//img.uscri.be/pth/590ea42d9553bfe1b9a6df4bdeb0021b86f2aca3

Radicaux libres et stress oxydant: Aspects biologiques et pathologiques (Retirage 2007 broché)

-

Livres
587 pages
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus

Description

Radicaux libres et stress oxydant, ouvrage sans précédent en
français, aborde la problématique du stress oxydant dans son intégralité,
depuis la chimie du radical libre jusqu'à la description de son rôle dans
la physiopathologie des maladies chroniques.
Les développements très
détaillés de l'ouvrage s'articulent en deux parties. La première fait le
point des connaissances concernant la physicochimie des espèces réactives
de l'oxygène et de l'azote, envisageant leurs sources cellulaires, leurs
principaux effets biologiques et les dommages qu'elles créent aux
biomolécules. Les caractéristiques des antioxydants d'origine endogène et
exogène (liés aux apports nutritionnels) sont également traitées.
La
deuxième partie décrit précisément les effets délétères du stress
oxydant
sur les molécules du vivant, permettant de comprendre son rôle
dans le vieillissement physiologique et dans un grand nombre de
pathologies majeures, fréquentes ou émergentes : athérosclérose, diabète,
pathologies articulaires, maladies cardiaques, cancer, maladies
neurodégénératives.

Les bilans de supplémentations
en antioxydants et (ou) de thérapeutiques antioxydantes complémentaires
sont également présentés. Conçu par d'éminents spécialistes nationaux et
internationaux, Radicaux libres et stress oxydant, s'adresse aux
chercheurs, médecins, pharmaciens, scientifiques et aux étudiants des 2e
et 3e cycles.
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l'oxygène. Monoxyde d'azote. Sources cellulaires des espèces réactives de l'oxygène. Systèmes antioxydants endogènes. Cibles lipidiques des radicaux libres dérivés de l'oxygène et de l'azote - Effets biologiques des produits d'oxydation du cholestérol et des phospholipides. Oxydation des acides aminés et des protéines. Réactions d'oxydation et cibles biologiques : acides nucléiques. Radicaux libres, facteurs transcriptionnels et régulation des gènes. Antioxydants et nutrition. Espèces réactives de l'oxygène, antioxydants et vieillissement. Stress oxydant et athérosclérose. Stress oxydant, diabète sucré et produits de glycation avancée. Stress oxydant et ischémie cérébrale. Stress oxydant et coeur. Le stress oxydant dans les processus neurodégénératifs et la mort neuronale : cause ou conséquence ? Place des radicaux libres et des antioxydants dans la maladie cancéreuse. Stress oxydant, stress nitrosant et pathologies articulaires.

Sujets

Informations

Publié par
Ajouté le 23 janvier 2007
Nombre de lectures 1 060
EAN13 9782743019556
Langue Français
Signaler un abus

Projet4 30/06/08 7:39 Page 1
La connaissance des rôles biologiques et pathologiques des
radicaux libres est récente et en pleine évolution. Ce livre, sans
précédent en français, aborde la problématique du stress oxydant dans
son intégralité, depuis la chimie du radical libre jusqu’à la
descripRadicaux libres
tion de son rôle dans la physiopathologie des maladies chroniques.
Les développements très détaillés de l’ouvrage s’articulent en deux
parties. La première fait le point des connaissances concernant la
physicochimie des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote,
et
envisageant leurs sources cellulaires, leurs principaux effets
biolostress oxydant
giques et les dommages qu’elles créent aux biomolécules. Les
caractéristiques des antioxydants d’origine endogène et exogène
(liés aux apports nutritionnels) sont également traitées.
Aspects biologiques et pathologiques
La deuxième partie décrit précisément les effets délétères du
stress oxydant sur les molécules du vivant, permettant de
comprendre son rôle dans le vieillissement physiologique et dans un
grand nombre de pathologies majeures, fréquentes ou
émergentes : athérosclérose, diabète, pathologies articulaires, maladies
cardiaques, cancer, maladies neurodégénératives. Les bilans de
supplémentations en antioxydants et (ou) de thérapeutiques
antioxydantes complémentaires sont également présentés.
Radicaux libres et stress oxydant a été conçu pour les chercheurs,
e
médecins, pharmaciens, scientifiques et pour les étudiants des 2
e
et 3 cycles.
Jacques Delattre, Jean-Louis Beaudeux et Dominique
BonnefontJacques Delattre
Rousselot appartiennent à l’équipe de biochimie métabolique et
clinique « Stress oxydant et atteintes vasculaires » de la faculté de
Jean-Louis Beaudeux
pharmacie Paris 5 – René Descartes. Jacques Delattre a été à l’origine
Dominique Bonnefont-Rousselot
de la création du diplôme d’études approfondies « Stress oxydant ».
coordonnateurs
978-2-7430-0973-1
9:HSMHOD=UU^\XV:
Aspects biologiques et pathologiques
Coordonnateurs :
Jacques Delattre • Jean-Louis BeaudeuxetRadicaux libres stress oxydant Dominique Bonnefont-RousselotLiminaires 8/01/07 15:49 Page XIILiminaires 8/01/07 15:49 Page I
Radicaux libres
et stress oxydant
Aspects biologiques et pathologiques
Jacques Delattre ,
Jean-Louis Beaudeux ,
Dominique Bonnefont-Rousselot
coordonnateurs
11, rue Lavoisier
75008 Paris
LONDRES - PARIS - NEW YORKLiminaires 8/01/07 15:49 Page II
Chez le même éditeur
Les polyphénols en agroalimentaire
collection « Sciences et techniques agroalimentaires »
P. Sarni-Manchado,V. Cheynier,coord., 2006
Principes de nutrition pour le pharmacien
M.-P. Vasson,A. Jardel,coord., 2005
Aide-mémoire de biochimie et de biologie moléculaire
eF. Widmer,R. Beffa, 3édition, 2004
Communications et signalisations cellulaires
eY. Combarnous, 3édition, 2004
Neurosciences et maladies du système nerveux
« Rapport sur la science et la technologie » n° 16
Académie des sciences ,H. Korn,coord., 2003
Nutrigénétique du risque cardiovasculaire
C. Junien, 2003
Les vitamines dans les industries agroalimentaires
collection « Sciences et techniques agroalimentaires »
C. F. Bourgeois,coord., 2003
Les mitochondries – Biologie et incidences physiopathologiques
C. Delbart, 2000
©LAVOISIER, 2005
eISBN 13: 978-2-7430-0973-1 (2tirage, 2007)
Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le
présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l'éditeur ou du Centre Français d’Exploitation du droit de copie (20, rue
des Grands-Augustins - 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les
reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d’autre
part, les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre dans laquelle
erelles sont incorporées (Loi du 1juillet 1992 - art. L 122-4 et L 122-5 et Code Pénal art. 425).Liminaires 8/01/07 15:49 Page III
Abréviations et symboles
2 pas de changement
–1[ ] concentration en mol. L
•NO oxyde nitrique (monoxyde d’azote)
•OH radical hydroxyle
1O oxygène singulet2
2-OHdAdo 2-hydroxy-2’-désoxyadénosine
3-DG 3-désoxyglucosone
3-NT 3-nitrotyrosine
4-HNE 4-hydroxy-2-nonénal (4-hydroxynonénal)
4-OH-8-oxodGuo 4-hydroxy-8-oxo-4,8-dihydro-2’-désoxyguanosine
5’,6-cyclohdUrd 5’,6-cyclo-5,6-dihydro-2’-désoxyuridine
5’,6-cyclohThd 5’,6-cyclo-5,6-dihydrothymidine
5’,6-cyclo-OHhdUrd 5’,6-cyclo-5-hydroxy-5,6-dihydro-2’-désoxyuridine
5’,8-cyclodAdo 5’,8-cyclo-2’-désoxyadénosine
5’,8-cyclodGuo 5’,8-cyclo-2’-désoxyguanosine
5-FordUrd 5-formyl-2’-désoxyuridine
5-ForUra 5-formyluracile
5-HmdUrd 5-(hydroxyméthyl)-2’-désoxyuridine
5-HmUra 5-(hydroxymethyl)uracile
5-OH-5-MeHyd 5-hydroxy-5-méthylhydantoïne
5-OHCyt 5-hydroxycytosine
5-OHdUrd 5-hydroxy-2’-désoxyuridine
5-OH-Hyd 5-hydroxyhydantoïne
5-OHUra 5-hydroxyuracile
6-OHDA 6-hydroxydopamine
7h-OHC 7α-hydroxycholestérol
7 i-OHC 7β-hydroxycholestérol
7-CC 7-cétocholestérol
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page IV
IV Radicaux libres et stress oxydant
8-OHDG 8-hydroxy-2’-désoxyguanosine
8-oxoAde 8-oxo-7,8-dihydroadénine
8-oxodAdo 8-oxo-7,8-dihydro-2’-désoxyadénosine
8-oxodGTP 8-oxo-7,8-dihydro-2’-désoxyguanosine 5’-triphosphate
8-oxodGuo 8-oxo-7,8-dihydro-2’-désoxyguanosine
8-oxoGua 8-oxo-7,8-dihydroguanine
AAPH 2,2’-azo-bis-(2-amidinopropane)
ac. cya acide cyanurique
ac. oxal acide oxalurique
ACAT AcylcoA:cholestérol Acyl Transférase
ACM artère cérébrale moyenne
ADMA diméthylarginine asymétrique
ADN acide désoxyribonucléique
AGE produits de glycation avancée
AGL acide gras«libre» (non estérifié)
AGPI acide gras polyinsaturé
AINS anti-inflammatoire non stéroïdien
AlkA alkyladénine glycosylase
ANC apports nutritionnels conseillés
ANG II angiotensine II
AP 2-aminopurine
AP-1 activator protein 1
Apo(a) apolipoprotéine (a)
ApoB apolipoprotéine B
ApoE apolipoprotéine E
APP précurseur du peptide amyloïde
AR aldose réductase
ARN acide ribonucléique
ASK-1 apoptosis signal regulating kinase 1
ATP adénosine triphosphate
AVC accident vasculaire cérébral
bFGF basic fibroblast growth factor
BH tétrahydrobioptérine4
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page V
Listes des abréviations V
BHE barrière hémato-encéphalique
BMI body mass index, indice de masse corporelle (IMC)
CAT catalase
CCM chromatographie sur couche mince
CD cluster of differentiation
CETP cholesterol ester tranfer protein
CG-SM chromatographie en phase gazeuse associée à une
détection par spectrométrie de masse
CK créatine kinase
CLHP chromatographie liquide haute performance
CLHP-DEC chromatographie liquide à haute performance couplée à
une détection électrochimique
CLHP-IES-SM/SM chromatographie liquide à haute performance couplée à
un spectromètre de masse tandem avec une ionisation en
mode«electrospray »
CMH complexe majeur d’histocompatibilité
CML N -carboxyméthyllysine
ε
COX cyclo-oxygénase
CPT carnitylpalmitoyltransférase
CRP protéine C réactive
CuZnSOD superoxyde dismutase à cuivre et zinc
D dose d’irradiation
Da dalton
DA dopamine
dAdo 2’-désoxyadénosine
DAG diacylglycérol
DAT transporteur membranaire de la dopamine
dCyd 2’-désoxycytidine
DDAH diméthylarginine diméthylaminohydrolase
DFT density functional theory
dGuo 2’-désoxyguanosine
DHA acide déshydroascorbique
DMBA diméthylbenzanthracène
DNID diabète non insulinodépendant
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page VI
VI Radicaux libres et stress oxydant
DOPA dihydroxyphénylalanine
dtBHB acide di-tert-butyl-hydroxybenzoïque
DTT dithiothréitol
dUrd 2’-désoxyuridine
E’° potentiel standard biologique (à pH 7)
E° potentiel standard d’oxydoréduction
EGF epidermalgrowth factor
endo endonucléase
eNOS endothelial NO synthase, synthase endothéliale de
monoxyde d’azote
ERK extracellular signal-regulated kinase
ERN espèce réactive de l’azote
ERO espèce réactive de l’oxygène
EVM espérance de vie maximale
FAD flavine adénine dinucléotide
FapyAde 4,6-diamino-5-formamidopyrimidine
FapyGua 2,6-diamino-4-hydroxy-5-formamidopyrimidine
FMN flavine mononucléotide
Fo formylamine
Fpg formamidopyrimidine ADN N-glycosylase
G rendement radiolytique
Gadd45 growth arrest and DNA damage inducible gene
GAPDH glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase
Gh guanidinohydantoïne
GLUT transporteur du glucose
GMPc guanosine monophosphate cyclique 3’, 5’
GPx glutathion peroxydase
GS glutamine synthase
GSH glutathion (réduit)
GSSG glutathion oxydé
GST glutathion S-transférase
GSx glutathion total
Gua^Thy adduit guanine-thymine
Gy gray
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page VII
Listes des abréviations VII
H O peroxyde d’hydrogène2 2
HAP hydrocarbure aromatique polycyclique
HDL high-density lipoprotein, lipoprotéine de haute densité
Hg mercure
HIF hypoxia inducible factor
HK hexokinase
HLA human leukocyte locus A
hNth1 homologue humain de l’endo III bactérienne
•HO radical hydroxyle
•HO radical perhydroxyle (ou radical hydroperoxyle)
2
•HO radical hydrotrioxyde3
HOCl acide hypochloreux
HODE acide hydroxyoctadécadiénoïque
hOgg1 « oxoguanine glycosylase » humaine
HPETE acide hydroperoxyeicotétraénoïque
HPODE acide hydroperoxyoctadécadiénoïque
Hsp heat-shockprotein, protéine de choc thermique, protéine
de stress
I intensité d’irradiation
ICAM-1 intercellular adhesion molecule-1
ICV intracérébroventriculaire
IG intragastrique
IgG immunoglobuline G
IL interleukine
imidaz. 2,5-diamino-4H-imidazol-4-one, oxaz.,
2,2,4-triamino-5(2H)-oxazolone
IFN-j interféron γ
iNOS inducible NO synthase, synthase inductible de
monoxyde d’azote
IP intrapéritonéale
iPF2 F2-isoprostane
IRP iron regulator protein
ISB immunoslot blot
IV intraveineuse
J joule
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page VIII
VIII Radicaux libres et stress oxydant
JNK c-Jun N-terminal kinase
k constante de vitesse
kDa kilodalton
LCAT lécithine cholestérol acyltransférase
LCR liquide céphalorachidien
LDL low-density lipoprotein, lipoprotéine de basse densité
LDLox LDL oxydée
LM-PCR ligation-mediated polymerase chain reaction
L-NAME N ω-nitro-L-arginine méthyl ester
LO lipo-oxygénase
LOOH hydroperoxyde lipidique
LOX-1 lectin-like oxidized LDL receptor 1
