuite produit par synthèse chimique. La ressource naturelle disparaît alors du mode de fabrication du médicament. Un bon exemple en est l’aspirine, obtenue par synthèse chimique dérivée d’un produit naturel, dont on a fêté les 100 ans d’existence en 1997 [9].

L’Afrique est l’un des continents possédant une diversité biologique plus riche dans le monde. En particulier, le Maroc possède une richesse floristique considérable; ce potentiel de plantes médicinales comporte plusieurs espèces et constitue un axe de recherche scientifique; en général dans le domaine des produits naturels et plus particulièrement les produits végétaux [10-13].

L’ethnopharmacologie et l’ethnobotanique ont pour mission d’élucider la compréhension des pratiques et des représentations relatives à la santé, à la maladie, à la description et l’évaluation thérapeutique des plantes utilisées dans les pharmacopées traditionnelles. L’usage empirique des différentes préparations traditionnelles des plantes est extrêmement important pour une sélection efficace de plantes puisque la plupart des métabolites secondaires de plantes employées en médecine moderne ont été découverts par l’intermédiaire d’investigations ethnobotaniques [14, 15].

Certaines espèces de cactus ont fait l’objet de plusieurs travaux scientifiques. Il s’agit du figuier de barbarie, cactus appartenant au genre Opuntia, qui renferme de multiples propriétés médicinales. Il constitue un remède naturel qui s’avère efficace contre le cholestérol, le diabète de type II, l’adénome de la prostate, la brulure, certains types de cancer, les ulcères gastroduodénaux et les inflammations [16-19].

Le genre Opuntia est originaire des zones tropicales du continent Américain, en particulier du Mexique, où l’on a trouvé des graines fossiles datant du septième millénaire av. J-C. et indiquant l’utilisation alimentaire de l’espèce à la période préhistorique [20]. A l’époque précolombienne, cette espèce et d’autres Cactacées avaient une importance remarquable pour la survie des populations qui se trouvaient dans les régions comprises entre le Sud des Etats Unis d’Amérique et le Mexique [21]. Par la suite, les Cactacées se sont répandues sur tous les continents, spécialement dans les régions au climat chaud et aride. Actuellement, elles sont présentes en formes spontanées ou cultivées plus ou moins importantes dans de nombreux pays. Au Brésil, en Tunisie, en Italie et au Maroc l’espèce est largement utilisée dans l’agriculture. En milieu méditerranéen, l’Opuntia ficus indica (OFI) fait depuis plusieurs siècles partie intégrante du paysage des régions côtières et insulaires, comme en témoigne la facilité avec laquelle elle s’est adaptée. Les espèces de OFI ont été diffusées en Argentine, en Californie, au Chili, en Afrique du Sud et où les peuplements naturalisés et les plantations ont été réalisés [22-26]. Le cactus est une espèce adéquate pour une agriculture durable au Maroc grâce à sa résistance à la sécheresse, la lutte contre la désertification et son utilisation dans l’alimentation de l’homme et du bétail. C’est une plante qui est économiquement importante, mais qui reste très peu exploitée. Elle peut être valorisée en produits agroalimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques; ce sont des produits à haute valeur ajoutée pour les agriculteurs et les populations locales. Ces produits vont jouer un rôle socioéconomique important pour les agriculteurs et les populations rurales et vont contribuer au développement durable en milieu rural [27, 28].

La valorisation de ressources naturelles est une préoccupation qui devient de plus en plus importante dans de nombreux pays. La conception et la réalisation de notre travail s’inscrit dans le cadre de la valorisation de ressources végétales par des recherches scientifiques pour une contribution à l’étude de la biomasse végétale médicinale. La démarche suivie dans l’exécution de ce projet consiste à faire une revue bibliographique, suivie par une extraction, une analyse qualitative et quantitative des différents composés chimiques susceptibles d’avoir une activité pharmacologique. Parmi les composés ciblés, nous nous sommes investis dans ceux doués d’une activité antioxydante.

Nous avons, en ce qui nous concerne, orienté nos travaux sur les composés issus du figuier de barbarie. Pour cette étude, nous avons retenu l’Opuntia ficus indica.

L’examen des extraits de différentes parties de Opuntia ficus indica est envisagé dans le but de déterminer la composition chimique, de caractériser les différents groupes chimiques et d’évaluer les activités antioxydantes et antimicrobiennes.

Une revue bibliographique du figuier de barbarie sera présentée dans la première partie de ce manuscrit.

Une deuxième partie du travail est consacrée à l’étude expérimentale subdivisée en trois chapitres:

• L’étude de la composition en nutriments et antinutriments du cactus sera présentée dans le premier chapitre.

• L’étude phytochimique et les activités antioxydantes du figuier de barbarie pour le deuxième chapitre.

• Enfin le dernier chapitre montre quelques applications antimicrobiennes des extraits du cactus.

CHAPITRE I: Etudes ethnobotanique et pharmacologique de

l’Opuntia ficus indica

I.1. ETUDE ETHNOBOTANIQUE I.1.1. Nomenclature

Famille: Cactaceae

Nom latin: Opuntia ficus indica

Nom vernaculaire: Figuier de barbarie, figuier d’inde, nopal, cactus, figue du désert. I.1.2. Description botanique

I.1.2.1. Classification du règne végétal

Le règne végétal peut être classé en deux grandes catégories: les plantes vasculaires et les plantes non vasculaires. Les premières peuvent être, à leur tour, subdivisées en deux grands groupes : les cryptogames vasculaires (plantes sans fleurs) et les phanérogames (plantes à fleurs). Dans les phanérogames on distingue deux classes: les plantes gymnospermes (à graines nues comme le ginkgo, les conifères, etc.) et les angiospermes (à graines renfermées dans un fruit).

