File - L2 Bichat 2012-2013

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UE 1 biochimie biologie moléculaire
Pr. Puy
lundi 21 novembre 2011
8h30 10h30
Ronéotypeur : Alexandre Menguy
Ronéolecteur : Jeanne Constance Baschet
Cours 9 Introduction aux radicaux libres
et espèces réactives de l’oxygène
Introduction
I L’oxygènes et ses espèces réactives
2) Notion de radical libre
3) exemples de production de HOCL dans les GB
4) exemples des rayons UV
II Production des ERO
1) L’anion super oxyde (O2º-)
2) Le peroxyde d’hydrogène (H2O2)
3) Le radical hydroxyle (OH.)
4) L’acide hypochloreux (HOCl)
5) Le monoxyde d’azote (NO)
Schéma général
III Origine
1) La mitochondrie
2) Le peroxysome
3) Le réticulum endoplasmique
IV Défense contre les micro-organismes
V Toxicité des ROS
VI Stress oxydant: adaptation et défense
1) Le confinement en organelle
2) Protection non spécifique
3) Protection spécifique
a) Les vitamines anti oxydantes
b) Les enzymes destructrices de ROS
c) Le système du glutathion
4) Système Thioredoxine /thioredoxine reductase
VII PATHOLOGIES

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Introduction
L’oxygène est une molécule ambivalente car il est indispensable à la vie des êtres
pluricellulaires (aérobie) mais inutile, même toxique pour certains micro-organismes.
Il est nécessaire au transfert des électrons dans les phosphorylations oxydatives, ce qui
constitue la principale source d’énergie des êtres vivants (au niveau énergétique le rendement
est augmenté en aérobie pour le cycle de Krebs et la chaine respiratoires notamment)
L’anoxie est mortelle à court terme, elle entraine une chute d’ATP cellulaire. Les tissus
résistent inégalement à l’anoxie : le cerveau est détruit en 3 minutes, le foie, les reins et le
myocarde en quelques heures, les muscles, la peau et les phanères (poils et ongles), beaucoup
plus tard, ce qui explique pourquoi les poils continuent à pousser une fois qu’on est mort et
qu’aux pompes funèbres on doit nous raser.
Le devenir principal de l’oxygène dans la cellule est le stockage dans la mitochondrie, pour
tout ce qui s’apparente au métabolisme oxydatif et à la chaine respiratoire pour la production
d’énergie sous forme d’ATP (et de déchets comme H2O CO2). En revanche l’oxygène peut
s’avérer toxique pour l’organisme, son utilisation requiert donc des mécanismes protecteurs
dont une anomalie peut provoquer des pathologies.
I L’oxygène et ses espèces réactives
Les produits toxiques liés à l’utilisation de l’oxygène sont les ROS (Reactive oxygen species)
=ERO(S) (espèces réactives de l’oxygène) =FRO (forme réactive de l’oxygène). Ce sont des
produits accidentels, « des bavures métaboliques » de toutes les réactions impliquant
l’oxygène et des ions métalliques comme co-facteur. Au cours de la réaction, une sortie
d’électrons va se produire et ces électrons se fixent sur des éléments instables, les radicaux
libres (RL)
Les principales ROS :
– Ion superoxyde (O2-.)
– Radical hydroxyle (OH. ou OH°), le plus réactif
– Ion hydroxyle (OH-),
– Peroxyde d’hydrogène (H2O2) ou eau oxygéné
Leur origine la plus fréquente est un échappement de la chaine respiratoire.
Il existe 2 types de ROS : - les radicaux libres oxygénés (RLO) ou forme radicalaire
- les formes non radicalaires
2) Notion de radical libre
 Un radical libre (RL) est constitué par tout atome, groupe d’atomes ou molécules où
au moins un électron non apparié occupe une orbitale externe [] ce qui lui donne la
capacité d’interagir avec l’environnement.
 Le radical s’en trouve doté d’une réactivité particulière et peut ainsi réagir avec
d’autres atomes ou molécules et se comporter, selon le cas, comme un oxydant ou