Lp(a) lipoprotéine (a)
LPC lysophosphatidylcholine
LPL lipoprotéine kinase
LPS lipopolysaccharide
MA maladie d’Alzheimer
MAO monoamine oxydase
MAP-kinase mitogen-activated protein kinase
MCI-186 3-méthyl-1-phényl-2-pyrazolin-5-5-one ou édaravone
MCP-1 monocyte chemoattractant protein 1
MCSF macrophage-colony stimulating factor
MDA malonedialdéhyde (dialdéhyde malonique)
MM-LDL minimally-modified low-density lipoprotein
MMP métalloprotéase matricielle
MnSOD superoxyde dismutase à manganèse
–1mol. J mole par joule
–1mol. L mole par litre
MP maladie de Parkinson
MPG methyl-purine DNA N-glycosylase
MPO myéloperoxydase
+MPP 1-méthyl-4-phénylpyridinium
MPTP 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine
MQ ménadione
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page IX
Listes des abréviations IX
MRM multiple reaction monitoring
Msr méthionine sulfoxyde réductase
NAC N-acétylcystéine
+NAD nicotinamide adénine dinucléotide
+NADP nicotinamide adénine dinucléotide phosphate
+NADPH,H nicotinamide adénine dinucléotide phosphate réduit
NFqB nuclear factor κB
NGF nerve growth factor
NMA N-méthyl-arginine
nNOS neural NO synthase, synthase neuronale de monoxyde
d’azote
NOS NO synthase, synthase de monoxyde d’azote
NQO1 NADPH quinone oxydoréductase 1
•–O radical superoxyde (anion superoxyde)2
O ozone3
OACM occlusion de l’artère cérébrale moyenne
OHC hydroxycholestérol
–ONOO peroxynitrite
ox oxydant
PAF platelet-activating factor
PAF-AH platelet-activating factor acetyl hydrolase
PAI-1 plasminogen activator inhibitor 1
PARP poly(ADP-ribose) polymérase
PBN α-phényl-tert-butyl nitrone
PC phosphatidylcholine
PDGF platelet-derived growth factor
PDH pyruvate déshydrogénase
PFK phosphofructokinase
PG prostaglandine
PGE2 prostaglandine E2
PGI prostacycline2
PGPC palmitoyl-glutaryl-phosphatidylcholine
PIP phosphatidylinositol-3-phosphate3
PKC protéine kinase C
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page X
XRadicaux libres et stress oxydant
PLA phospholipaseA2 2
PMA phorbol myristate acetate
PMN polynucléaire neutrophile
PN peroxynitrite
PO per os
PON paraoxonase
postO après occlusion
postR après reperfusion
POVPC palmitoyl-oxovaléroyl-phosphatidylcholine
PPAR peroxysome proliferator-activated receptor
préO avant occlusion
préR avant reperfusion
Prx-1 peroxyrédoxine 1
PS1 préséniline 1
PS2 préséniline 2
PUFA polyunsaturated fatty acid,acide gras polyinsaturé (AGPI)
RAGE receptor for advanced glycation endproducts
RC restriction calorique
REB réparation par excision de bases
red réducteur
REN réparation par excision de nucléotides
RIN réparation par incision de nucléotides
RMN résonance magnétique nucléaire
•RO radical alkoxyle
•RO radical peroxyle2
RTK récepteur tyrosine kinase
rTPA recombinant tissue plasminogen activator,activateur
tissulaire du plasminogène recombinant
RTSK récepteur sérine/thréonine kinase
SAA serum amyloid A
SC sous-cutané
SDH sorbitol déshydrogénase
SHR rat spontanément hypertendu
SIM selected-ion monitoring
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XI
Listes des abréviations XI
SLA sclérose latérale amyotrophique
SNpc substantia nigra, pars compacta
SOD superoxyde dismutase
SOO superoxyde oxydase
SOR superoxyde réductase
Sp spiro-iminodihydantoïne
STAT signal transducers and activators of transcription
TBARS thiobarbituric acid reactive substance, espèce réactive
à l’acide thiobarbiturique
TBN tert-butyl-α-phénylnitrone
Tg 5,6-dihydroxy-5,6-dihydrothymine
TGF- ββ transforming growth factor beta
Thd thymidine
ThdGly 5,6-dihydroxy-5,6-dihydrothymidine
TIMP inhibiteur tissulaire des métalloprotéases
TNF-α tumour necrosis factor alpha
TRAP total radical trapping parameter
Trx thiorédoxine
U-74006F tirilazad
ub ubiquitine
UCH L-1 ubiquitine carboxyterminal hydrolase L-1
UCP protéine de découplage
UNG uracyl DNA N-glycosylase
UV ultraviolet
UVA composante de l’ultraviolet proche du rayonnement
solaire (320 nm < λ < 400 nm)
V volt
VCAM-1 vascular adhesion molecule 1
VEGF vascular endothelial growth factor
VIH virus de l’immunodéficience humaine
VLDL very low-density lipoprotein, lipoprotéine de très basse
densité
XDH xanthine déshydrogénase
XO xanthine oxydase
h PI inhibiteur α -protéinase (ou α -antitrypsine)1 1 1
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XIILiminaires 8/01/07 15:49 Page XIII
Avant-propos
L’intérêt pour les radicaux libres et le stress oxydant en biologie et en pathologie
a vu le jour, il y a à peine une cinquantaine d’années, lorsque le chercheur
américain Denham Harman émit l’hypothèse, en 1956, que le vieillissement serait en
partie dû à une accumulation de dommages moléculaires et cellulaires provoqués par
les espèces réactives de l’oxygène. Le rôle délétère de ces dernières a par la suite
été impliqué dans de nombreux syndromes pathologiques comme l’athérosclérose ,
le diabète sucré, les maladies neurodégénératives…
Cependant, depuis une quinzaine d’années, suite à la découverte du monoxyde
d’azote et de son rôle biologique, les nombreuses recherches fondamentales et
appliquées entreprises sur les espèces réactives de l’oxygène et de l’azote ont
apporté la preuve que certaines d’entre elles interviennent dans de nombreux
processus physiologiques (différenciation cellulaire, prolifération
cellulaire,apoptose…). Elles sont produites et libérées de façon bien contrôlée et participent à
l’homéostasie cellulaire. Ainsi, elles interviennent dans la transduction des signaux et
régulent l’expression des gènes redox-sensibles. Ces rôles biologiques
nouvellement mis en évidence font dire à Hensley et Floyd, deux éminents spécialistes de
l’université d’Oklahoma, que la biochimie radicalaire doit être dorénavant
considérée comme une discipline à part entière.
L’importance physiologique des multiples actions des espèces réactives de
l’oxygène et de l’azote, et la composante « stress oxydant » de nombreux processus
pathologiques justifient pleinement l’intérêt d’un ouvrage sur les radicaux libres et
le stress oxydant. La première partie de ce livre fait le point des connaissances de la
physicochimie des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote, leurs sources
cellulaires, leurs principaux effets biologiques et les dommages qu’elles créent aux
biomolécules. Les caractéristiques des antioxydants d’origine endogène et exogène
(liés aux apports nutritionnels) sont également traitées. La deuxième partie de
l’ouvrage traite de la place du stress oxydant au cours du vieillissement et dans un
certain nombre de pathologies. Pour ces pathologies, les mécanismes moléculaires et
cellulaires permettent de rendre compte des effets délétères des espèces réactives de
l’oxygène et de l’azote, et de leur importance dans l’apparition et l’évolution de la
maladie, ou la survenue de ses complications. Les bilans de supplémentations en
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XIV
XIV Radicaux libres et stress oxydant
antioxydants et (ou) de thérapeutiques antioxydantes complémentaires sont
également abordés .
Cet ouvrage a pu être réalisé grâce à la collaboration d’éminents spécialistes
français et étrangers, que nous remercions vivement .
Les coordonnateurs :
Jacques Delattre
Jean-Louis Beaudeux
Dominique Bonnefont-Rousselot
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XV
Préface
Le défi des coordonnateurs de cet ouvrage fut d’aborder de façon intégrée la
problématique du stress oxydant, de la chimie du « radical libre» jusqu’à la description
de son rôle dans la physiopathologie des maladies dégénératives (athérosclérose,
diabète,accidents vasculaires cérébraux ischémiques, pathologies neurodégénératives ,
infarctus du myocarde,cancer), en décrivant au passage les effets délétères de ce
stress sur les «molécules du vivant », et en permettant ainsi de comprendre son rôle
dans le vieillissement physiologique. Les effets néfastes du stress oxydant sont
partiellement annihilés dans l’organisme par les molécules antioxydantes, qui pour
beaucoup d’entre elles, sont présentes en abondance dans les aliments,ce qui est
rappelé dans le chapitre de cet ouvrage consacré à la nutrition.
Les enseignants-chercheurs et les chercheurs qui ont rédigé les différents chapitres
de ce livre ont su conjuguer et harmoniser leurs efforts pour décrire de façon
panoramique l’infinie complexité des phénomènes physiques,chimiques,biologiques et
physiopathologiques rencontrés dans le stress oxydant, tout en respectant la stricte
exactitude des « détails » scientifiques .
La connaissance portant sur le « stress oxydant » évolue en sens inverse des
connaissances des différentes disciplines scientifiques étiquetées : physique,chimie ,
biologie… Il est possible d’utiliser comme métaphore la «fission » et la «fusion »
nucléaire pour comparer ces évolutions entre elles. En effet,chaque discipline «
classique » tend à évoluer plutôt dans le sens de la«fission »,car son« bombardement »
par des données récentes la fragmente en une multitude de nouvelles disciplines (la
« biochimie » a donné la « biochimie structurale », la « biochimie métabolique», la
« biochimie clinique», la « biologie moléculaire»…). Des fissions successives
tendent à produire des disciplines qui se confondent avec la création de nouvelles
techniques : la «génomique», la «protéomique», etc. Ces «fissions » des disciplines
mères s’accompagnent d’une libération d’énergie qui, si elle ne se dissipe pas trop ,
permet la progression de la nouvelle discipline ainsi créée. À l’inverse, l’évolution
des connaissances portant sur le« stress oxydant » s’effectue plutôt dans le sens de la
«fusion» : des savoirs multiples et des constatations éparses (appartenant souvent
aux disciplines récemment créées par la fission des disciplines mères) qui isolément
n’avaient souvent qu’une portée scientifique relativement réduite tendent à se
compléter, pour s’intégrer dans un ensemble cohérent d’événements biologiques qui se
révèle consubstantiel de«la vie ».
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XVI
XVI Radicaux libres et stress oxydant
Comme en physique nucléaire,cette «fusion » des connaissances s’accompagne
d’une libération d’énergie considérable, responsable de l’inflation selon un mode
exponentiel du nombre des publications scientifiques et médicales consacrées au
« stress oxydant ». Il est souhaitable que cette énergie ne suive pas sa tendance
naturelle à se dissiper mais que les chercheurs la concentrent et la maîtrisent pour
accélérer l’émergence d’une nouvelle entité scientifique, en créant et en structurant une
discipline scientifique identifiée : « stress oxydant ». Cette nouvelle discipline devrait
enrichir la connaissance de la physiopathologie de nombreuses maladies
dégénératives et même infectieuses et devrait permettre d’identifier de nouvelles cibles
thérapeutiques potentielles, dont la découverte est indispensable pour imaginer et créer de
nouveaux médicaments .
Puisque le « stress oxydant » évolue dans le sens de l’intégration des
connaissances, la pratique de cette nouvelle«discipline » exige déjà de ses adeptes un savoir
quasi encyclopédique, tant dans les domaines des disciplines scientifiques de la
matière que dans ceux du vivant et requiert surtout des capacités très importantes
d’intégration et de mise en perspective des connaissances. La pratique de la
discipline « stress oxydant » redonne naissance à l’« honnête homme »,avec pour
diffée erence qu’il ne vit plus au XVII siècle, mais au XXI siècle !
eLa formation intellectuelle de l’« honnête homme » du XXI siècle n’est pas chose
aisée ! D’autant plus que l’enseignement s’est « atomisé» depuis quelques
décennies en une multitude de disciplines et que de nombreux étudiants et même lycéens
sont trop précocement transformés en hyperspécialistes de «nanodomaines », sans
avoir simultanément élargi le champ de leurs connaissances à d’autres domaines que
celui de leur spécialité et, pour nombre d’entre eux, sans en avoir acquis le goût .
L’enseignement doit donc être revu dans le sens de la conception d’un
enseignement «intégré». C’est là tout le mérite et la clairvoyance du professeur Jacques
Delattre et de ses collaborateurs d’avoir imaginé, il y a déjà plusieurs années, un
eenseignement de 3 cycle intégré sur le « stress oxydant », sous la forme d’un
diplôme d’études approfondies à l’Université Paris 5 et d’avoir été à l’origine de cet
ouvrage intitulé Radicaux libres et stress oxydant – Aspects biologiques et
pathologiques. Il faut également souligner la persévérance et le brio du professeur Jacques
Delattre et de son équipe pour avoir mené avec succès ce projet à terme.
De par ses remarquables qualités didactiques et scientifiques,cet ouvrage se
révélera vite indispensable aux étudiants qui abordent des études comportant une
composante biologique,ainsi qu’aux différents membres des professions de santé.