Les angiospermes regroupent la majeure partie des plantes, soit environ 250 000 espèces répandues dans le monde, mais peu abondantes en milieu aquatique. Elles se divisent en monocotylédones (céréales, plantes bulbeuses, palmiers, orchidées, etc.) et dicotylédone, de loin les plus nombreuses, comprenant les arbres feuillus et la plupart des plantes potagères et industrielles (Figure 1) [29].

Figure 1: Organisation du monde végétal

Les cactacées sont des angiospermes dicotylédones dialypétales caliciflores de l’ordre des caryophyllacées [30]. Elles font partie des plantes xérophytes et succulentes. Les xérophytes sont des plantes qui ont réussi à développer une aptitude à se contenter de peu

Règne végétal

Plantes vasculaires Plantes non vasculaires

Cryptogames Phanérogame s Gymnosperme s Angiosperme s Monocotylédones Dicotylédones

d’eau et qui peuvent survivre à de très longues périodes de sécheresse, telles que celles que l’on rencontre dans les régions arides et péri-désertiques. Ces adaptations se présentent sous diverses formes morphologiques et physiologiques. L’une d’entre elles réside dans la faculté d’emmagasiner de l’eau dans des tissus végétatifs qui prennent un aspect spongieux. Ce phénomène est appelé « succulente » (succus = sève). Les cactacées se distinguent des autres plantes succulentes par l’absence de latex lors d’une blessure [31].

Le genre Opuntia est le plus important et le plus répandu de la famille des cactacées. Il comprend environ 300 espèces réparties en quatre sous-genres, dont trois sont largement présents au Maroc [32]:

• Brasiliopuntia: tronc non articulé, articles cylindriques et aplatis (une seule espèce au Maroc: Opuntia brasiliensis).

• cylindropuntia: articles cylindriques portant des épines (4 espèces au Maroc).

• Platyopuntia: articles aplatis en raquettes, feuilles petites et caduques, épines non gainées (au moins 21 espèces au Maroc).

I.1.2.2. Historique et origine

Endémique au Mexique, le figuier de barbarie a été introduit en Europe vers 1523 par les Espagnols. A l’aube du seizième siècle, la plante s’est répandue dans le bassin méditerranéen. Au Maroc le figuier de barbarie possède plusieurs noms vernaculaires : « hindia », « zaâboul », et « aknari ». Dans ce pays, le figuier de barbarie est utilisé pour ses fruits comestibles et le fourrage de ses raquettes particulièrement en période de sécheresse. Il est utilisé également pour lutter contre l’érosion hydrique et éolienne, ainsi que pour la protection et la mise en valeur des sols [33, 34].

I.1.2.3. Taxonomie et systématique

La taxonomie des opuntias est complexe pour plusieurs raisons: leurs phénotypes varient largement selon les conditions écologiques; la polyploïdie existe chez de nombreuses populations qui se produisent végétativement et sexuellement; l’existence de nombreux hybrides. Il a été constaté que dans les populations sauvages des opuntias, les plantes localisées au milieu de la population présentent une faible variabilité phénotypique alors que les plantes situées dans les périphéries présentent une grande variabilité. Ce phénomène est lié probablement à la possibilité d’interchanges génétiques avec d’autres espèces ou variétés existantes autour des plantations d’Opuntia [35].

La taxonomie des cactacées compte environ 2260 taxons acceptés répartis comme suit: 1306 espèces, 301 sous espèces hétérotypiques acceptées, 582 espèces et hybrides, 71 sous

espèces hétérotypiques acceptées provisoirement. En se basant sur la morphologie végétative et florale, quatre sous-familles principales ont été décrites dans la famille des cactacées: Pereskiodées, Cactoidées, Opuntioidées et Maihuenioidées. Opuntia est un des principaux genres identifiés des Opuntioidées, qui inclut plus de 181 espèces et dix hybrides naturels. Ces espèces sont regroupées dans 29 séries définies par leur structure morphologique (tiges, feuilles, épidermes, aréoles, épines, fleurs et fruits). La série 20 de cette classification est celle d’Opuntia ficus indica Mill. (figuier de barbarie), Opuntia undulata Griff, Opuntia crassa Haw, Opuntia lanceolata Haw, Opuntia maxima Mill [36].

La systématique du figuier de barbarie est la suivante [37]:

Règne: Plantae

Sous règne: Tracheobionta Division: Magnoliophyta Classe: Magnoliopsida Sous-classe: Caryophyllidae Ordre: Caryophyllales Famille: Cactaceae Sous-famille: Opuntioideae Tribu: Opuntieae Genre: Opuntia Sous-genre: Platyopuntia Espèce: Opuntia ficus indica

I.1.3. Exigences écologiques

I.1.3.1. Facteurs édaptoclimatiques

Le figuier de barbarie possède une grande adaptation aux conditions les plus hostiles (aridité du climat, salinité des sols, terrains de faible potentiel agricole). Son extension est limitée surtout par les basses températures hivernales, son seuil de tolérance étant de -10 °C. Le cactus s’accommode mal des sols hydromorphes et asphyxiants. Les sols préférés sont les sols légers, sablonneux-limoneux. Il s’agit des sols légèrement pauvres en matière organique (0,1-1,8 %) ayant des pH légèrement acides (5,1-6,7). Pour plusieurs espèces d’Opuntia, le pH est un facteur limitant, mais Opuntia ficus indica est rencontré même dans des sols calcaires [38].