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comme un réducteur, afin d’apparier son électron célibataire. Ce sont donc des
substances très réactives.
 Le dioxygène joue un rôle essentiel dans le métabolisme aérobie comme accepteur
terminal d’électrons.
 L’O2 peut former des espèces partiellement réduites, les espèces réactives de
l’oxygène [ERO], radicalaires ou non (anion superoxyde, peroxyde d'hydrogène et
radical hydroxyle).
 Les espèces réactives de l’oxygène sont des produits « normaux » du métabolisme.
Elles sont dues à des phénomènes d’échappement permanent, qui augmentent avec
l’âge car l’efficacité de krebs et de la chaine respiratoire diminue. Donc on produit
plus de radicaux libres avec l’âge.
Leur production basale physiologique représente 3 % de la quantité totale d'oxygène
consommé (soit 3% d’échappement).
 Ces échappements vont générer du stress oxydant lorsque la production des espèces
oxygénées réactives dépasse les capacités de défense des tissus (donc un échappement
supérieur a 3%).
 Le stress oxydant entraîne des altérations des composants cellulaires, dues aux
réactions chimiques des espèces oxygénées réactives avec :
-les lipides,→peroxydation, rôle important dans les phénomènes d’athérosclérose.
-les protéines →inflammation, infection.
-les acides nucléiques →génère des bases modifiées impliqué dans les cancers.
-glucides →glycation.
Ça va donc toucher tous les grands composés du vivant, modifiant dans certains tissus le
pourcentage d’échappement qui dépasse alors 3%.
Pour résumer :
Un "radical libre" (RL) est une espèce chimique qui possède un électron non apparié
('célibataire') et qui a une existence indépendante ('libre')
NB :
1/ un RL est généralement écrit R.
2/ certains radicaux sont électriquement neutres tandis que d'autres sont chargés : il existe
des radicaux cationiques R. + et des radicaux anioniques R.- , qui sont en équilibres.
Tableau PAR CŒUR
Formes réactives de l'oxygène (ROS)
Formes radicalaires (RLO)
Formes non radicalaires
superoxyde O°-
hydroxyle OH°
peroxyle ROO°
alkoxyle RO°
hydroperoxyle HOO°
peroxyde d'hydrogène H2O2
acide hypochloreux HOCl
ozone O3
oxygène singulet 1Dg
peroxynitrite ONOO-
Il s’agit des principales formes ce tableau n’est pas exhaustif

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3) Exemple de production de HOCL dans les GB
Très important dans les polynucléaires qui utilisent la réactivité des ERO pour neutraliser les
pathogènes. En effet, ils ont une capacité physiologique de produire des RL pour se protéger
des infections (je vous renvoi au cours sur l’immunité inné de la ronéo 6).
La NADPH oxydase permet la production d’anion superoxoxyde à partir de l’O2. O2- est
ensuite pris en charge par une enzyme qui va le détoxifier : la SOD (superoxyde dismutase)
et le convertir en H2O2, qui va donner du HOCL grâce à la MPO.
On peut interagir sur la production des RL, dont la demi-vie et le pouvoir toxique sont
différents.
4) Exemple des rayons UV
Cet exemple montre qu’il existe plusieurs points d’entrée dans la formation des RL.
On a une entrée exogène par les UV, ainsi si on s’expose au soleil, notamment aux UVA, cela
contribue à la transformation de l’O2 en oxygène singulet 1Dg qui est une forme non
radicalaire non toxique qui va ensuite produire de l’H2O2 grâce à la SOD.
La production de H2O2 peut aussi se faire indépendamment de la SOD grâce aux
monoamines oxydases. H2O2 va alors contribuer à la formation du radical hydroxyle OH° par
la réaction de Fenton (cf. plus loin) grâce au fer ou grâce aux photons.
Il y a donc des agents physiques externes qui permettent la production de RL.

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Au niveau vasculaire le NO est un vasodilatateur très puissant produit à partir de l’arginine
grâce à la NOS (NO Synthase). Il va permettre la production de ONOO- par interaction avec
l’O2- .
L’anion superoxyde est donc un lieu commun qui va interagir ou non avec certaines
substances en fonction de la localisation tissulaire pour la production de RL.
La production radicalaire est donc spécifique de l’organe (c’est pourquoi les UV vont
interagir sur la peau et pas sur les intestins par ex).
Ces 2 exemples illustrent le fait que les formes radicalaires et non radicalaires sont
interconnectées, et que l’on peut passer de l’un à l’autre à partir de l’O2-.
Ce tableau on s’en fout un peu c’est surtout pour montrer que les demi-vies sont de l’ordre de
10^-9 à 10 secondes ce qui montre la réactivité et l’efficacité des RL ainsi que leurs
interactions biologiques quasi instantanées, demi-vie qui peut être raccourci par des enzymes
qui les rend moins toxique
II Production des ERO
1) L’anion super oxyde (O2º-) :
 Par capture d’un électron, l’oxygène triplet est réduit en anion superoxyde.
O2 + 1e- → O2 º-
 Il est produit majoritairement par la chaîne mitochondriale, mais également par les
oxydases.
2) Le peroxyde d’hydrogène (H2O2) :
Par réduction divalente de l’oxygène:
O2 + 2e- + 2H+ → H2O2 (oxydases)
Par dismutation de O2.- :
2 O2º- + 2H+ → H2O2 + O2(SOD)