Jean-Charles Fruchart Patrick Duriez
professeur de biochimie clinique , professeur de physiologie ,
Faculté de pharmacie de Lille , Faculté de pharmacie de Lille ,
Université de Lille 2 Université de Lille 2
directeur du Département de recherche membre de l’unité mixte INSERM 545 /
sur les lipoprotéines et l’athérosclérose Université de Lille 2,Lille,France
Institut Pasteur de Lille
directeur de l’unité mixte INSERM 545 /
Université de Lille 2,Lille,France
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XVII
Liste des auteurs
Jean-Yves Artigou Marie-Céline Blanc
professeur des universités service de biochimie A
service de cardiologie Hôtel-Dieu
Hôpital Avicenne 1 place du Parvis Notre-Dame
125 rue de Stalingrad 75181 Paris cedex 04
93009 Bobigny cedex
David Blum
Robert Barouki laboratoire de neurochirurgie
INSERM U490 expérimentale
UFR biomédicale des Saints-Pères Université libre de Bruxelles-Érasme
45 rue des Saints-Pères B-1070 Bruxelles
75270 Paris cedex 06
Dominique Bonnefont-Rousselot
Jean-Louis Beaudeux professeur des universités
professeur des universités laboratoire de
laboratoire de biochimie métabolique
biochimie métabolique
et clinique (EA 3617)et clinique (EA3617)
Faculté des sciences pharmaceutiquesFaculté des sciences pharmaceutiques
et biologiques Paris 5et biologiques Paris 5
Université René Descartes4, Avenue de l’Observatoire
4 avenue de l'Observatoire75270 Paris cedex 06
75270 Paris cedex 06
Denis Blache
Didier Borderiedirecteur de recherche INSERM
maître de conférences des universitéslaboratoire de biochimie
laboratoire de biochimie Ades lipoprotéines
Hôpital CochinFaculté de médecine
27 rue du Faubourg Saint-Jacques7 boulevard Jeanne d'Arc
21079 Dijon cedex 75674 Paris cedex 14
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XVIII
XVIII Radicaux libres et stress oxydant
Jean Cadet Patrice Faure
DBI – Hôpital Michallonlaboratoire des lésions des acides
UFR de pharmacie – Université Joseph-nucléiques
Fourier Grenoble 1DRFMC / SCIB
BP 217Commissariat à l'énergie atomique
38043 Grenoble cedex 0938054 Grenoble cedex 9
Alain FavierIrène Ceballos-Picot
professeur des universitésINSERM U383
laboratoire des lésions des acidesHôpital Necker-Enfants malades
nucléiques
149 rue de Sèvres DRFMC/SCIB
75015 Paris Commissariat à l'énergie atomique
38054 Grenoble cedex 9
Jean-Christophe Charniot
service de cardiologie Monique Gardès-Albert
Hôpital Avicenne professeur des universités
125 rue de Stalingrad laboratoire de chimie-physique
93009 Bobigny cedex (UMR 8601 du CNRS)
UFR biomédicale des Saints-Pères
45 rue des Saints-PèresLuc Cynober
75270 Paris cedex 06professeur des universités
service de biochimie A
Michèle GarlattiHôtel-Dieu
INSERM U4901 place du Parvis Notre-Dame
UFR biomédicale des Saints-Pères75181 Paris cedex 04
45 rue des Saints-Pères
75270 Paris cedex 06
Jacques Delattre
professeur des universités Didier Gasparutto
laboratoire de biochimie métabolique laboratoire des lésions des acides
et clinique (EA 3617) nucléiques
Faculté des sciences pharmaceutiques DRFMC / SCIB
et biologiques Paris 5 Commissariat à l'énergie atomique
Université René Descartes 38054 Grenoble cedex 9
4 avenue de l'Observatoire
75270 Paris cedex 06 Isabelle Hininger
laboratoire de nutrition, vieillissement ,
maladies cardiovasculairesThierry Douki
UFR de pharmacie – Université Joseph-laboratoire des lésions des acides
Fourier Grenoble 1nucléiques
Domaine de la MerciDRFMC / SCIB
38700 La TroncheCommissariat à l'énergie atomique
38054 Grenoble cedex 9
Daniel Jore
professeur des universités
Ohvanesse G. Ekindjian laboratoire de chimie-physique (UMR
maître de conférences des universités 8601 du CNRS)
laboratoire de biochimie A UFR biomédicale des Saints-Pères
Hôpital Cochin Paris 5
27 rue du Faubourg Saint-Jacques 45 rue des Saints-Pères
75674 Paris cedex 14 75270 Paris cedex 06
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XIX
Liste des auteurs XIX
Alain Legrand Jean Nève
professeur des universités professeur des universités
laboratoire de biochimie métabolique laboratoire de chimie pharmaceutique
et clinique (EA 3617) Institut de pharmacie – Université libre
Faculté des sciences pharmaceutiques de Bruxelles
et biologiques Paris 5 Campus Plaine 205/5
Université René Descartes B-1050 Bruxelles
4 avenue de l'Observatoire
75270 Paris cedex 06 Jacqueline Peynet
maître de conférences des universités
Dominique Lerouet laboratoire de biochimie métabolique
laboratoire de pharmacologie et clinique (EA 3617)
Faculté des sciences pharmaceutiques Faculté des sciences pharmaceutiques
et biologiques Paris 5 et biologiques Paris 5
Université René Descartes Université René Descartes
4 avenue de l'Observatoire 4 avenue de l'Observatoire
75270 Paris cedex 06 75270 Paris cedex 06
Isabelle Margaill Michel Plotkine
professeur des universités professeur des universités
laboratoire de pharmacologie laboratoire de pharmacologie
Faculté des sciences pharmaceutiques Faculté des sciences pharmaceutiques
et biologiques Paris 5 et biologiques Paris 5
Université René Descartes Université René Descartes
4 avenue de l'Observatoire 4 avenue de l'Observatoire
75270 Paris cedex 06 75270 Paris cedex 06
Christophe Moinard Serge Przedborski
laboratoire de biologie de la nutrition Neuroscience Research Laboratories
(EA 2498) of Movement Disorder Division
Faculté des sciences pharmaceutiques Department of Neurology / Departement
et biologiques of Pathology and Center for
Université René Descartes Neurobiology and Behavior
4 avenue de l'Observatoire Columbia University
75270 Paris cedex 06 New York 10032, États-Unis
Yannick Morel Charles Ramassamy
INSERM U490 INRS – Institut Armand Frappier
UFR biomédicale des Saints-Pères 245 bd Hymus
45 rue des Saints-Pères Pointe-Claire (QC) H9R 1G6, Canada
75270 Paris cedex 06
Jean-Luc Ravanat
Linda Nascimbeni laboratoire des lésions des acides
service de cardiologie nucléiques
Hôpital Avicenne DRFMC / SCIB
125 rue de Stalingrad Commissariat à l'énergie atomique
93009 Bobigny cedex 38054 Grenoble cedex 9
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XX
XX Radicaux libres et stress oxydant
Anne-Marie Roussel Marie-Paule Vasson
professeur des universitésprofesseur des universités
laboratoire de nutrition, vieillissement , laboratoire de biochimie, biologie
moléculaire et nutritionmaladies cardiovasculaires
Faculté de pharmacieUFR de pharmacie – Université
Joseph28 place Henri DunantFourier Grenoble 1
63000 Clermont-FerrandDomaine de la Merci
38700 La Tronche
Patrice Thérond
maître de conférences des universités
laboratoire de biochimie métabolique
et clinique (EA 3617)
Faculté des sciences pharmaceutiques
et biologiques Paris 5
Université René Descartes
4 avenue de l'Observatoire
75270 Paris cedex 06
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXI
Table des matières
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XIII
Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XV
Chapitre 1
__________Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1. Nature des espèces radicalaires dérivées de l’oxygène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1.1. Réduction monoélectronique de O et de ses dérivés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
1.2. Degrés d’oxydation de l’atome d’oxygène dans O et ses dérivés . . . . . . . . . . . . .42
1.3. Potentiels standard d’oxydoréduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2. Radical hydroxyle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.1. Propriétés cinétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.2. Modes d’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3. Radical superoxyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
3.1. Propriétés cinétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
3.2. Hypothèses sur la toxicité indirecte du radical superoxyde . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
4. Radicaux peroxyles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4.1. Influence de l’oxygène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4.2. Propriétés cinétiques et modes d’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4.3. Réactions en chaîne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
5. Protecteurs chimiques – Antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
5.1. Réactions en compétition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
5.2. Thiols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
5.3. Antioxydants d’origine alimentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
6. Radicaux libres oxygénés in vitro – Radiolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
6.1. Radiolyse de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
• •–6.2. Production des radicaux OH et O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192
6.3. Radiolyse gamma ou radiolyse à l’état quasi-stationnaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
6.4. Radiolyse pulsée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXII
XXII Radicaux libres et stress oxydant
Chapitre 2
_______________________________________________________________Monoxyde d’azote 25
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
•1. Propriétés physicochimiques du NO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
1.1. Réaction avec l’oxygène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
1.2. Réaction avec des radicaux oxygénés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
1.3. Réaction avec des fonctions thiols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
1.4. Réaction avec les métaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
•2. Synthèse du NO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.1. Les monoxyde d’azote synthases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
2.1.1. NOS constitutives (cNOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
2.1.2. NOS inductible (iNOS ou Type II ou NOS-2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
2.2. Disponibilité en arginine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.2.1. Régulation via la synthèse de novo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.2.2. Régulation via la dégradation de l’arginine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.2.3. Régulation via le transport de l’arginine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
•3. Mécanismes d’action du NO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
•3.1. NO modulateur de nombreuses activités enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
•3.2. NO et stress oxydant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
•3.3. NO et ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
•3.4. NO et respiration mitochondriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
•3.5. Le NO messager inter- et intracellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
•3.5.1. NO et transduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
•3.5.2. NO et transcription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
•3.6. NO et apoptose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
•4. Rôles physiologiques du NO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
•4.1. NO et système cardiovasculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
•4.2. NO, endothélium vasculaire et aggrégation plaquettaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
•4.3 . NO et système nerveux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
•4.4. NO et système immunitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
•5. Implication du NO en pathologie humaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
5.1. Diabète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
5.2. Maladies du système nerveux central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
5.3. Pathologies gastrointestinales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
•5.4. NO et fonction pulmonaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
5.5. Syndromes d’ischémie-reperfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
•5.6. NO et athérosclérose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Chapitre 3
_________________________Sources cellulaires des espèces réactives de l’oxygène 45
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
1. Sources cellulaires des ERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
1.1. NAD(P)H oxydase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
1.1.1. Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXIII
Table des matières XXIII
1.1.2. Localisation cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
1.1.3. Nature du substrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
1.1.4. Caractéristiques de l’activité enzymatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
1.1.5. Modulation de l’activité enzymatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
1.1.6. Devenir de l’anion superoxyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
1.1.7. Spécificité de la NAD(P)H oxydase des cellules non phagocytaires . . . . .50
1.2. Xanthine oxydase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
1.2.1. Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
1.2.2. Localisation cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
1.2.3. Nature du substrat et activité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
1.3. Enzymes de la voie de l’acide arachidonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
1.3.1. Lipo-oxygénases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
1.3.2. Cyclo-oxygénases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
1.4. Enzymes des organites cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
1.4.1. Mitochondries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
1.4.2. Lysosomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
1.4.3. Réticulum endoplasmique lisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
1.4.4. Peroxysomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
1.4.5. Noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
2. Balance oxydants-antioxydants intracellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.1. Principes généraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
2.2. Homéostasie redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
2.3. Contrôle de l’homéostasie redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
3. Signaux membranaires à l’origine de la production cellulaire des ERO . . . . . . . . . . . .60
3.1. Récepteurs des cytokines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
3.2. Récepteurs tyrosine-kinases (RTK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
3.3. Récepteurs sérine/thréonine kinases (RSTK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
3.4. Récepteurs couplés à des protéines G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
3.5. Récepteurs couplés à des canaux ioniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
4. Action des ERO sur les voies de signalisation intracellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
4.1. Activation des récepteurs par phosphorylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
4.2. Amplification des cascades de signalisation par inhibition des phosphatases . . . .70
4.3. Activation des protéines kinases cytoplasmiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
4.4. Activation des cascades des MAP kinases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
4.5. Activation des isoformes de la protéine kinase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
4.6. Modification du calcium intracytosolique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
4.7. Activation du facteur de transcription AP-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
4.8. Activation du facteur de transcription NF-κB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
5. Mécanismes d’action moléculaires des ERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
5.1. Modification de l’équilibre redox intracellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
5.2. Modification oxydative des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
6. Localisation cellulaire des ERO – Importance fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXIV
XXIV Radicaux libres et stress oxydant
Chapitre 4
______________________________________________Systèmes antioxydants endogènes 87
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
1. Systèmes antioxydants enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
1.1. Enzymes responsables de la dismutation de l’ion superoxyde – Superoxyde
dismutases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
1.1.1. Superoxyde dismutase à cuivre et à zinc : SOD1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
1.1.2. Superoxyde dismutase à manganèse : SOD2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
1.1.3. Superoxyde dismutase à cuivre et à zinc extracellulaire : SOD3 . . . . . . . .92
1.2. Enzymes agissant sur les peroxydes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
1.2.1. Catalase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
1.2.2. Glutathion peroxydases : GPx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
1.3. Enzyme intervenant dans la protection des protéines à fonction thiol :
le système thiorédoxine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
1.4. Interrelations des enzymes antioxydantes dans la régulation
du stress oxydant intracellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
2. Systèmes antioxydants non enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
2.1. Glutathion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
2.1.1. Capture d’espèces radicalaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
2.1.2. Participation à l’activité d’enzymes antioxydantes . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
2.2. Bilirubine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
2.3. Hormones sexuelles (œstrogènes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
2.4. Acide urique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
2.5. Coenzyme Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
2.6. Mélanines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
2.7. Mélatonine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
2.8. Acide lipoïque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Chapitre 5
Cibles lipidiques des radicaux libres dérivés de l’oxygène
et de l’azote – Effets biologiques des produits d’oxydation du cholestérol
___________________________________________________________et des phospholipides 113
Introduction – Cibles potentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113
1. Agents initiateurs de l’oxydation des lipides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
1.1. Métaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
1.2. Radicaux libres dérivés de l’oxygène et de l’azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
1.3. Lipoxygénases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
2. Produits d’oxydation des phospholipides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
2.1. Hydroperoxydes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
2.2. Produits de décomposition des hydroperoxydes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
2.3. Autres produits d’oxydation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