Au Maroc, on retrouve le figuier de Barbarie un peu partout. Il existe dans les régions côtières depuis Sidi Ifni jusqu’à Tanger mais aussi dans plusieurs zones continentales. Sa

répartition géographique exacte n’est pas connue. Dans le sud marocain, on le rencontre à des altitudes allant de 0 à 1000 m. Cependant, les meilleures plantations sont situées dans les régions côtières où la température annuelle moyenne est de 26 ºC et où les minima des mois les plus froids ne descendent jamais en deçà de 9 ºC. Quant à la température maximale, elle est en moyenne de 40 ºC et la pluviosité annuelle moyenne ne dépasse pas les 200 mm. Les écotypes de cette région sont apparemment très tolérants à la sécheresse. Les sites du figuier de Barbarie au sud sont également caractérisés par des irrégularités très accentuées. Les rendements en fruits sont plus élevés dans les sites proches de la mer que dans les sites continentaux. Ce qui limite la productivité dans les zones côtières est la salinité. Vers le nord, le figuier est également rencontré dans plusieurs localités. Le seul facteur qui semble limiter l’extension de l’Opuntia, comme signalé précédemment est la basse température hivernale.

I.1.3.2. Facteurs biotiques

De nombreuses parasites et maladies sont rencontrés dans le cactus [39]:

• la rouille (Phillostica opuntiae): se manifeste par des tâches de couleur jaune-rouille, circulaires, pouvant s’étendre en plaques irrégulières d’un blanc sale ou cendré sur les raquettes;

• le mildiou des cactus (Phytophtora cactorum Schr): les symptômes de la maladie se présentent sous forme de cloques soulevant l’épiderme, d’état chlorotique prononcé et de tâches brunâtres qui envahissent les fruits et les raquettes;

• la cératite (Ceratitis capitata Wied): une mouche méditerranéenne des fruits qui peut occasionner des dégâts importants dans les plantations mal entretenues;

• les cochenilles: bien que généralement polyphages, certaines espèces de cochenilles sont des parasites spécifiques à l’espèce Opuntia.

I.1.3.3. Culture du figuier de barbarie

La période de plantation du cactus varie avec la latitude et les conditions environnementales. Deux époques sont considérées: automne « septembre à novembre » pour les régions à hivers doux et « septembre à octobre » pour les régions à hivers frais; le printemps, pendant les mois de février, mars et avril dans les zones à hivers doux et pendant le mois d’avril et mai dans les régions à hivers frais. La plantation se fait soit par des raquettes simples (une seule raquette) ou doubles (raquette terminale fixée sur une raquette subterminale). L’avantage de la plantation des raquettes doubles est l’entrée plus rapide en production de ces raquettes par rapport aux raquettes simples. La multiplication du figuier de barbarie par bouturage est le mode le plus simple et le plus courant. La saison de récolte des

figues de barbarie varie selon la variété cultivée et le lieu de production. Pour l’obtention de la qualité, il est nécessaire de les récolter après avoir atteint au moins 50 % de leur maturité. La récolte est manuelle, il s’agit d’une simple rotation du fruit permettant de séparer ce dernier du cladode, ou en coupant au niveau de l’articulation [40].

I.1.3.4. Importance des plantations au Maroc

La popularité des Opuntias en Afrique du nord est démontrée par la culture des vastes secteurs. Au Maroc la superficie des plantations a évolué de façon remarquable au cours de ces dernières décennies [28]. Dans ce pays, le cactus est doté d’une diversité génétique importante et un certain nombre d’espèces et de variétés ont été décrites [41]. Dans la région sud, il existe différentes variétés:

• variétés « Aissa » et « Moussa » qui ont des fruits à pulpe jaune orangé à maturité, • variété « El Bayda » à pulpe vert clair,

• variété « El Akria » à pulpe rouge carmin [42].

I.1.3.5. Importance et utilisations agroéconomiques

La culture du figuier de Barbarie est actuellement pratiquée de façon intensive et moderne dans plusieurs pays, soit en tant que culture fourragère, ou même en tant que culture maraîchère ou médicinale. La production de fruits reste cependant l’aspect le plus recherché et le plus développé [43-45].

I.1.3.6. Production du jus et autres produits

Les fruits sont appréciés et donnent lieu à plusieurs produits, dont quelques uns sont connus et d’autres sont récemment développés ou en cours de recherche. La pulpe et le jus sont les utilisations les plus communes et domestiques du figuier de barbarie. Plusieurs études ont été faites sur le jus et ont montré que ce produit a un goût et un parfum agréables. Une autre possibilité est la production des jus concentrés qui manifestent une bonne stabilité microbiologique. La pulpe peut être utilisée pour préparer des gels comme les gels de pomme et cognassiers. La confiture est un autre produit qui peut être préparé à partir du fruit. Elle présente une bonne qualité sensorielle et une stabilité microbiologique. Les fruits déshydratés sont une autre forme comestible du produit, ils peuvent être aussi conservés en boites ou congelés [46]. Le figuier de barbarie est utilisé aussi dans la préparation des boissons alcoolisées à partir de la pulpe tamisée [47].

I.1.3.7. Colorants alimentaires

La couleur des figues de barbarie est due à des betalaïnes et aux pigments azotés de couleur rouge ou jaune. Ces pigments peuvent être extraits et utilisés comme additifs dans les préparations alimentaires, dans les domaines pharmaceutiques et cosmétiques [48, 49]. Les pigments naturels rouges ou betacyanines (E162) extraits à partir des plantes sont d’un intérêt croissant comme substituant des teintures rouges synthétiques dans l’industrie agro-alimentaire et pharmaceutique [50-52]. De plus, les betacyanines sont reconnues comme colorants alimentaires naturels et contrairement aux autres pigments rouges naturels, elles sont stables dans un large domaine de pH variant de 4 à 7. Cette propriété en fait des pigments idéaux pour la coloration des denrées alimentaires à acidité faible [53, 54].

