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Stress Oxydant
I. ROS & Stress oxydant
II. Sources & Modulations
III. Eco-Phy
Damien Roussel
[e-mail]
Laboratoire d’Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
UMR 5023 CNRS, Université de Lyon
Stress Oxydant
I. ROS & Stress oxydant
A. « Reactive Oxygen Species »
B. Balance oxydative
C. Dégâts & Défenses
II. Sources & Modulations
III. Eco-Physiologie
I. ROS & Stress Oxydant
Définitions
Stress Oxydant (Stress oxydatif) : Mécanismes par lesquels les formes
« réactives » de l’oxygène provoquent des perturbations (oxydations) au
niveau d’une cellule, d’un organe, ou d’un organisme.
Oxydation : réactions mettant en jeu des protons (H+) et des électrons (e-)
Ared Aox + ne-
Oxydation
SH2 S + 2H+ + 2e-
Ared/Aox = couple redox
Oxygène + NADH + H+ H2O + NAD+
(oxydé) (réduit) (réduit) (oxydé)
Réduction
Oxydation
I. ROS & Stress Oxydant
Définitions
Radical libre : Au moins un
électron non apparié sur la couche
externe  très réactif.
Stabilité chimique : Organisation
de la couche électronique externe
 électrons appariés 2 à 2
O2 O O2
-
.
A B A + B+
-
Ions A B A + B Radicaux

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ATP
Nutriments
NH3 - CO2
H2O
Oxygène
ADP+Pi
Travail cellulaire
Oxygène
I. ROS & Stress Oxydant
« Reactive Oxygen Species »
NADH + H+
NAD+
½ O2
H2O
2 H+
2 e-
NADH/NAD+ ½ O2 / H2O
Chaîne Respiratoire
I. ROS & Stress Oxydant
« Reactive Oxygen Species »
O2
2 H2O
4 H+ + 4 e-
O2
-
.
1 e-
H2O2
2 H+ 1 e-
H2O + OH
.
1 H+
1 e-
1 H+
1 e-
Anion superoxide
Peroxyde d’hydrogène
Radical hydroxyle
Réactivité/Toxicité : Plus l’électron est instable
 plus la ½ vie courte
 plus il est toxique
 moins il diffuse
 ~10-6 s (enzymatique)
 ~ minutes (enzymatique)
 ~10-9 s
I. ROS & Stress Oxydant
« Reactive Oxygen Species »
Nat Rev Mol Cell Biol 8, 813-824 (2007)
D’Autréaux and Toledano (2007) [Nature Rev. Mol. Cell Biol. 8, 813-824]
Lipides
Protéines
ADN
I. ROS & Stress Oxydant
« Reactive Oxygen Species »
O2
H2O
O2
-
. OH
.
H2O2
Xanthine oxydase
NADPH oxydases Superoxide
dismutase
(SOD) Fe / Cu
Fenton
Catalase
Glutathion peroxydase (GPx)
Arginine NO synthase NO
. ONOO
-
Peroxynitrite Monoxyde d’azote

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Défenses
Antioxydant
s
I. ROS & Stress Oxydant
Balance oxydative & Stress oxydant
ROS Stress oxydant
Vieillissement
Pathologies
Défenses :
- Enzymes
- Piégeurs (vitamines)
- Chélateurs (Fer, Cuivre)
- Systèmes réparations Lipides
Protéines
ADN
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Lipides
ROS
Lipides
Protéines
ADN
Malondialdéhyde
4-Hydroxy-2-nonenal
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Lipides
ROS
Peroxydation lipidique
 « Rigidifie » les membranes
 Modification des protéines
 ADN adduite
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Lipides
Susceptibilité des acides gras à la peroxydation
Homan (1954) in Hulbert et al. (2006) [Physiol. Rev. 87, 1175-1213]
Peroxydation lipidique dépend très fortement
 Richesse des membranes en acides gras polyinsaturés

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I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Protéines
ROS
Lipides
Protéines
ADN Hydroxyls R-OH
Carbonyls R-C-H
Disulfide cys-S-S-cys
Méthionine sulfoxide Met=O
O
Anomalies fonctionnelles :
 Dégradation (protéasome)
 Inhibition d’activité enzymatique
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Protéines
ROS
Lipides
Protéines
ADN
MDA-Lys
HNE-Lys…
Anomalies fonctionnelles :
 Dégradation (protéasome)
 Inhibition d’activité enzymatique
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - Protéines
ROS
Protéines
I. ROS & Stress Oxydant
Dégâts - ADN
ROS
Lipides
Protéines
ADN
Anomalies fonctionnelles

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I. ROS & Stress Oxydant
Défenses
Mn
Chaîne
respiratoire
Cu/Zn
Se
Cyt c
Défenses :
- Enzymes  Superoxyde dismutase – glutathion peroxydase - catalase
- Piégeurs  Vitamines E & C – Caroténoïdes – Cytochrome c
- Chélateurs des métaux  Fer - Cuivre
I. ROS & Stress Oxydant
Défenses - Enzymatiques
Catalase 2 H2O2 2 H2O + O2
Fe
Principalement localisée dans le peroxysome
Superoxyde
Dismutase (SOD) 2 O2
-
. H2O2 + O2
2 H+
1 e-
Mn
Cu/Zn
Localisée dans la mitochondrie, le cytosol et extracellulaire
Peroxydases H2O2 + AH2 2H2O + A
Se
Localisée dans la mitochondrie, le cytosol et extracellulaire
(le glutathion et la thioredoxine  principaux donneurs d’électrons)
I. ROS & Stress Oxydant
Défenses - Enzymatiques
Superoxyde
Dismutase (SOD) 2 O2
-
. H2O2 + O2
2 H+
1 e-
Cu/Zn (SOD1)  Cytosol, Noyau
Mn (SOD2)  Matrice mitochondriale
Cu/Zn (SOD3)  Extracellulaire
Un seul métal, le cuivre (manganèse Mn3+/Mn2+), est impliqué dans la catalyse
Mn
Cu/Zn
I. ROS & Stress Oxydant
Défenses - Enzymatiques
Glutathion
Peroxydase (GPx) H2O2 + AH2 2H2O + A
2 A-SH = Glutathion réduit
SH
HS
S
S
A = Glutathion oxydé
peroxydase
H2O2
2 H2O
2 GSH
GS-SG
NADPH + H+
NADP+
Glutathion Peroxydase Glutathion réductase
Se
peroxydase
réductase
[g-glutamate-cystéine-glycine]