2.3.1. Action de l’acide hypochloreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
2.3.2. Espèces dérivées de l’azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
3. Produits d’oxydation du cholestérol – Oxystérols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXV
Table des matières XXV
4. Effets biologiques des produits d’oxydation du cholestérol et des phospholipides . . .127
4.1. Sources potentielles des lipides oxydés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
4.1.1. Oxystérols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
4.1.2. Phospholipides oxydés et produits dérivés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
4.2. Effets biologiques des oxystérols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
4.2.1. Métabolisme du cholestérol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
4.2.2. Réactivité vasculaire et thrombose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
4.2.3. Cancer et apoptose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
4.2.4. Autres effets biologiques reliés avec la pathologie cardiovasculaire . . . .139
4.3. Effets biologiques des phospholipides oxydés et produits dérivés . . . . . . . . . . . .140
4.3.1. Phospholipides oxydés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
4.3.2. Acides gras oxydés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
Conclusion et perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
Chapitre 6
________________________________Oxydation des acides aminés et des protéines 147
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147
1. Oxydation des acides aminés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
1.1. Acides aminés soufrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
1.2. Acides aminés basiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
1.3. Acides aminés aromatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
2. Peroxynitrite et acides aminés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
3. Oxydation de la chaîne polypeptidique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
4. Glyco-oxydation et lipo-oxydation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
5. Composés carbonylés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
6. Réparation des acides aminés oxydés et dégradation des protéines oxydées . . . . . . .157
6.1. Méthionine-sulfoxyde réductase (Msr) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
6.2. Protéasome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
Chapitre 7
Réactions d’oxydation et cibles biologiques:acides nucléiques _____________169
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
1. Formation de lésions simples et doubles de bases dans l’ADN isolé
et dans des composés modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
•1.1. Réactions de la thymine avec le radical OH et les agents d’oxydation
à un électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
•1.2. Réactions de la cytosine avec le radical OH et les agents d’oxydation
à un électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
1.3. Réactions d’oxydation de la guanine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
•1.3.1. Réactions de décomposition de la guanine par le radical OH
et les agents d’oxydation à un électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
1.3.2. Oxydation de la guanine par l’oxygène singulet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
1.3.3. Réactions d’oxydation secondaire de composés
de la 8-oxo-7,8-dihydroguanine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXVI
XXVI Radicaux libres et stress oxydant
1.4. Réactions d’oxydation de l’adénine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
1.5. Formation de lésions tandem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
1.5.1. Lésions de bases tandem impliquant la formylamine
et la 8-oxo-7,8-dihydroguanine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..192
1.5.2. Lésions tandem impliquant deux molécules de cytosine . . . . . . . . . . . . . .194
1.5.3. Lésions tandem impliquant la formation d’une liaison covalente
entre le 2-désoxyribose et les bases puriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
2. Mesure des bases oxydées de l’ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
2.1. Méthodes spécifiques de mesure de bases oxydées dans l’ADN cellulaire . . . . .196
2.1.1. Méthodes non chromatographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
2.1.2. La technique de CLHP-post-marquage au 32P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
2.1.3 Chromatographie en phase gazeuse associée à une détection
par spectrométrie de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
2.1.4. CLHP associée par une détection électrochimique . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
2.1.5. CHLP-SM et CLHP-SM/SM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205
2.2. Mesures par des méthodes enzymatiques de bases oxydées de l’ADN
dans des cellules isolées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
3. Lésions oxydatives de bases dans l’ADN cellulaire et les fluides biologiques . . . . . .209
3.1. ADN cellulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210
3.2. Fluides biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212
4. Spécificité de réparation et propriétés codantes des lésions oxydatives
des bases de l’ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214
4.1. Spécificité de substrat et mécanisme d’action des ADN N-glycosylases
pour des lésions oxydatives uniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215
4.2. Élimination des lésions multiples par les enzymes de réparation des systèmes
d’excision de bases et de nucléotides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217
4.3. Propriétés codantes et mutagènes des lésions oxydatives simples et doubles .....218
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221
Chapitre 8
_________Radicaux libres, facteurs transcriptionnels et régulation des gènes 245
Préambule : la double vie des ERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245
1. Les facteurs de transcription sont les cibles des ERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
2. Les facteurs transcriptionnels de bactérie et de levure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247
3. Régulation des facteurs de transcription chez les mammifères . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
3.1. NF-κB (Nuclear Factor κB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250
3.2. AP-1 (Activator Protein 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251
3.3. Les facteurs Nrf2 et Bach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
4. Stress oxydant et régulation du métabolisme des xénobiotiques . . . . . . . . . . . . . . . . .254
5. Spécificité et régulation différentielle des facteurs de transcription . . . . . . . . . . . . . .255
6. Hypothèse sur le rôle du stress oxydant au cours d’autres stress cellulaires . . . . . . . .256
7. Stress oxydant, pathologie et vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXVII
Table des matières XXVII
Chapitre 9
______________________________________________________Antioxydants et nutrition 261
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261
1. Les antioxydants d’origine nutritionnelle : rôle biologique et besoins . . . . . . . . . . . .261
1.1. Micronutriments antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
1.1.1. Vitamine E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
1.1.2. Vitamine C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
1.1.3. Caroténoïdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
1.1.4. Zinc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264
1.1.5. Sélénium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265
1.2. Autres micronutriments dont l’action est complémentaire
des micronutriments antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265
1.2.1. Vitamine B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2652
1.2.2. Vitamine B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2663
1.2.3. Vitamine B - Acide Folique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2669
1.3. Microconstituants antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
1.3.1. Polyphénols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
1.3.2. Sulfures d’allyle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267
2. Déficits en antioxydants nutritionnels, stress oxydant et incidence des pathologies ......268
2.1. Origine des déficits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268
2.2. Conséquences des déficits en micronutriments antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . .268
3. Groupes de la population générale à apports insuffisants en antioxydants
et à stress oxydant élevé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270
3.1. Femmes ménopausées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270
3.2. Sujets âgés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
3.3. Obèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
3.4. Fumeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272
4. Effets d’apports en antioxydants sur les maladies cardiovasculaires,
le cancer et l’immunité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272
4.1. Rôle protecteur de l’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272
4.2. Études d’intervention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273
4.2.1. Effets des supplémentations par le sélénium sur les cancers . . . . . . . . . . .273
4.2.2. Effets des sutations antioxydantes sur les cancers
et les maladies cardiovasculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
4.2.3. Effets des supplémentations antioxydantes sur l’immunité . . . . . . . . . . .275
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .275
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276
Chapitre 10
_______________Espèces réactives de l’oxygène,antioxydants et vieillissement 281
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
1. ERO, antioxydants, constituants cellulaires oxydés et systèmes
de réparation au cours du vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282
1.1. ERO, pro-oxydants et vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282
1.2. Antioxydants et vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
1.2.1. Antioxydants enzymatiques et non enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXVIII
XXVIII Radicaux libres et stress oxydant
1.2.2. Pouvoir antioxydant total du plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285
1.3. Oxydation des constituants cellulaires au cours du vieillissement . . . . . . . . . . . .285
1.3.1. Lipofuchsine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285
1.3.2. Produits de glycation avancée (AGE), de glyco-oxydation,
de lipo-oxydation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286
1.3.3. Produits de la peroxydation lipidique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287
1.3.4. Acides aminés oxydés, protéines oxydées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288
1.3.5. Oxydation des acides nucléiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290
2. Comparaison entre les espèces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291
2.1. Constituants cellulaires oxydés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291
2.2. Capacités antioxydantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292
2.3. Production mitochondriale de radicaux superoxydes et de peroxyde
d’hydrogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293
3. Restriction calorique et vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293
4. Supplémentation antioxydante et thérapeutique antioxydante . . . . . . . . . . . . . . . . . . .295
5. Études génétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296
5.1. Mutants et vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296
5.1.1. Caenorhabditis elegans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297
5.1.2. Drosophila melanogaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298
5.1.3. Souris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299
5.2. Surexpression de gènes d'enzymes antioxydantes et vieillissement . . . . . . . . . . .300
5.2.1. SOD, catalase, glutathion-réductase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300
5.2.2. Méthionine sulfoxyde réductase (Msr) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .303
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304
Chapitre 11
Stress oxydant et athérosclérose 311––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
1. Rappels sur l’athérosclérose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312
2. Facteurs étiologiques de l’athérogenèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
2.1. Facteurs constitutionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314
2.2. Facteurs environnementaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
2.3. Anomalies du métabolisme lipidique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
2.4. Autres pathologies métaboliques et hémodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316
2.5. Pathologies infectieuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316
3. Stress oxydant et athérogenèse : stimuli et cibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317
3.1. Les lipoprotéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
3.1.1. Lipoprotéines de basse densité (LDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320
3.1.2. Lipoprotéine(a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
3.1.3. Lipoprotéines de haute densité (HDL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325
3.2. Autres stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328
3.2.1 Facteurs activant les NAD(P)H oxydases vasculaires . . . . . . . . . . . . . . . .329
3.2.2 Facteurs activant la production mitochondriale d’anion superoxyde . . . .332
•3.2.3. Facteurs diminuant la production et l’activité de NO . . . . . . . . . . . . . . . .333
3.2.4. Facteurs diminuant l’activité superoxyde dismutase . . . . . . . . . . . . . . . . .336
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXIX
Table des matières XXIX
4. Le stress oxydant de la formation de la strie lipidique à la rupture de plaque . . . . . . .338
4.1. Événements précoces de l’athérogenèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338
4.2. Progression de l’athérosclérose : Formation de la plaque fibrolipidique . . . . . . .342
4.3. Fragilisation et rupture de la plaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .345
Chapitre 12
______________Stress oxydant, diabète sucré et produits de glycation avancée 353
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
1. Anomalies vasculaires décrites au cours du diabète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .354
2. Sources de radicaux libres au cours des états d’hyperglycémie . . . . . . . . . . . . . . . . .354
2.1. Augmentation de la voie des polyols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355
2.2. Glycation des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .357
2.2.1. Glycation des protéines et génération de radicaux libres . . . . . . . . . . . . .357
2.2.2. Conséquences de la glycation des protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359
2.3. Activation de l’angiotensine II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .362
2.4. Hyperglycémie et production mitochondriale d’anions superoxydes . . . . . . . . . .362
2.5. Hyperglycémie et facteurs de transcription . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364
3. Apport des thérapeutiques antioxydantes et anti-AGE dans le traitement du diabète. ...364
3.1. Molécules antioxydantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
3.2. Molécules anti-AGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .366
3.2.1. Inhibiteurs de la formation des AGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .366
3.2.2. Antagonistes des récepteurs cellulaires aux AGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367
3.3. Anti-diabétiques oraux possédant des propriétés antioxydantes et/ou anti-AGE ....367
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370
Chapitre 13
__________________________________________Stress oxydant et ischémie cérébrale 377
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .377
1. Sources de radicaux libres dans l’ischémie cérébrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378
2. Mise en évidence d’un stress oxydant après une ischémie cérébrale . . . . . . . . . . . . . .379
2.1. Chez l’homme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .379
2.2. Chez l’animal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .380
3. Implication du stress oxydant dans les dommages cérébraux postischémiques . . . . .381
3.1. Études pharmacologiques utilisant des antioxydants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381
3.2. Études utilisant des souris transgéniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .386
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .386
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
Chapitre 14
_________________________________________________________Stress oxydant et cœur 395
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .395
1. Métabolisme cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .395
1.1 Le métabolisme du cœur dans les conditions physiologiques . . . . . . . . . . . . . . .396
1.1.1. Voie d’utilisation des acides gras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .397
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXX
XXX Radicaux libres et stress oxydant
1.1.2. Voie d’utilisation du glucose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .397
1.1.3. La pyruvate deshydrogénase : une enzyme clé de l’équilibre du substrat
acide gras/glucose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .398
1.1.4. La chaîne respiratoire mitochondriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .398
1.2. Situations physiopathologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399
1.2.1. Régime hyperglycémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399
1.2.2. Régime hyperlipidique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399
1.3. Conséquences de l’ischémie myocardique et de reperfusion . . . . . . . . . . . . . . . .400
1.3.1. Au cours de l’ischémie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .400
1.3.2. Au cours de la reperfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .401
2. Préconditionnement ischémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402
2.1. Voies de signalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .403
2.1.1. Implications des espèces réactives de l’oxygène . . . . . . . . . . . . . . . . . . .403
2.1.2. Rôle des phosphates de haute énergie (ATP, ADP) . . . . . . . . . . . . . . . . .404
2.1.3. Implications de l’adénosine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .405
2.1.4. Implication des canaux potassiques ATP-dépendant
de la mitochondrie et du sarcolemme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .405
2.1.5. Implications des protons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406