Dans l’industrie agro-alimentaire, la betterave rouge est la seule source des betalaïnes exploitée pour l’obtention des colorants naturels des denrées alimentaires. Elles produisent plusieurs nuances du rouge au violet. Cependant, les préparations de la betterave rouge sont obtenues à partir des racines. De ce fait, des caractéristiques défavorables du goût peuvent affecter leur commercialisation. L’utilisation du figuier de barbarie comme source de betalaïnes est très intéressante; il est fortement parfumé et montre des propriétés nutritives meilleures que les racines de betterave rouge [52].

I.1.3.8. Utilisation des fruits

Les fruits du figuier de barbarie sont plus ou moins bacciformes ou piriformes, verdâtres et deviennent jaune à rouge à maturité, à pulpe molle juteuse, sucrée, contenant un mucilage et de nombreuses petites graines. Ils sont en général consommés frais, très rafraîchissants et nutritifs. Ils se caractérisent par rapport aux autres fruits par un pH relativement élevé. La totalité des sucres présents dans le fruit est constituée de glucose et de fructose. Ce rapport est considéré comme une spécificité de la figue de barbarie en le comparant à celui des autres fruits. La teneur totale en acides aminés libres est largement supérieure à la teneur moyenne des autres fruits à l’exception des raisins de table et des agrumes qui contiennent une teneur identique. Dans certains pays (Italie, Mexique et Chili), le fruit est conditionné industriellement et stabilisé par différentes méthodes (froid, séchage, chaleur) ou transformé en jus, miel (miel de tuna), boissons alcoolisées, confiture et colorant alimentaire (pourpre de barbarie) [55].

I.1.3.9. Utilisation des fleurs

Avec un intervalle apicole qui dure sept mois, l’activité des abeilles a lieu sur les fleurs de Opuntia ficus indica pendant trois mois, ce qui permet de développer l’apiculture en

parallèle. Les rendements des ruches sont de 1 à 4 litres de miel. Les fleurs sont aussi utilisées à des fins médicinales. En effet, les capsules des corolles des fleurs séchées sont utilisées comme remède du dysfonctionnement de la prostate (hypertrophie bénigne de la prostate), et aussi comme régulant diurétique [56-58]. En Sicile, le thé préparé avec les fleurs de Opuntia ficus indica est utilisé comme traitement contre les douleurs rénales [59].

I.1.3.10. Utilisation des raquettes

Le cactus est considéré comme une réserve fourragère sur pied; il peut constituer un appoint alimentaire pour les périodes de transition en été et en automne et lors des années de sécheresse. En effet, sa production en matière sèche varie de 12 à 16 tonnes/ha, ce qui fait de l’Opuntia ficus indica l’espèce la plus productive des zones arides: 1,37 kg/m2_{/an pour le} cactus et 0,71 kg/m2_{/an en moyenne pour d’autres espèces. Une fertilisation azotée et} phosphorique améliore sa valeur nutritive et sa productivité en biomasse [60, 61].

I.1.3.11. Utilisations culinaires

Les raquettes sont peu utilisées en consommation humaine, excepté les jeunes raquettes tendres qui sont consommées comme légumes depuis des siècles au Mexique. Les raquettes sont préparées sous différentes formes: comme composantes de salades, cuites avec de la viande et des œufs. La valeur nutritive des nopals est similaire à ceux de nombreux légumes à feuilles tels que la laitue et les épinards. Ils sont considérés comme une source importante de vitamines et de minéraux principalement le calcium et le fer [62].

I.1.3.12. Source de mucilage

La famille des cactacées est caractérisée par sa production de mucilage. Ce dernier est un hydrate de carbone complexe, faisant partie de la fibre diététique. C’est un composant avec d’excellentes perspectives comme additif, non seulement pour l’industrie alimentaire, mais également pour d’autres usages industriels [63]. Le mucilage pur, obtenu à partir des raquettes est un produit intéressant pour les usages alimentaire, médical et cosmétique. Le mucilage est un polysaccharide qui contient une structure moléculaire pouvant aller jusqu’à 30000 sucres différents [64].

I.1.3.13. Utilisation en cosmétique

Les industriels s’intéressent de plus en plus à la production de l’huile des graines d’Opuntia ficus indica. La production se fait à partir de 800 à 1000 kg de fruits pour obtenir 25 à 30 kg de graines qui donneront après pressage 1 litre d’huile. L’huile de pépins de figues de Barbarie est d’une richesse exceptionnelle en vitamine E et en stérols qui lui confèrent une aptitude hors de commun à protéger la peau contre les radicaux libres [65, 66].

I.1.4. Biologie du figuier de barbarie

Le figuier de barbarie est une plante robuste qui peut mesurer jusqu’à 5 mètres de hauteur, avec un tronc épais et ligneux.

Les cladodes assurent la fonction chlorophyllienne et sont recouvertes d’une cuticule cireuse (la cutine) qui limite la transpiration et les protège contre les prédateurs. Les articles aplatis du figuier de barbarie en forme de raquettes (cladodes) de couleur vert mat (figure 2), ayant une longueur de 30 à 50 cm et une largeur de 15 à 30 cm, sont couverts de petites aréoles, d’épines et de glochides blancs. Ses fleurs, marginales sur le sommet des cladodes, sont hermaphrodites, de couleur jaune et deviennent rougeâtres à l’approche de la sénescence de la plante. Ses fruits sont de baies charnues ovoïdes ou piriformes pourvues d’épines. Ils sont généralement verdâtres ou jaunes à maturité. La pulpe est toujours juteuse, de couleur jaune orangé, rouge ou pourpre, parsemée de nombreuses petites graines [67, 68].

Figure 2: Figuier de barbarie (fruit, fleur et raquette) I.1.5. Ethnopharmacologie

Le figuier de barbarie appartient depuis toujours aux plantes médicinales les plus utilisées. La recherche médicale moderne redécouvre avec un intérêt grandissant la plante et ses propriétés. Elle étudie les molécules actives qui la composent et lui permettent de lutter efficacement contre certaines affections graves de notre temps: réduire le taux de sucre et de cholestérol dans le sang [69], utilisée comme diurétique et remède au dysfonctionnement de la prostate [70]. Cette plante a aussi un effet sur les douleurs gastro-intestinales, l’angoisse, l’artériosclérose, la spasmophilie, le stress, les brûlures et coups de soleil.

I.2. Etudes Pharmacologiques I.2.1. Activité anti-inflammatoire

L’inflammation est un processus habituellement bénéfique: son but est d’éliminer l’agent pathogène et de réparer les lésions tissulaires. Parfois l’inflammation peut être néfaste du fait de l’agressivité de l’agent pathogène, de la persistance, du siège de l’inflammation, par anomalies des régulations du processus inflammatoire. La surproduction des espèces réactives d’oxygène au-delà des capacités antioxydantes du système biologique donne lieu au stress oxydatif. Ce dernier est précurseur de plusieurs maladies allant de l’artériosclérose au cancer par l’intermédiaire des maladies inflammatoires. La réponse inflammatoire se déroule en quatre étapes: la reconnaissance des signaux de danger, le recrutement de cellules sur le site d’infection, l’élimination du pathogène et la résolution de l’inflammation conduisant à un retour à l’homéostasie et à la cicatrisation du tissu lésé. En absence d’une résolution, s'installe une inflammation chronique [71].

L’action anti-inflammatoire du cactus a été montrée dans la littérature par une étude Coréenne réalisée en 1998. Les extraits éthanoliques ont été utilisés dans l’expérimentation; il s’est avéré que ceux-ci présentaient un effet protecteur des muqueuses gastriques. En conclusion ces extraits du cactus ont une action anti-inflammatoire avec comme effet la protection contre les lésions gastriques [72].

I.2.2. Activité anti ulcéreuse

Les raquettes de l’Opuntia ficus indica sont utilisées en médecine traditionnelle dans plusieurs pays, pour leur activité cicatrisante. Plusieurs études ont montré que les raquettes sont riches en mucilages et en pectines; présentent une activité cytoprotectrice dans la prévention de l’ulcère gastrique. Les cladodes lyophilisés administrés comme traitement préventif ont montré un phénomène de cytoprotection. La formation d’une couche gélatineuse composée du mucus qui fournit un environnement favorable pour la restitution rapide de l’épithélium [73].

I.2.3. Effet chondroprotecteur

Les médicaments conventionnels dans la maladie articulaire sont souvent efficaces pour le soulagement des symptômes, mais ils peuvent également causer des effets secondaires significatifs sans ralentir la progression de la maladie. Plusieurs substances naturelles se sont avérées efficaces en tant que drogues anti-inflammatoires non-stéroïdiennes pour soulager les symptômes de l'ostéoarthrite. Panico et al. [74] se sont intéressés à l’effet anti-inflammatoire et chondroprotecteur de quelques extraits lyophilisés, obtenus à partir des cladodes du figuier

de barbarie, sur la production des molécules libérées pendant des événements inflammatoires chroniques ; tels que l'oxyde nitrique, les glycosaminoglycanes, les prostaglandines (PGE2) et les espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans la culture de chondrocyte humain stimulée avec les interleukines cytokines pro-inflammatoire (IL-1). Les résultats in vitro ont précisé que les extraits des cladodes pouvaient antagoniser les effets nocifs de l’IL-1. Les expérimentations viennent confirmer que les extraits des cladodes de l’Opuntia ficus indica possèdent un effet protecteur dans le changement de cartilage lors de la dégénération des chondrocytes. Ils semblent avoir une action thérapeutique importante dans le traitement de l'ostéoarthrite, les symptômes inflammatoires et oxydants coexistent avec des symptômes chondrodégénératifs.

I.2.4. Activité diurétique

Depuis des décennies, la médecine traditionnelle utilise les fleurs du figuier de barbarie en infusion afin de soulager les « douleurs rénales ». Plusieurs chercheurs se sont intéressés à cet effet et plusieurs études ont été établies. Une étude italienne, réalisée sur le figuier de barbarie de la région sicilienne porte sur les effets diurétiques des infusions des cladodes, des fruits et des fleurs de l'Opuntia ficus indica chez le rat. La natriurèse, la kaliurèse et l'action sur l’hyperuricémie ont été étudiées [75].

I.2.5. Activité hépato protectrice contre les pesticides organophosphorés

Les extraits de cladodes peuvent prévenir les intoxications du foie susceptibles d’être causées chez la souris après ingestion d’un organophosphoré (le chlorpyrifos) [76]. L’insecticide déclenche un stress oxydatif dans les cellules humaines et animales, la littérature parle d’un changement du système de défense antioxydatif et de la peroxydation des lipides au niveau du foie de rat. Les dommages hépatiques causés par le chlorpyrifos ont été évalués par la pesée du foie et la quantification de quelques paramètres biochimiques, comme l’alanine aminotransférase (ALAT), l’aspartate aminotransférase (ASAT), la phosphatase alcaline, la lactate déshydrogénase (LDH), le cholestérol et l'albumine dans le sérum, par des dosages spectrophotométriques.

I.2.6. Activité antidiabétique

Les poudres de raquettes à différents stades de maturité présentent des effets hypoglycémiants. Ce phénomène semble être dû aux différents mécanismes et au retard d’absorption intestinale. La viscosité est un facteur important affectant directement le potentiel antidiabétique [77].