2.1.6. Implication de la cyclo-oxygénase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406
2.2. Préconditionnement et protection endothéliale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406
3. Implications du stress oxydant dans différentes pathologies cardiaques . . . . . . . . . .407
3.1. Hypertension artérielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .407
3.2. Insuffisance cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410
3.2.1. Hypertrophie et insuffisance cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410
3.2.2. Infarctus du myocarde et insuffisance cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410
3.3. Cardiomyopathies induites par les catécholamines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .412
3.4. Cardiomyopathie induite par l’adriamycine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .413
3.5. Cardiopathie ischémique (ischémie-reperfusion) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .413
3.5.1. Sidération myocardique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .413
3.5.2. Hibernation myocardique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .414
3.5.3. Syndrome ischémique aigu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .414
3.6. Chirurgie cardiaque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
4. Métabolisme et stress oxydant : approches thérapeutiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .416
4.1. Traitement par Glucose/Insuline/Potassium (GIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .416
4.2. Activateurs des canaux potassiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .417
4.3. Trimétazidine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .418
4.4. Effets pléiotropes des statines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .419
4.5. Intérêt de l’épreuve d’effort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .419
4.6. Les limites des traitement antioxydants dans l’étude de prévention . . . . . . . . . . .419
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421
Chapitre 15
Le stress oxydant dans les processus neurodégénératifs
_______________________________et la mort neuronale:cause ou conséquence ? 429
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
1. Les processus oxydatifs dans les systèmes neuronaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXXI
Table des matières XXXI
1.1. Sources des oxydants dans le cerveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430
1.2. Importance du peroxynitrite dans les dommages cérébraux
superoxyde-dépendants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430
1.3. Les marqueurs biologiques du stress oxydant dans les pathologies
neurodégénératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .431
2. Agrégation protéique, inflammation et production d’ERO dans les maladies
neurodégénératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .432
3. Importance de la balance oxydants/antioxydants dans la maintenance
et la survie neuronale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .433
3.1. Expression et localisation des antioxydants dans le système nerveux central . . .433
3.2. Conséquences de manipulations génétiques et pharmacologiques
de la défense antioxydante dans le cerveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .434
3.3. Les souris transgéniques exprimant la CuZnSOD mutée : un modèle
de Sclérose Latérale Amyotrophique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .435
4. Rôle du stress oxydant dans les pathologies neurodégénératives : exemple
de la maladie de Parkinson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436
4.1. Rappel de la pathogenèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436
•4.2. Radicaux libres et toxicité de NO dans la maladie de Parkinson . . . . . . . . . . . .438
4.3. Mise en évidence du stress oxydant dans la substance noire . . . . . . . . . . . . . . . .439
5. Le stress oxydant dans les modèles expérimentaux de la maladie de Parkinson . . . . .443
5.1. Description du modèle 6-hydroxydopamine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .443
5.2. Description du MPTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .445
5.3. La réponse gliale : un rôle important dans la pathogenèse du modèle
MPTP et la maladie de Parkinson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .447
6. Mécanismes des réactions « radicalaire » dans la maladie de Parkinson . . . . . . . . . .448
6.1. Production du peroxynitrite dans les régions cérébrales particulièrement
vulnérables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .448
6.2. Anion superoxyde et oxyde nitrique : un « cocktail » mortel . . . . . . . . . . . . . . . .449
•6.3. Origine du NO impliqué dans la neurotoxicité du MPTP . . . . . . . . . . . . . . . . . .451
6.4. Dommages causés par le peroxynitrite à la tyrosine hydroxylase et α-synucléine . . . .452
6.5. Mort des neurones dopaminergiques par activation des voies
moléculaires de l’apoptose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .452
7. Scénario impliquant le peroxynitrite dans la mort des neurones
dopaminergiques dans la maladie de Parkinson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
8. Le stress oxydant dans la maladie d’Alzheimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
8.2. Oxydation des lipides dans la maladie d’Alzheimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .454
8.3. Oxydation des protéines dans la maladie d’Alzheimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .455
8.4. Oxydation des acides nucléiques dans la maladie d’Alzheimer . . . . . . . . . . . . . .456
8.5. Amyloïde et stress oxydant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .457
8.6. Stress oxydant et apolipoprotéine E dans la maladie d’Alzheimer . . . . . . . . . . . .457
9. Neuroprotection antioxydante comme approche préventive et thérapeutique
des pathologies neurodégénératives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .458
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .460
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXXII
XXXII Radicaux libres et stress oxydant
Chapitre 16
____Place des radicaux libres et des antioxydants dans la maladie cancéreuse 475
1. Mise en évidence des relations biologiques entre radicaux libres et cancers . . . . . . .475
1.1. Les agents carcinogènes sont des générateurs de stress oxydant . . . . . . . . . . . . .475
1.2. Les cellules tumorales produisent de grandes quantités d’espèces réactives
de l’oxygène (ERO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .477
1.3. Un stress oxydant est retrouvé chez les malades cancéreux . . . . . . . . . . . . . . . . .477
1.4. Les antioxydants protègent des cancers expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .478
2. Description des mécanismes expliquant l’effet carcinogène du stress oxydant . . . . .480
2.1. L’attaque de l’ADN et les mutations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .480
2.2. Effet prolifératif des ERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .482
2.3. Le stress oxydant diminue l’immunité antitumorale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .482
3. Effet paradoxal : la mort des cellules cancéreuses par apoptose nécessite
l’induction d’un stress oxydant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .484
4. Enrichissement en antioxydants et prévention des cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .484
4.1. Études descriptives des relations entre statut antioxydant et risque
de cancer chez l’homme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .485
4.2. Études d’intervention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .486
5. Faut-il améliorer le statut antioxydant des malades cancéreux ? . . . . . . . . . . . . . . . . .490
5.1. Amélioration de l’état général et immunitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .490
5.2. Effet sur les traitements anticancéreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .490
6. Thérapie cellulaire et génique antioxydante des cancers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .491
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .491
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .492
Chapitre 17
__________________Stress oxydant, stress nitrosant et pathologies articulaires 501
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .501
1. Stress oxydant et nitrosant dans la polyarthrite rhumatoïde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .501
1.1. Définition et épidémiologie de la maladie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .501
1.2. Aspects physiopathologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502
1.3. Stress oxydant et polyarthrite rhumatoïde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502
1.3.1. Origine de la production des radicaux libres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502
1.3.2. Diminution des capacités antioxydantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .504
1.3.3. Conséquences biologiques de l’action des radicaux libres . . . . . . . . . . . .505
1.3.4. Approches thérapeutiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .506
•1.4. Place du NO dans la polyarthrite rhumatoïde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .508
1.4.1. Études expérimentales chez l’animal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .508
1.4.2 Études chez l’homme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .508
•1.5. Origines cellulaires du NO dans la polyarthrite rhumatoïde . . . . . . . . . . . . . . . .510
1.5.1. Cellules synoviales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .510
1.5.2. Cellules monocytaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .510
1.6. Molécules pharmacologiques inhibitrices de la NOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .510
2. Stress oxydant et nitrosant dans l’arthrose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511
2.1. Définition de la maladie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511
2.2. Aspects physiopathologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXXIII
Table des matières XXXIII
2.3. Stress oxydant et arthrose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511
2.3.1. Production d’espèces radicalaires oxygénées par les chondrocytes . . . . .511
2.3.2. ERO et dégradation du cartilage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .512
2.4. Stress nitrosant et arthrose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .513
•2.4.1. Mise en évidence de métabolites du NO chez l’homme . . . . . . . . . . . . .513
•2.4.2. Production de NO par les chondrocytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .513
•2.4.3. Relations NO et apoptose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .514
•2.4.4. NO et constituants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .515
•2.4.5. NO et prostaglandine PGE2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .516
2.4.6. Molécules pharmacologiques à activité anti NOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .516
3. Stress oxydant et lupus érythémateux systémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .517
3.1. Définition de la maladie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .517
3.2. Aspects physiopathologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .517
3.3. Implications du stress oxydant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .517
3.4. Implications du stress nitrosant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .518
4. Stress oxydant et nitrosant et sclérodermie systémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
4.1. Définition de la maladie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
4.2. Aspects physiopatholiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
4.3. Stress oxydant et sclérodermie systémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
4.3.1. Implications du stress oxydant dans la physiopathologie
de la sclérodermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
4.3.2. Mise en évidence de marqueurs biologiques du stress oxydant . . . . . . . .521
4.4. Stress nitrosant et sclérodermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .522
•4.4.1. Défaut de production de NO par la NOS constitutive endothéliale . . . . .522
•4.4.2. Augmentation de la production de NO par la NOS inductible . . . . . . . . .522
4.5. Perspectives thérapeutiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .523
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .523
Références bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .523
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLiminaires 8/01/07 15:49 Page XXXIV01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1
1
Aspects physicochimiques
des radicaux libres centrés
sur l’oxygène
Monique Gardès-Albert,Daniel Jore
Introduction
Un radical libre est une espèce chimique possédant un électron célibataire sur sa
couche périphérique. Dans les phénomènes de stress oxydant, les radicaux libres qui
interviennent ont une propriété caractéristique commune,celle d’avoir un électron
célibataire sur un atome d’oxygène. Ceci leur confère la dénomination de radicaux
libres « centrés » sur l’oxygène. Les oxyradicaux ou espèces radicalaires dérivées de
l’oxygène peuvent avoir différentes structures dont les formules sont rassemblées
dans le tableau 1.
Tableau 1 ! Nature des différentes espèces radicalaires impliquées dans le stress
oxydant.
Radicaux libres du stress oxydant
•–O = radical superoxyde2
•HO = radical perhydroxyle*2
•OH = radical hydroxyle
•RO = radical peroxyle2
•RO = radical alkoxyle
Pour les radicaux peroxyle et alkoxyle, R désigne un substrat organique.
* Le radical perhydroxyle est la forme acide conjuguée (forme protonée) du radical superoxyde (pKa = 4,8).
Ces radicaux libres ne sont pas seulement l’apanage des phénomènes de stress
oxydant. Ils peuvent être générés au cours du métabolisme normal de l’oxygène in
vivo, mais, dans ce cas, en très faible quantité. En effet,au sein de la chaîne
respiratoire mitochondriale (où 85 % de l’oxygène sont métabolisés), se produit la
réduc©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 2
2 Radicaux libres et stress oxydant
tion complète de O par 4 électrons (réaction (1)) conduisant à la formation d’eau .2
Cependant cette réduction ne peut s’effectuer que par plusieurs étapes successives
qui donnent alors naissance à des intermédiaires partiellement réduits de l’oxygène
(Halliwell et Gutteridge, 1999). C’est ainsi qu’environ 2 % de l’oxygène consommé
au niveau mitochondrial (Cadenas et Davies, 2000), sont transformés en radicaux
•–superoxydes O . Ces derniers résultent de la réduction monoélectroniquede l’oxy-2
•–gène (réaction (2)). Les radicaux O étant des espèces potentiellement toxiques2
(voir paragraphe 3.), ils sont régulés par des enzymes, les superoxyde dismutases qui
catalysent leur dismutation (réaction (3)).
– +(1) O + 4 e + 4 H 2 H O2 2
– •–(2) O + 1 e O
2 2
++ 2 H
•– •–(3) O + O H O + O2 2 2 2 2
Bien que le peroxyde d’hydrogène (ou eau oxygénée,H O ) ne soit pas un radical2 2
libre mais une molécule (ayant tous ses électrons appariés), il est lui-même toxique
viades réactions de type « réaction de Fenton », se produisant en présence de
2+ +cations métalliques comme Fe ou Cu (Wardman et Candeias, 1996). En effet,au
cours d’une réaction de Fenton (réaction (4)), le peroxyde d’hydrogène donne
nais•sance à des radicaux hydroxyles OH qui sont les espèces radicalaires les plus
délétères du stress oxydant (voir paragraphe 2). Le peroxyde d’hydrogène est régulé in
vivogrâce à la catalasequi accélère sa dismutation (réaction (5)) et à la glutathion
peroxydase qui catalyse sa réduction par le glutathion (tripeptide soufré, symbolisé
ici par GSH) (réaction (6)). La localisation et les propriétés de ces enzymes
antioxydantes sont développées dans le chapitre 4, « Systèmes antioxydants endogènes ».
2+ • 3+ –(4) H O + Fe OH + Fe + OH (réaction de Fenton)
2 2
(5) H O + H O 2 H O + O2 2 2 2 2 2
(6) H O + 2 GSH 2 H O + GSSG2 2 2
Le radical superoxyde, le peroxyde d’hydrogène et le radical hydroxyle sont
encore appelés espèces réactives de l’oxygène (ERO) car ces espèces sont beaucoup
plus réactives que l’oxygène qui leur a donné naissance. Toutefois, il existe d’autres
•ERO telles que les radicaux peroxyles RO formés par attachement de l’oxygène sur
2
•les radicaux centrés sur le carbone (symbolisés par R ) (réaction (7)), les
hydroperoxydes RO H provenant de l’oxydation d’un substrat RH (réaction (8)) ainsi que les
2
•radicaux alkoxyles RO issus de la décomposition des hydroperoxydes (RO H) par
2
des cations métalliques (réaction (9)).
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 3
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 3
• •(7) R + O RO2 2
• •(8) RO + RH RO H + R2 2
2+ • – 3+(9) RO H + Fe RO + OH + Fe2
Au cours des phénomènes de stress oxydant,ces diverses entités radicalaires et
moléculaires sont produites d’une manière accrue,ce qui se traduit par de
nombreuses dégradations oxydatives au niveau des macromolécules biologiques telles
que les acides nucléiques, les protéines et les lipides. Ces lésions oxydatives sont
impliquées dans plusieurs pathologies (athérosclérose, diabète sucré, maladies
neurodégénératives, maladies articulaires,cancer) ainsi que dans les phénomènes
d’ischémie-reperfusion (cardiaque ou cérébrale) et les processus de vieillissement (voir
les huit derniers chapitres de ce livre). Les antioxydants endogènes et exogènes
apparaissent comme des systèmes moléculaires susceptibles de limiter les effets des
ERO et donc de protéger, d’une manière plus ou moins efficace, les matériaux
biologiques vis-à-vis des phénomènes de stress oxydant .
1. Nature des espèces radicalaires dérivées
de l’oxygène
1.1. Réduction monoélectroniquede O et de ses dérivés2
La molécule d’oxygène (ou dioxygène,O ) présente la particularité d’avoir la2
structure d’un biradical libre, en raison de ses deux électrons célibataires (de spin
parallèle) situés sur les deux orbitales de plus grande énergie (orbitales antiliantes
* *π et π , figure 1),à l’état fondamental.x z
Figure 1 ! Orbitales moléculaires de liaison de la molécule d’oxygène O .2
2 2 4(Rappelons que chaque atome d’oxygène possède 8 électrons (1s 2s 2p)).
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 4
4 Radicaux libres et stress oxydant
Cette structure biradicalaire confère à la molécule d’oxygène la capacité
d’accepter facilement des électrons célibataires pour donner naissance à des espèces
partiellement réduites. C’est ainsi qu’en acceptant un électron supplémentaire (par exemple
* •–sur l’orbitale π ), la molécule O devient la forme réduite O (radical superoxyde ,x 2 2
• •–réaction (10)). Ce dernier est protoné à pH inférieur à 4,8 (pKa (HO /O ) = 4,82 2
•(Bielski et al., 1985)), il s’appelle alors le radical perhydroxyle HO .2
– •– + •(10) O + 1 e O (+ H HO )2 2 2
*La molécule d’oxygène peut accepter un deuxième électron (sur l’orbitale π ),ce
z
•–qui revient à ajouter un électron au radical O (réaction (11)), pour donner l’anion
2
2– * *peroxyde O qui n’est pas radicalaire (puisque les orbitales π et π sont saturées
2 x z
2–chacune avec deux électrons de spin antiparallèle). L’anion peroxyde O est la
2
forme dibase (ou doublement déprotonée) du peroxyde d’hydrogène H O .