CHAPITRE II : Etudes phytochimiques et propriétés

antimicrobiologiques des extraits des plantes

II.1. Introduction

Les plantes ont une importance capitale pour la survie de l’homme et des différents écosystèmes. Elles renferment une part importante des composés qui interviennent dans l’ensemble des réactions enzymatiques ou biochimiques ayant lieu dans l’organisme. On distingue ainsi deux groupes de métabolites: les métabolites primaires et les métabolites secondaires [78].

• Les métabolites primaires sont des molécules organiques qui se trouvent dans toutes les cellules de l’organisme d’une plante pour y assurer sa survie. Ces composés sont classés en quatre principaux groupes: les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques.

• Les métabolites secondaires sont des molécules ayant une répartition limitée dans l’organisme de la plante. Ils sont nécessaires à sa défense contre les agressions extérieures. Cependant, ils ne sont pas toujours nécessaires à la survie de la plante. Les produits du métabolisme secondaire qui sont émis en très faible quantité, sont d’une grande variété structurale (plus de 200000 structures définies). Ces composés marquent de manière originale, un genre, une famille ou une espèce de plante et permettent parfois d’établir une taxonomie chimique.

Les métabolites secondaires font l’objet de nombreuses recherches, ils ont un intérêt multiple, ils sont mis à profit aussi bien dans l’industrie alimentaire, cosmétique que pharmaceutique. Ils sont largement utilisés en thérapie comme vasculoprotecteurs, anti-inflammatoires, inhibiteurs enzymatiques, antioxydants et anti-radicalaires.

La pharmacie utilise encore une forte proportion de médicaments d’origine végétale et la recherche trouve chez les plantes des molécules actives nouvelles ou des matières premières pour l’hémisynthèse de composés actifs. On a longtemps employé des remèdes traditionnels à base de plantes sans savoir à quoi étaient dues leurs actions bénéfiques. L’isolement de principes actifs au XIXème siècle, a contribué à l’amélioration des connaissances des structures, ce qui a permis de passer progressivement d’une phytothérapie traditionnelle souvent empirique, acceptée parfois avec une certaine méfiance à une thérapie moderne, acceptée scientifiquement.

Au début du XXème siècle, des synthèses de composés analogues (métabolites secondaires) ont commencé à naître; afin d’augmenter leurs efficacités pharmacologiques, des études de structures et d’activités biologiques sur des dérivés prénylés de ces métabolites ont

été réalisées. La prénylation consistait à la fixation d’une chaine latérale (pentenyle, géranyle et farnésyle) sur une molécule acceptante.

Les métabolites secondaires représentent un groupe de produits d’origine naturelle qu’il convient d’explorer pour différentes propriétés: antioxydantes, antimicrobiennes, anti-inflammatoires et anticarcinogènes ou mutagènes [79].

Ce sont des composés très hétérogènes tant par leur composition chimique que par leur structure. Depuis des temps, ces composés ont été considérés comme secondaires et métaboliquement inactifs, ils ne suscitaient donc que peu d’intérêt. A l’heure d’aujourd’hui, cette opinion a changé, du fait de nombreuses recherches qui ont largement montrées que ces composés ne sont pas inertes et contribuent efficacement dans la biosynthèse de divers métabolites de l’organisme. Chez les végétaux, ils sont soumis à d’importantes variations quantitatives et qualitatives, ce qui témoigne d’une dynamique irréprochable [80]. Ils interviennent dans des processus vitaux les plus divers. D’où l’importance croissante des études consacrées à ces composés. Leurs modes d’action et leurs significations physiologiques ne sont pas encore suffisamment claires, d’où la place de plus en plus large qui revient aux études de ces composés et de leurs fonctions.

On trouve des métabolites secondaires dans toutes les parties des plantes, mais ils sont distribués différemment selon leurs rôles. Cette distribution varie d'une plante à l'autre. Parmi les principales familles de métabolites secondaires trouvées chez les plantes on distingue:

• Les composés phénoliques qui interviennent dans les interactions plante-plante (allélopathie, inhibition de la germination et de la croissance). Parmi ces composés, on citera les polyphénols, les lignines, les stilbènes, les flavonoïdes, les phénylpropanoïdes, les anthocyanes et les tannins.

• Les alcaloïdes, renferment un atome d’azote dans la structure. Parmi ces derniers, certains relèguent de l'acide cyanhydrique quand les plantes sont abîmées. Ils sont synthétisés à partir d'acides aminés. On citera la nicotine, l'atropine, la codéine, la lupinine.

• Les mucilages: ce sont des polymères complexes de fructose, d'acide glucorinique et d'acide manuronnique. Les mucilages sont des mélanges colloïdaux qui gonflent avec l'eau (agar agar).

• Les gommes et les résines: ce sont des substances produites par la plante à la suite d'une blessure.

• Les huiles essentielles: ce sont des liquides concentrés et hydrophobes des composés aromatiques (odoriférants) volatils d'une plante, ces essences sont très volatiles et non miscibles à l'eau.

• Les latex: ce sont des substances sécrétées ou fabriquées par des cellules laticifères (vraies ou anastomosées) et qui ont la particularité de se solidifier au contact de l'air. • Dans cette étude, nous nous intéresserons plus particulièrement aux composés

phénoliques dont nous présenterons quelques exemples ainsi que leur biosynthèse.

II.2. Classification des métabolites secondaires II.2.1. Les alcaloïdes

Les composés azotés se divisent en deux groupes: les acides aminés (H2N-CHR-COOH) et les alcaloïdes. Les premiers (qui n’appartiennent pas aux métabolites secondaires), sont à la base de la constitution des protéines et des autres peptides, même s’ils n’en sont pas toujours les mêmes uniques constituants, c’est le cas de l’hème, qui est un groupement prosthétique de l’hémoglobine.