2 2
•– – 2– +(11) O + 1 e O (+ 2 H H O )2 2 2 2
*Ajouter un troisième électron à O (sur l’orbitale σ ) correspond à ajouter un2 y
électron à H O (réaction (12)),ce qui a pour effet de déstabiliser la molécule qui2 2
alors se fragmente au niveau de la liaison entre les deux atomes d’oxygène. En effet ,
la réduction monoélectroniquedu peroxyde d’hydrogène donne naissance au radical
• –hydroxyle OH et à l’anion basique OH (ce dernier n’est pas radicalaire car tous ses
électrons sont appariés).
– • – +(12) H O + 1 e OH + OH (+ H H O)
2 2 2
•L’addition d’un électron sur le radical OH (réaction (13)) conduit à la formation
–de l’anion OH dont la forme protonée est bien sûr H O. Le bilan de ces quatre réac-2
tions (réactions (10) à (13)) se traduit par l’addition de quatre électrons sur la
molécule d’oxygène pour donner finalement deux molécules d’eau (réaction (1), voir
Introduction). Les espèces intermédiaires formées au cours de ce
processus,c’est-à•– •dire O ,H O et OH, sont des espèces partiellement réduites de l’oxygène ayant2 2 2
accepté respectivement un, deux et trois électrons. Elles font partie des ERO .
• –– +(13) OH + 1 e OH (+ H H O)2
1.2. Degrés d’oxydation de l’atome d’oxygène dansO2
et ses dérivés
L’évaluation de l’état d’oxydation ou de l’état de réduction des atomes d’oxygène
dans les différents dérivés présentés précédemment, peut être appréciée grâce à la
connaissance du degré d’oxydation. Le degré d’oxydation est un nombre algébrique
(généralement entier) représentant la charge « fictive » d’un atome au sein d’une
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 5
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 5
molécule. Dans une molécule polyatomique, il est nécessaire de prendre en compte
toutes les liaisons entre atomes pour déterminer le degré d’oxydation de chaque
atome. Ainsi dans la molécule d’eau, pour chaque liaison O-H, l’atome d’oxygène ,
qui est plus électronégatif que l’atome d’hydrogène,a le degré d’oxydation (–1) ,
tandis que l’atome d’hydrogène (électropositif) a le degré d’oxydation (+1). Par
conséquent, le degré d’oxydation « total » de l’atome d’oxygène est égal à deux fois
(–1),c’est-à-dire à (–2) :
H O H
(+1) (–1) (–1) (+1)
(–2)
•Dans le cas du radical OH le degré d’oxydation de l’atome d’oxygène est (–1) ,
–tandis que dans le cas de l’anion OH il est (–2) car la charge négative s’additionne
au degré d’oxydation :
• –O H O H
(–1) (+1) (–2) (+1)
Dans le tableau 2 sont rassemblées les valeurs du degré d’oxydation pour chacun
des atomes d’oxygène qui constituent à la fois la molécule de O et ses intermé-2
diaires réduits. Le degré d’oxydation qui est égal à (0) pour la molécule d’oxygène ,
diminue à (–2) pour la molécule d’eau, en passant par (–1) pour le peroxyde
d’hydrogène et le radical hydroxyle. Cette diminution du degré d’oxydation traduit l’état
de plus en plus réduit de l’atome d’oxygène.
Tableau 2 ! Structures et degrés d’oxydation des atomes d’oxygène des intermédiaires
réduits de l’oxygène.
RadicalRadical Peroxyde
Oxygène Eau
superoxyde d’hydrogène hydroxyle
Formes •• • – – • 2–– –O O OO O O O Odéprotonées
Formes
• •HO O HO OH OH HOHprotonées
Degrés
(0) (0) (–1) (0) (–1) (–1) (–1) (–2)d’oxydation*
* Le degré d’oxydation est indépendant de l’état de protonation du composé.
Remarquons que le radical superoxyde possède deux atomes d’oxygène dont le
degré d’oxydation est différent, l’un (celui qui porte la charge négative due à
l’électron supplémentaire) est logiquement plus réduit (degré d’oxydation (–1)) que
l’autre (degré d’oxydation (0)). Remarquons également que le radical hydroxyle
•OH, bien que provenant de la réduction du peroxyde d’hydrogène, n’apparaît pas
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit
{01 SMB 9/01/07 9:02 Page 6
6 Radicaux libres et stress oxydant
comme une forme plus réduite de ce dernier, puisque le degré d’oxydation de
•l’atome d’oxygène reste inchangé ((–1) dans H O et OH). En réalité, lors de la2 2
réduction monoélectronique du peroxyde d’hydrogène, il y a formation non
seule• –ment du radical OH mais également de l’anion OH (réaction (12)) qui, lui, est une
espèce plus réduite (degré d’oxydation (–2)) que le peroxyde d’hydrogène (degré
d’oxydation (–1)).
1.3. Potentiels standard d’oxydoréduction
Chacune des réactions de réduction monoélectroniquede l’oxygène et de ses
dérivés (réactions (10) à (13)) est caractérisée par un couple d’oxydoréduction, ox/red
(oxydant/réducteur). Dans les conditions standard biologiques (oxydant et réducteur
–1 •–en concentration 1 mol.L , pH = 7), les couples s’écrivent respectivement O /O2 2
•– •(réaction (10)),O /H O (réaction (11)),H O / OH, H O (réaction (12)) e t2 2 2 2 2 2
•OH/H O (réaction (13)).2
Les valeurs du potentiel standard d’oxydoréduction (E’°(ox/red) exprimé en
volts) de ces couples (Wardman, 1989) sont rassemblées dans le tableau 3. Parmi ces
•valeurs, remarquons que celle du potentiel standard du couple OH/H O est très éle-2
vée (2,34 V),ce qui signifie que l’oxydant du couple (le radical hydroxyle) est très
•oxydant (avide d’électrons). En effet, le radical OH est susceptible d’oxyder tout
réducteur d’un autre couple à condition* que le potentiel standard de ce dernier soit
inférieur à 2,34 V, ce qui est le cas de la plupart des substrats bio-organiques. Quant
•–au radical superoxyde (O ), il possède également des propriétés oxydantes impor-2
tantes puisque la valeur de son potentiel standard est égale à 0,93 V (E’°
•–(O /H O )). Toutefois,cette valeur est nettement inférieure à celle du couple
2 2 2
•OH/H O, ce qui implique que le radical superoxyde est moins oxydant que le radi-2
cal hydroxyle. Par ailleurs, le radical superoxyde peut se comporter comme un
•– •–réducteur dans le cas du couple O /O (–0,33 V). En effet, le radical O est sus-2 2 2
ceptible de réduire tout oxydant appartenant à un autre couple dont le potentiel
standard est supérieur à –0,33 V. En ce qui concerne le peroxyde d’hydrogène, il est
oxy•dant dans le cas du couple H O / OH (0,30 V) et réducteur dans le cas du couple2 2
•–O /H O (0,93 V).2 2 2
Dans le tableau 3, sont également reportées les valeurs des potentiels standard
d’oxydoréduction correspondant au transfert de deux électrons,comme c’est le cas
pour le couple O /H O (0,30 V) et pour le couple H O /H O (1,32 V). Le transfert2 2 2 2 2 2
de quatre électrons est relatif au couple O /H O (0,81 V). Remarquons que la réduc-2 2
tion de l’oxygène par quatre électrons est thermodynamiquement beaucoup plus
favorable (0,81 V) que celle qui implique deux électrons (0,30 V, O /H O ), qui est2 2 2
elle-même plus favorable que celle qui s’effectue avec un seul électron (–0,33 V,
* Rappelons que l’inégalité entre deux potentiels standard d’oxydoréduction (E° > E° ) implique la1 2
spontanéité thermodynamique de la réaction entre l’oxydant du couple de plus haut potentiel et le
réducteur du couple de plus bas potentiel :
si E° (ox/red ) > E° (ox/red ), alors E°= E° – E° > 01 1 1 2 2 2 1 2
et, ox + red → ox + red (variation d’enthalpie libre négative)1 2 2 1

©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 7
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 7
Tableau 3 ! Potentiels standard d’oxydoréduction à pH = 7, exprimés en volts (transferts
re e emonoélectronique (1 ligne), bi-électronique (2ligne) et tétra-électronique (3ligne)).
– – – –+1e +1e +1e +1e
•– • –O O H O . OH (+ OH) H O2 2 2 2 2
–0,33 0,930,30 2,34
0,30 1,32
0,81
•–O / O ). Par conséquent, la réduction monoélectronique de l’oxygène pour donner2 2
le radical superoxyde, n’est pas un phénomène thermodynamiquement facile.
À partir des valeurs de E’° rassemblées dans le tableau 3, il est possible de
démontrer la spontanéité thermodynamique de la réaction de dismutation** des
•– •–radicaux superoxydes (E’°O /H O (0,93 V) > E’°O /O (-0,33 V), réaction2 2 2 2 2
(14)),ainsi que de la réaction de dimérisation des radicaux hydroxyles
• •(E’° OH/H O (2,34 V) > E’°H O / OH (0,30 V), réaction (15)). Remarquons que le2 2 2
peroxyde d’hydrogène ne se dismute pas en donnant les radicaux hydroxyles et
superoxyde (car les potentiels d’oxydoréduction ne sont pas favorables), mais
l’oxygène et l’eau (transfert de deux électrons,E’°H O /H O (1,32 V) >2 2 2
E’°O /H O (0,30 V), réaction (16)).2 2 2
++2 H
•– •–(14) O + O H O + O2 2 2 2 2
• •(15) OH + OH H O
2 2
(16) H O + H O 2 H O + O2 2 2 2 2 2
Il est également possible de justifier thermodynamiquement certaines réactions se
produisant entre espèces réactives de l’oxygène de différente nature (par exemple ,
les réactions (17) et (18)), en prenant en compte les valeurs de E’° des couples
•d’oxydoréduction impliqués (voir tableau 3). Dans la réaction (17), le radical OH se
comporte comme un oxydant tandis que la molécule H O se comporte comme un2 2
réducteur. Quant à la réaction (18), elle traduit la possibilité pour le radical
superoxyde de réduire le peroxyde d’hydrogène en donnant le radical hydroxyle (réaction
de Haber-Weiss, voir paragraphe 3.2.).
** Une réaction de dismutation traduit la réaction d’une espèce chimique (moléculaire ou
radicalaire) sur elle-même, donnant naissance simultanément à une forme plus réduite qu’elle-même et à une
forme plus oxydée qu’elle-même (dismutation = auto-oxydoréduction intermoléculaire).
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 8
8 Radicaux libres et stress oxydant
• •– +(17) OH + H O O + H O + H2 2 2 2
++ H
•– •(18) O + H O OH + O + H O2 2 2 2 2
Parmi les ERO, il existe d’autres radicaux libres centrés sur l’oxygène que sont
• •les radicaux peroxyles (RO )et les radicaux alkoxyles (RO ). Les potentiels stan-2
dard biologiques des couples correspondants (transferts monoélectroniques,
réactions (19) et (20)) sont indépendants, dans une large mesure, de la nature du substrat
•organique R. La valeur de E’° pour le couple RO /RO H est égale à 1,00 V (réaction2 2
•(19)), tandis que celle du couple RO /ROH est égale à 1,60 V (réaction (20)),
traduisant les propriétés oxydantes de ces deux types de radicaux (Buettner et Jurkiewicz ,
1996).
++ H• –(19) RO + 1 e RO H2 2
++ H• –(20) RO + 1 e ROH
Comme nous venons de le voir, la connaissance des valeurs des potentiels
standard d’oxydoréduction des ERO et en particulier des espèces radicalaires, permet de
prévoir la spontanéité thermodynamique de leurs réactions. Toutefois,ces données
sont inadéquates pour prévoir la vitesse de ces réactions. En effet, une réaction
thermodynamiquement possible peut ne pas se produire simplement parce que sa vitesse
est trop faible. Par conséquent, la connaissance des propriétés cinétiques des ERO
(paragraphes 2., 3. et 4.) est indispensable pour compléter la caractérisation
physicochimique de ces espèces .
2. Radical hydroxyle
2.1. Propriétés cinétiques
•Le radical hydroxyle OH est un oxydant puissant, non seulement parce que son
potentiel standard d’oxydoréduction (transfert monoélectronique) est très élevé
•(E’° OH/H O = 2,34 V à pH= 7, voir paragraphe 1.3.) mais également parce que ses2
constantes de vitesse sont très importantes. À titre d’exemples, quelques valeurs de
•constantes de vitesse des radicaux OH avec divers substrats bio-organiques
(Farhataziz et Ross, 1977) sont rassemblées dans le tableau 4. Elles concernent des
réactions des radicaux hydroxyles aussi bien avec les bases de l’ADN qu’avec les acides
aminés de protéines ou encore avec les acides gras polyinsaturés lipidiques .
10 –1 –1L’ordre de grandeur maximal de ces constantes de vitesse(10 mol .L.s )
correspond à la plus grande valeur que peut avoir une constante de vitesse du deuxième
ordre (réaction bimoléculaire) et caractérise des réactions limitées par la diffusion ,
c’est-à-dire limitées seulement par le mouvement des molécules. Cela signifie que
lorsqu’un radical hydroxyle rencontre un substrat, il réagit dès la première collision ,
sans qu’un apport énergétique soit nécessaire (énergie d’activation quasiment nulle ,
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 9
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 9
Tableau 4 ! Quelques valeurs de constantes de vitessedes radicaux hydroxyles
avec divers substrats biologiques .
Constante de vitesse
•Substrat biologiquek ( OH + substrat)
–1 –1mol .L.s
9guanine9,2 × 10
9cytosine 4,9 × 10
8ADN 4,0 × 10
10tryptophane (pH = 6,9) 1,4 × 10
10tyrosine (pH = 7,8) 1,0 × 10
10cystéine (pH = 5,5) 4,0 × 10
10albumine 2,3 × 10
10hémoglobine 3,6 × 10
10linoléate1,1 × 10
9ribos,6 × 10
8glucose 7,4 × 10
10ascorbat,1 × 10
dans la théorie du complexe activé). Il résulte de cette extrême réactivité que les
radicaux hydroxyles sont des espèces qui diffusent très peu et par conséquent qui
réagissent quasiment sur le lieu de leur production (ou à quelques dizaines de
nanomètres de distance). Ce sont donc des radicaux peu sélectifs qui n’ont pas de cibles
moléculaires privilégiées. Une autre conséquence importante de cet aspect cinétique
•est la très faible durée de vie des radicaux OH, puisqu’elle ne dépasse pas quelques
–6microsecondes (10 s).
2.2. Modes d’action
Les radicaux hydroxyles peuvent oxyder un substrat selon trois modes d’action
différents :
(i) arrachement d’un électron (exemple réaction (21)) ;
(ii) arrachement d’un atome d’hydrogène sur un substrat organique RH (réaction
(22)) ;
(iii) addition sur une double liaison (réaction (23)).
• 2+ 3+ –(21) OH + Fe Fe + OH
• •(22) OH + RH R + H O2
• •(23) OH +>C=C<> C– C(OH)–
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1 0
10 Radicaux libres et stress oxydant
Afin d’illustrer les deux derniers modes d’action qui conduisent à la formation de
radicaux centrés sur le carbone, voici deux exemples dont l’un concerne la guanine ,
base purique de l’ADN, et l’autre, l’acide linoléique,acide gras polyinsaturé
lipidique. Dans le cas de la guanine (figure 2), le radical hydroxyle s’additionne d’une
part sur la double liaison C C (voie (1), 60 %) et d’autre part, sur la double liaison4 5
N C (voie (2), 40 %) (Cadet et al., 1999). Ces deux voies conduisent à la formation7 8
de deux radicaux distincts, respectivement centrés sur le carbone (radical R ) et sur1
l’azote (radical R ). Le mécanisme détaillé de l’évolution ultérieure de ces différents2
radicaux est développé dans le chapitre 7 « Réactions d’oxydation et cibles
biologiques :acides nucléiques ». Cependant, remarquons que le radical R donne nais-2
sance à la 8-oxo-guanine (8-oxodGuo) qui est l’un des principaux marqueurs du
stress oxydant dans l’ADN. Il a également été montré que la 8-oxo-guanine pouvait
1être le résultat d’une oxydation initiée soit par l’oxygène singulet O (espèce réac-2
tive de l’oxygène, non radicalaire), soit par une ionisation directe (viales
rayonnements ionisants) (Swarts et al., 1996).
O
6 N•HN 1 5 7
2 843
voie (1) NO H N N2
OH
6 60%NHN 1 5 7 •+ OH R182 43
40%NH N N2
voie (2) O

6 N
HN 5 7
OH82 43
NH N N2
R2
Figure 2 ! Réaction des radicaux hydroxyles avec la guanine, par addition sur les
doubles liaisons .
D’autres dommages oxydatifs peuvent être infligés à l’ADN par les radicaux
hydroxyles (von Sonntag, 1987) ; ce sont les ruptures simple brin et double brin (à
partir de radicaux libres localisés sur les groupes sucre-phosphates), les coupures de
bases donnant naissance à des sites abasiques (à partir de radicaux libres localisés
sur les sucres), et les pontages covalents (liaisons fortes) entre ADN et protéines .
Dans les conditions de fonctionnement normal de la cellule,ces dommages sont
réparables par voie enzymatique. Toutefois, il n’en est pas de même dans les
conditions de stress oxydant car les mécanismes de réparation sont perturbés et donc peu
efficaces ou même inefficaces, entraînant des dysfonctionnements délétères pour la
cellule (mutations, mort cellulaire).
Le deuxième exemple concerne l’acide linoléique, qui est un acide gras à longue
chaîne (18 atomes de carbone),ayant deux doubles liaisons,ce qui justifie sa
nomenclature usuelle en C18 : 2 (figure 3). Il appartient à la famille des acides gras
polyinsaturés qui entrent dans la composition des phospholipides membranaires. Le
radical hydroxyle arrache l’atome d’hydrogène en position bis-allylique, en
don©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 11
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 11
•nant naissance à un radical centré sur le carbone L (figure 3). Celui-ci, en raison de
la délocalisation de l’électron célibataire(migration du spin par conjugaison) ,
•génère deux autres radicaux L centrés sur le carbone. Ces derniers sont
susceptibles de réagir très rapidement avec l’oxygène pour former des radicaux peroxyles
•de type LO , eux-mêmes à l’origine de phénomènes de peroxydation lipidique2
(paragraphe 4).
H H
acide linoléique C18 : 2
H C(H C ) (CH ) COOH
3 2 4 27 (LH)
• OH
H O
2
H.
•radicauxL en positionH C(H C ) (CH ) COOH
3 2 4 27 bis-allylique résonante
•• •structures conjuguées de L
Figure 3 ! Action des radicaux hydroxyles sur l’acide linoléique, par arrachement
d’un atome d’hydrogène.
•Pour compléter l’illustration des divers effets initiés par les radicaux OH sur les
systèmes biologiques, voici un bref aperçu de leurs réactions sur les protéines (voir
chapitre 6, « Oxydation des acides aminés et des protéines »). Bien entendu, les
acides aminés constitutifs des protéinessont très sensibles à l’attaque des radicaux
hydroxyles. Ces derniers peuvent oxyder aussi bien les acides aminés aromatiques
(tyrosine, tryptophane, phénylalanine, histidine) que les acides aminés aliphatiques
(au nombre d’une quinzaine, parmi lesquels se trouvent la glycine, l’alanine…).
•Dans le cas des acides aminés aromatiques, les radicaux OH réagissent
principalement en s’additionnant sur les doubles liaisons des cycles aromatiques, tandis que
dans le cas des acides aminés aliphatiques ils réagissent essentiellement par
abstraction d’atome H, en donnant naissance à des fonctions carbonyles (> C = O), en
présence d’oxygène (Stadtman, 1993). Ces dernières sont généralement accompagnées
de fragments peptidiques carbonylés qui sont des marqueurs du stress oxydant dans
les protéines. En outre, lorsque ces protéines possèdent une fonction enzymatique ,
les radicaux hydroxyles sont susceptibles d’inactiver, tout au moins en partie, le site
actif (von Sonntag, 1987). Celui-ci, généralement enfoui à « l’intérieur » de la
protéine, est en effet protégé de l’attaque des radicaux hydroxyles qui ne réagissent
directement qu’avec les acides aminés de la « surface » protéique.
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1 2
12 Radicaux libres et stress oxydant
3. Radical superoxyde
3.1. Propriétés cinétiques
•–Parmi les radicaux libres du stress oxydant, le radical superoxyde O est celui2
qui a la réactivité la plus faible vis-à-vis des substrats bio-organiques. En effet ,
malgré des valeurs de potentiels standard d’oxydoréduction importantes
•– •–(E’°O /H O = 0,93 V, pour une oxydation monoélectroniqueet E’°O /O =2 2 2 2 2
–0,33 V, pour une réduction monoélectronique, voir paragraphe 1.3.), le radical
superoxyde n’est ni un bon oxydant ni un bon réducteur car ses constantes de vitesse
2 –1 –1sont très faibles, généralement inférieures à 10 mol .L.s (Bielski et al., 1985).
•–C’est ainsi que les radicaux O ne réagissent ni avec les acides nucléiques et leurs2
constituants (bases et sucre-phosphates), ni avec les protéines et leurs acides aminés ,
ni avec les lipides et les acides gras polyinsaturés qui les constituent. Cependant, les
radicaux superoxydes ont quelques cibles privilégiées telles que le cytochrome
3+ •– 3+ 5 –1 –1 •–c(Fe ) (k (O + cytc(Fe )) = 2,6 × 10 mol .L.s ), l’ascorbate(k (O + ascor-2 2
8 –1 –1 •–bate) = 2,7 × 10 mol .L.s ) et,bien entendu, les SOD (dont O est le substrat ,2
•– 9 –1 –1k (O + SOD) = 2 × 10mol .L.s ),avec lesquelles ils réagissent très rapidement2
(Halliwell et Gutteridge, 1999).
3.2. Hypothèses sur la toxicité indirecte du radical superoxyde
Plusieurs hypothèses font appel à la génération d’espèces secondaires qui elles ,
•–sont plus dommageables que les radicaux initiateurs O . L’hypothèse la plus sou-2
vent invoquée dans la littérature est la réaction de Haber-Weiss (Haber et Weiss ,
1934) (réaction (24)) qui traduit la formation de radicaux hydroxyles à partir de la
réduction du peroxyde d’hydrogène par le radical superoxyde. Cependant, si cette
réaction est thermodynamiquement possible (analogue à la réaction (18), paragraphe
1.3.), sa vitesse est très faible en l’absence de catalyseur (Rigo et al., 1977 ;
Ferradini et al., 1978 ; Weinstein et Bielski, 1979). Elle nécessite la présence de cations
métalliques pour se produire et, en particulier, de fer. Dans ces conditions, la
réaction de Haber-Weiss (réaction (24)) apparaît comme la somme des réactions (25) et
3+(26), la réaction (25) représentant la réduction des cations Fe par les radicaux
superoxydes, la réaction (26) étant la réaction de Fenton (cf. « Introduction »,
réac•tion (4)), relative à la génération de radicaux OH par réduction du peroxyde
d’hydrogène. Dans la réaction de Haber-Weiss, l’espèce délétère est donc le radical
hydroxyle dont la toxicité est maintenant bien établie (cf. paragraphe 2).
3+ 2+Fe /Fe•– • –(24) O + H O OH + O + OH2 2 2 2
•– 3+ 2+(25) O + Fe O + Fe2 2
2+ • 3+ –(26) H O + Fe OH + Fe + OH2 2
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1 3
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 13
Une autre hypothèse susceptible de rendre compte des effets toxiques attribués
•aux radicaux superoxydes, fait intervenir la forme protonée HO (radical perhy-2
•droxyle). En effet, le radical HO est connu pour être plus réactif que le radical2
superoxyde, en raison d’une part de son potentiel standard d’oxydoréduction plus
•élevé (E° HO /H O = 1,48 V, pour une oxydation monoélectronique) et d’autre part2 2 2
de ses constantes de vitesseégalement plus importantes vis-à-vis de certains
substrats. Par exemple, les radicaux perhydroxyles réagissent sur les acides gras
polyinsaturés (acides linoléique, linolénique et arachidonique) avec des constantes de
3 –1 –1vitesse de l’ordre de 10 mol .L.s (Bielski et al. ,1983),alors que les radicaux
superoxydes ne réagissent pas avec ces mêmes acides gras. Par conséquent, la forme
•– •active du radical O pourrait être sa forme protonée HO , même si elle est présente2 2
• •–en faible concentration en milieu neutre (pKa HO /O = 4,8).2 2
La troisième hypothèse met l’accent sur la possibilité de réactions biradicalaires
entre le radical superoxyde et d’autres radicaux libres, qui sont susceptibles de
donner naissance à des produits secondaires (moléculaires) toxiques. C’est le cas en
par•ticulier de la réaction du monoxyde d’azote NO (radical libre centré sur l’azote)
avec le radical superoxyde (réaction (27)), dont la constante de vitesse est égale à
10 –1 –11,9 × 10 mol .L.s (Kissner et al., 1997). Cette réaction conduit à la formation de
peroxynitrite(oxoperoxonitrate),bien connu pour être délétère vis-à-vis de l’ADN,
des protéines et des lipides (voir par exemple les références citées par Kissner et al. ,
1997). L’hypothèse selon laquelle la forme active serait la forme acide conjuguée ,
–l’acide peroxynitreux ONOOH (pKa ONOOH/ONOO = 6,8) ,viasa décomposition
en radicaux hydroxyles, ne semble pas être justifiée (Koppenol et al., 1998). Le
peroxynitrite est lui-même suffisamment réactif pour rendre compte des lésions
chimiques qui lui sont attribuées .
• •– –(27) NO + O ONOO2
La dismutation (non catalysée) des radicaux superoxydes est également une
réaction biradicalaire qui mérite d’être prise en considération pour rendre compte de la
•–toxicité indirecte des radicaux O . La dismutation « naturelle » des radicaux super-2
•oxydes (en absence de superoxyde dismutase), fait intervenir la forme protonée,HO2
• •–(pKa HO /O = 4,8). En effet, les réactions (28) et (29) traduisent respectivement la2 2
5 –1 –1dismutation des radicaux perhydroxyles (k = 8,3 × 10 mol .L.s ) et la dismuta-28
7 –1 –1tion « croisée » entre formes acido-basiques différentes (k =9,7 × 10mol .L.s ).29
•– •–La réaction (O + O ) ne se produit pas, même en milieu très basique (Bielski et2 2
al., 1985).
• •(28) HO + HO H O + O
2 2 2 2 2
++ H
• •–(29) HO + O H O + O2 2 2 2 2
L’influence du pH sur la part que prennent ces deux réactions dans la vitesse de
dismutation est donc importante. Par exemple,à pH = 7, une valeur de
5 –1 –16 × 10mol .L.s pour la constante de vitesse « globale » de dismutation a pu être
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 14
14 Radicaux libres et stress oxydant
mesurée (Bielski et al., 1985). Cette valeur est suffisamment importante pour que la
dismutation de ces radicaux, même en l’absence de SOD, soit prise en considération ,
comme source potentielle de peroxyde d’hydrogène. Celui-ci,comme nous l’avons
déjà évoqué à plusieurs reprises, peut être à l’origine de la formation de radicaux
hydroxyles (par réaction de Fenton, réaction (4)).
4. Radicaux peroxyles
4.1. Influence de l’oxygène
Les radicaux peroxylessont des radicaux secondaires issus de l’addition de
l’oxy•gène sur les radicaux centrés sur le carbone R (réaction (30), déjà écrite dans
l’in•troduction, réaction (7)). Les radicaux R sont généralement issus de l’action des
radicaux hydroxyles sur les substrats biologiques (par arrachement d’atome
d’hydrogène ou addition sur les doubles liaisons, voir paragraphe 2.2.).