Les alcaloïdes sont des substances organiques d'origine végétale, azotées et à caractère alcalin. Leurs noms se terminent souvent par " ine ". Les alcaloïdes renferment toujours du carbone, de l’hydrogène et de l’azote, et le plus souvent, en plus, de l’oxygène (exceptionnellement quelques alcaloïdes contiennent du soufre). Les alcaloïdes sont donc des produits aminés naturels qui ont des effets physiologiques sur l’organisme humain. Bien que beaucoup d'entre eux soient toxiques (comme l'aconitine (1) ou la strychnine (2)), certains sont employés dans la médecine pour leurs propriétés analgésiques (comme la morphine (3), la codéine (4)), dans le cadre de protocoles de sédation (anesthésie, atropine) souvent accompagnés des hypnotiques, ou comme agents antipaludéens (quinine (5), chloroquine (6)) ou agents anticancéreux (taxol, vinblastine (10), vincristine (9)). La morphine a été le premier alcaloïde isolé dans l'opium (vers 1805). Puis on découvrit la strychnine (1818).

Les autres alcaloïdes plus connus sont: la colchicine (8), l'atropine (7), le tubocurarine, la théine, la cocaïne, la mescaline (11), l'acide lysergique (12) et l'aconitine.

Les pyrazoles forment un groupe d'alcaloïdes contenant deux atomes d'azote dans le noyau aromatique, ceux-ci ne sont pas d'origine naturelle.

Certains alcaloïdes sont des composés organiques naturels hétérocycliques avec un atome d’azote comme hétéroatome. Leurs structures moléculaires sont complexes, plus ou moins basiques et douées des propriétés physiologiques prononcées même à faible dose [81].

Ils constituent un des groupes de métabolites secondaires contenant plus de 10000 à 12000 différentes structures [82]. Aconitine (1) Strychnine (2) Morphine (3) Codéine (4) Quinine (5) Chloroquine (6) Atropine (7) Colchicine (8)

Vincristine (9) Vinblastine (10)

Mescaline (11) Acide lysergique (12)

II.2.2. Les terpènes

Les terpènes forment une classe d'hydrocarbures, produits par de nombreuses plantes, en particulier les conifères. Ce sont des composants majeurs de la résine et de l'essence de térébenthine produite à partir de résine. Les terpènes sont des dérivés de l'isoprène C5H8 (13) et ont pour formule de base des multiples de celle-ci (C5H8)n. On peut considérer l'isoprène comme l'un des éléments de construction préférés de la nature. Leurs squelettes de carbone sont constitués d'unités isopréniques reliées entre elles. Il s’agit de la règle de l'isoprène. Ces squelettes peuvent être arrangés de façon linéaire ou former des cycles. En fonction du nombre n (entier) d'unités, on peut distinguer pour n = 2: les monoterpènes (C10), n = 3: les sesquiterpènes (C15), n = 4: les diterpènes (C20), n = 5: les sesterpènes (C25), n = 6: les triterpènes (C30).

Le carotène est un tétraterpène (C40H64). Il joue le rôle de pigment en photosynthèse des végétaux. Des matières aussi diverses que le caoutchouc, la vitamine A1 ou le cholestérol sont construites essentiellement des « briques » d'isoprènes.

Parmi les terpènes les plus importants on a: l'α-pinène, le ß-pinène, le δ-3-carène, le limonène et le carotène. Par ailleurs, les caroténoïdes qui renferment des atomes d'oxygène, ne sont pas forcement des terpènes, mais des terpénoïdes (luteine). Deux des propriétés fondamentales des terpènes sont leurs caractères odoriférants (géranium) et leurs photosensibilités.

II.2.3. Les stérols

Les stérols sont issus des phytostérols. Ces composés sont naturellement présents dans la fraction lipidique des plantes. Ils ne sont pas synthétisés par l'homme et l'animal, ils ne peuvent être apportés que par l'alimentation. Plusieurs études ont démontré que les phytostérols et les phytostanols réduisent l'absorption du cholestérol dans l'intestin grêle. L’exemple le plus courant de stérol est le cholestérol (14). Leur structure générale est composée de 4 cycles dont les trois premiers à 6 chainons et le dernier à 5.

Cholestérol (14)

II.2.4. Les stéroïdes

Les stéroïdes constituent un groupe de lipides dérivant de triterpénoïdes (lipides à 30 atomes de carbones), majoritairement le squalène (15). Ils se caractérisent par un noyau cyclopentanophénanthrénique hydrophobe (cortisol (16)) partiellement ou totalement hydrogéné. Habituellement, les carbones C10, C13 sont liés à un groupe méthyle (-CH3) et le carbone C17 à un groupe alkyle. Par extension, les stéroïdes incluent également les lipides dont le noyau cyclopentanophénanthrénique (17) a été modifié par scission d'une liaison et l'ajout ou la délétion d'un carbone. En médecine le terme «stéroïde» fait référence aux hormones stéroïdiennes. Dans un contexte sportif, « stéroïde » est habituellement employé pour désigner les stéroïdes anabolisants.

Squalène (15)

Cortisol (16) Noyau cyclopentanophénanthrénique (17)

II.2.5. Les saponines

Le nom saponine dérive du mot latin « sapo », qui signifie savon, parce que ces composés moussent une fois agités avec de l’eau. Ils se composent d’aglycones non polaires liés à un ou plusieurs sucres. Cette combinaison d’éléments structuraux polaires et non polaires explique leur comportement moussant en solution aqueuse. Par définition, une saponine est un glycoside de stéroïde ou de triterpène. On distingue deux groupes de saponines: les saponines stéroïques et les saponines triterpéniques dérivant tous biosynthétiquement de l’oxyde de squalène [83].

II.2.6. Les composés phénoliques

Le terme « polyphénol » est fréquemment utilisé dans le langage courant et même dans des articles scientifiques ou de vulgarisation pour désigner l'ensemble des composés phénoliques des végétaux. Il devrait être réservé aux seules molécules présentant plusieurs fonctions phénols. Ce qui exclurait alors les monophénols, pourtant abondants et importants chez les végétaux. Donc la désignation générale « composés phénoliques » concerne à la fois les mono, les di et les polyphénols dont les molécules qui contiennent respectivement une, deux ou plusieurs fonctions phénoliques [84]. Les polyphénols possèdent plusieurs groupements phénoliques, avec ou non d’autres fonctions (alcoolique (OH), carboxylique (COOH), etc.). Ils sont probablement les composés naturels les plus répandus dans la nature et de ce fait sont des éléments faisant partie de l’alimentation animale. Ces composés présentent une grande diversité de structures, divisées en non flavonoïdes et flavonoïdes. La première est

représentée par les acides phénoliques, qui comprennent les acides benzoïques (acide gallique (18)). La seconde classe est constituée d’un noyau phénolique porteur d’une chaine latérale insaturée en C3 (acide caféique (19)). La dernière classe est basée sur un squelette en C6-C3 -C6 (catéchine (20)), elle comprend plusieurs groupes qui se distinguent par le degré d’oxydation de l’hétérocycle central en C3. Toutes les classes de composés phénoliques comportent un grand nombre de structures différentes en fonction du nombre et de la position des groupements hydroxyles sur le squelette de base. Ces structures peuvent également être diversement substituées (glycosylées, estérifiées, acylées, etc.).

acide gallique (18) acide caféique (19) catéchine (20)

II.2.7. Les non flavonoïdes

Ce groupe comprend plusieurs composés parmi lesquels on distingue les acides phénoliques, les stilbènes, les lignanes, les coumarines et les xanthones.

• Les acides phénoliques

On distingue deux principales classes d’acide phénolique : l’acide benzoïque (21) et l’acide cinnamique (22). La concentration de l’acide hydroxy-benzoïque (21’) est généralement très faible chez les végétaux comestibles. Ces dérivés sont assez rares dans l’alimentation humaine par contre ceux d’acides hydroxycinnamiques (22’) sont très présents [84].

(21’) R1=R2=R4=H, R3=OH Acide p-hydroxybenzoïque R1=R4=H, R2=R3=OH Acide protocatéchique R1=R4=H, R2=OCH3, R3=OH Acide vanillique R1=H, R2=R3=R4=OH Acide gallique R1= OH, R2=R3=R4=H Acide salicylique

(22’) R1=R2=R3=H Acide cinnamique (non phénolique) R1=R3=H, R2 =OH Acide p-coumarique

R1=R2=OH, R3=H Acide caféique R1=OCH3, R2=OH, R3=H Acide férulique

• Les stilbènes

Les stilbènes se trouvent en petites quantités dans l’alimentation humaine, parmi ces composés on trouve le resveratrol qui est un anticancéreux présent dans certaines plantes médicinales, comme exemple le trans-resveratrol [84].

Resveratrol (23) • Les lignanes et les lignines

Les monolignols sont les dérivés de l’acide cinnamique, ils servent de précurseurs pour les composés de types phénylpropanoïdes tels que les lignanes et les lignines.

Les lignanes répondent à une représentation structurale de type (C6-C3)2; l’unité (C6-C3) est considérée comme un propylbenzène. Les plantes les élaborent par dimérisation oxydante de deux unités d’alcool coniférique. Quand celle-ci implique une liaison oxydante par les C8 des chaines latérales propényles de deux unités d’alcool confrériques liées, formant la liaison

(C8-C8), les métabolites résultants portent le nom de lignane. Le terme néolignane est employé pour définir toutes les autres types de liaison. Lorsqu’il n’y a pas de liaison directe (C-C) entre les unités (C6-C3) mais liés par un atome d’oxygène d’éther, le composé est appelé oxynéolignane. Il existe d’autres types de lignanes tels que les sesquinéolignanes (ayant trois unités (C6-C3)) et les dinéolignanes (contenant quatre unités de (C6-C3)) [85]. Les lignanes se trouvent essentiellement dans les graines d’oléagineux.

Les lignines constituent une classe importante de produits naturels dans le règne végétal et seraient formées par polymérisation oxydative de monolignols (monomères) qui sont les alcools p-coumarique, coniférique et sinapique [86].

II.2.8. Les coumarines

Les coumarines sont des hétérocycles oxygénés ayant comme structure de base le benzo-2-pyrone. Ils ont été isolés pour la première fois par Vogel en 1820 dans le Coumarouna odorata. Aujourd’hui, près de 1000 composés coumariniques sont isolés dans plus de 800 espèces de plantes et dans les microorganismes. Dans les plantes, on les rencontre chez les Apiacées, les Astéracées, les Fabacées, les Rosacées, les Rubiacées, les Rutacées et les Solanacées. Du point de vue structural, ils sont classés en coumarines simples avec des substituants sur le cycle du benzène, les furanocoumarines, les pyranocoumarines et les coumarines substitués en position 3 et/ou 4.

Benzo-2-pyrone (24)

II.2.9. Les xanthones

Cette famille est constituée de composés polyphénoliques isolés des plantes supérieures et des microorganismes répondant à une structure de base (C6-C1-C6). Quelques exemples de ces composés sont: le gaboxanthone, le xanthène-9-one et le globuliférine.

II.2.10. Les flavonoïdes

Les flavonoïdes représentent une classe de métabolites secondaires largement répandus dans le règne végétal. Ce sont des pigments quasiment universels des végétaux qui sont en partie responsables de la coloration des fleurs, des fruits et parfois des feuilles. On les retrouve dissous dans la vacuole des cellules à l'état d'hétérosides ou comme constituants de plastes particuliers, les chromoplastes. Le terme flavonoïde regroupe plusieurs composés