• •(30) R + O RO2 2
8La constante de vitessede la réaction (30) est généralement comprise entre 10et
9 –1 –110mol .L.s , quel que soit le substrat bio-organique considéré,ce qui signifie que
la réaction (30) est très rapide. Par conséquent, en milieu aéré
–4 –1 •([O ] = 2 × 10 mol.L , en phase condensée), les radicaux R sont quantitativement2
transformés en radicaux peroxyles .
4.2. Propriétés cinétiques et modes d’action
Rappelons que les radicaux peroxyles ont des potentiels standard
d’oxydoréduc•tion relativement élevés (E’° RO /RO H = 1,00 V pour une oxydation monoélectro-2 2
nique, voir paragraphe 1.3.), par conséquent,ce sont de bons oxydants. De plus ,
2 8 –1 –1leurs constantes de vitesse comprises entre 10 et 10 mol .L.s , tout en restant
inférieures à celles des radicaux hydroxyles, sont nettement plus élevées que celles
des radicaux superoxydes, vis-à-vis de nombreux substrats biologiques (ADN,
protéines, lipides).
Les propriétés oxydantes des peroxyradicaux peuvent s’exercer selon plusieurs
modes d’action (von Sonntag et Schuchmann, 1997). Outre la possibilité d’effectuer
un transfert de charge (arrachement d’un électron), ou d’atome d’hydrogène
(arrachement d’un atome H), ils peuvent,comme les radicaux hydroxyles, s’additionner
sur les doubles liaisons (réaction intramoléculaire) (réaction (31)), ou
intermolécu•laire (réaction (32)),avec formation d’endoperoxydesradicalaires ROOR .
• •(31) –CH(O )–CH –CH= CH––CH–CH –CH–C H–2 2 2
OO
• •(32) RO + > C = C<> C – C(O R)–2 2
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 15
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 15
•Les radicaux RO peuvent également se décomposer,avant même d’avoir réagi2
avec un substrat (réaction monomoléculaire (33)), en donnant naissance à des
radicaux superoxydes. Enfin, les peroxyradicaux sont suceptibles d’effectuer des
réactions biradicalaires avec d’autres radicaux tels que les radicaux perhydroxyles
(réaction (34)) comme c’est le cas, par exemple, pour le peroxyradical de la thymine
(Cadet et al., 1999), ou bien encore ils peuvent réagir avec eux-mêmes (réaction
(35)) en produisant des tétraoxydes RO R. Ces derniers, très instables, se fragmen-4
tent en conduisant à d’autres produits oxydés tels que le peroxyde d’hydrogène ,
•l’oxygène, des peroxydes, des composés hydroxylés, des radicaux alkoxyles RO ...
(von Sonntag et Schuchmann, 1997).
• •– •(33) RO O (ou HO ) + produit2 2 2
• •(34) RO + HO RO H + O2 2 2 2
• •(35) RO + RO RO R2 2 4
4.3. Réactions en chaîne
Parmi les réactions d’oxydation très diverses que peuvent initier les radicaux
peroxyles,certaines revêtent une importance particulière car elles contribuent à la
dégradation des membranes biologiques sous l’effet de la peroxydation lipidique.
•Rappelons que des radicaux L (centrés sur le carbone) sont formés lors de l’attaque
des radicaux hydroxyles sur les acides gras polyinsaturés (voir figure 3 ,
•paragraphe 2.2.). En présence d’oxygène,ces radicaux L sont aisément transformés
•en radicaux peroxyles LO (réaction (36)). Ils peuvent alors arracher un atome d’hy-2
drogène d’une autre molécule d’acide gras LH, très proche de la première (ce qui est
le cas dans les membranes biologiques), de telle sorte qu’il y a, de nouveau,
forma•tion de radicaux L (réaction (37)). Dans ces conditions, une réaction en chaîne
• •s’installe (réactions (36) et (37)), propagée par les radicaux L et LO . Un tel pro-2
cessus susceptible de se produire au sein des bicouches lipidiques amplifie
notablement le phénomène de peroxydation initié par les radicaux hydroxyles .
• •(36) L + O LO2 2 réactions de
propagation} de chaîne• •(37) LO + LH L + LO H2 2
• •(38) LO + LO produits non radicalaires2 2
réactions de
fin de chaîne}
• •(39) LO + L produits non radicalaires2
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1 6
16 Radicaux libres et stress oxydant
La séquence constituée par les réactions (36) et (37) peut se reproduire jusqu’à
épuisement de l’acide gras et/ou de l’oxygène. Les réactions en chaîne sont stoppées
lorsque deux radicaux se rencontrent (réactions biradicalaires (38) et (39) par
exemple). Au cours de ces réactions, outre des hydroperoxydes LO H (réaction2
(37)), de nombreux autres produits de peroxydation (époxydes, endoperoxydes ,
alcools,aldéhydes,cétones,alcane-fragments...) peuvent apparaître et modifier ainsi
considérablement l’intégrité et donc les fonctions membranaires (voir chapitre 5 ,
« Cibles lipidiques des radicaux libres dérivés de l’oxygène et de l’azote »).
5. Protecteurs chimiques – Antioxydants
5.1. Réactions en compétition
Les protecteurs chimiquessont des molécules qui vont s’opposer aux
phénomènes de stress oxydant en réagissant avec les radicaux libres oxygénés impliqués
dans ces processus. Ils apparaissent donc comme des « capteurs » de radicaux libres ,
susceptibles de se substituer aux cibles biologiques vis-à-vis de l’attaque radicalaire ,
afin de protéger ces dernières. Les capteurs de radicaux libres oxygénés sont
généralement de bons réducteurs chimiques (donneurs d’électrons ou d’atomes
d’hydrogène),comme les alcools, les thiols, ou les phénols.
Parmi les radicaux libres du stress oxydant, les radicaux hydroxylessont, sans
aucun doute,ceux qui sont le plus dommageables vis-à-vis des matériaux
biologiques (paragraphe 2). Cependant, il n’existe pas de capteur spécifique de radicaux
hydroxyles car ceuxi-ci réagissent ,in vitro,aussi bien avec les alcools qu’avec les
thiols, les aminothiols, les phénols ou les polyphénols.
•En effet,comme les radicaux OH ont des constantes de vitesse très élevées et
quasiment identiques vis-à-vis à la fois des systèmes biologiques et des capteurs de
9 10 –1 –1radicaux (k =k = 10à 10 mol .L.s , réactions (40)(•OH + cible biologique) (•OH + capteur)
et (41)), leurs vitesses avec ces deux types de substrats (équations (v ) et (v )) sont40 41
du même ordre de grandeur, si les concentrations respectives de ces derniers sont
voisines. Les capteurs de radicaux sont donc susceptibles d’entrer en compétition
avec les substrats bio-organiques pour éliminer les radicaux hydroxyles, lorsque la
concentration de capteur est du même ordre de grandeur que celle de la cible.
•(40) OH + cible produits réactions en
compétition}•(41) OH + capteur autres produits
•(v) v (cible biologique) = k × [ OH] × [cible]40 (•OH + cible)
•(v) v (capteur) = k × [ OH] × [capteur]
41 (•OH + capteur)
Pour que la vitesse de réaction des radicaux hydroxyles avec un capteur donné
devienne prédominante devant celle des radicaux hydroxyles avec une cible, il est
nécessaire que la concentration de capteur soit supérieure (au moins d’un facteur
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 1 7
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 17
dix) à celle de la cible. De telles conditions peuvent être aisément réalisées in vitro,
mais elles paraissent difficiles à respecter in vivo. En effet, les macromolécules
biologiques (ADN, protéines...) ont des concentrations intracellulaires importantes ,
–2 –1comprises entre 10 et 1 mol.L , si bien que pour les protéger de l’attaque des
radicaux hydroxyles, la concentration de capteur devrait être au moins dix fois plus
–1 –1élevée (10 à 10 mol.L ) que celle de la cible elle-même. De telles concentrations
de capteur (avec peu d’effets de toxicité secondaire), sont donc quasiment
irréalisables in vivo.
5.2. Thiols
Les thiols (symbolisés ici par RSH) ont des propriétés réductrices intéressantes
9car, outre le fait de réagir avec les radicaux hydroxyles (réaction (42), k = 10 à42
10 –1 –110 mol .L.s ), ils ont la capacité de « réparer » les radicaux centrés sur le carbone
7 8 –1 –1(réaction (43), k = 10 à 10 mol .L.s ) (pour une revue, voir Lal, 1994). Cette43
dernière réaction présente l’intérêt de s’opposer à celle de l’oxygène qui réagit très
• •rapidement avec les radicaux R pour donner des radicaux peroxyles RO (réaction2
(30), paragraphe 4.1.), et donc de limiter le stress oxydant propagé par les radicaux
peroxyles. Un thiol biologique ubiquitaire dans le milieu intracellulaire, le
glutathion, peut jouer ces deux rôles (capteur de radicaux hydroxyles et de radicaux
centrés sur le carbone) et par conséquent, il est l’un des protecteurs endogènes les
plus performants (voir le chapitre 4, « Systèmes antioxydants endogènes »).
• •(42) OH + RSH RS + H O
2
’• •(43) R + RSH R’H + RS
•Les radicaux centrés sur le soufre(RS, radicaux thiyles), formés lors des
réactions (42) et (43), ne sont pas inactifs et ils peuvent,à leur tour, donner naissance à
•–de nouveaux radicaux libres,centrés sur le soufre comme RSSR , ou centrés sur
• •l’oxygène comme RSO et RSO (voir par exemple Becker et al., 1994). Par consé-2
quent, l’effet protecteur des thiols est relativement limité puisqu’il doit être pondéré
d’effets secondaires via diverses formes radicalaires.
D’une manière générale, la chimie radicalaire d’un capteur donné (thiol ou
autre) mérite d’être bien connue pour mieux maîtriser certaines conséquences
nuisibles inhérentes à son implication.
5.3. Antioxydants d’origine alimentaire
Le terme d’antioxydant est souvent réservé à des protecteurs chimiques qui ont la
capacité de réagir avec les radicaux libres centrés sur l’oxygène et qui sont donc de
bons capteurs d’oxyradicaux. En outre,certains antioxydants (non enzymatiques)
d’origine alimentaire,comme la vitamine E, ont la propriété d’être régénérés
(recyclés) in vivoet cela leur confère la possibilité de pouvoir jouer leur rôle
d’antioxydant à plusieurs reprises. Ce phénomène nécessite la présence d’autres réducteurs
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 18
18 Radicaux libres et stress oxydant
suffisamment actifs pour permettre la réduction et donc la « réparation » de
l’antioxydant dénaturé (oxydé).
Parmi les antioxydants non enzymatiques d’origine alimentaire (voir chapitre 9 ,
« Antioxydants et nutrition »), l’ascorbate(forme déprotonée de l’acide ascorbique à
pH physiologique), est l’un des plus performants. En effet, il possède la propriété de
capter non seulement les radicaux hydroxyles, mais également les radicaux
superoxydes et les radicaux peroxyles,ce qui est beaucoup plus spécifique et donc tout à
–fait remarquable. Ce faisant, l’ascorbate (symbolisé ici par AscH ) est oxydé en
radi•– •caux ascorbyles Asc qui,à l’opposé des radicaux RS, sont très peu réactifs
vis-àvis de l’oxygène et des substrats bio-organiques. Le recyclage de l’ascorbate semble
être assuré, en partie, par dismutation des radicaux ascorbyles, qui conduit à la
formation, outre de l’ascorbate, du déhydroascorbate (forme oxydée à deux électrons).
De plus, l’ascorbate est un réducteur efficace des radicaux centrés sur le soufre
(réaction (44)) et des radicaux α-tocophéryles (réaction (45)),ces deux réactions
apparaissant donc comme des réactions de réparation (recyclage) respectivement des
thiols et de l’α-tocophérol (α-TH, vitamine E).
– • •–(44) AscH + RS Asc + RSH
– • •–(45) AscH + α-T Asc + α-TH
L ’ α-tocophérol est,comme l’ascorbate, un antioxydant d’origine alimentaire.
Parmi la grande famille des tocophérols naturels, il est le composé le plus actif.
Contrairement à l’ascorbate qui est hydrosoluble, l’α-tocophérol est liposoluble en
raison de sa longue chaîne aliphatique (16 atomes de carbone) qui lui confère la
capacité de s’insérer parmi les chaînes d’acides gras des phospholipides
membranaires. La fonction réductrice de l’ α-tocophérol est la fontion phénol (symbolisée
ici par α-TH), qui est susceptible d’être oxydée, par arrachement d’un atome H, en
•radical α-tocophéryle α-T . La propriété caractéristique de l’α-tocophérol est de
•capter les radicaux peroxyles lipidiques LO (réaction (46)) et donc de stopper la2
propagation des chaînes de peroxydation (viala réaction (37), paragraphe 4.3.). En
réagissant avec les radicaux peroxyles, l’α-tocophérol empêche ces derniers
d’interagir également avec les protéines membranaires et de les oxyder. De plus,
l’α-tocophérol capte les radicaux hydroxyles, les radicaux perhydroxyles,ainsi que
l’oxy1gène singulet ( O , espèce réactive de l’oxygène, non radicalaire),ce qui lui confère2
un large spectre de propriétés antioxydantes. L ’α-tocophérol est recyclé
principalement par l’ascorbate (réaction (45)).
• •(46) α-TH + LO α-T + LO H
2 2
D’autres antioxydants d’origine alimentaire,comme les caroténoïdes
(β-carotène, lycopène...) et les polyphénols (acide caféique,anthocyanidines...), jouent des
rôles importants dans la limitation des processus oxydatifs in vivo. Ce sont
généralement de bons capteurs de radicaux hydroxyles et peroxyles, inhibant plus ou
moins efficacement les chaînes de peroxydation lipidique(voir chapitre 9, «
Antioxydants et nutrition »).
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 19
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 19
6. Radicaux libres oxygénés in vitro – Radiolyse
La radiolyse apparaît comme une méthode de choix pour la production et l’étude
physicochimique , in vitro, des radicaux libres. En effet, elle offre la possibilité
d’examiner d’une manière rigoureuse l’action de certains radicaux libres et en
particulier de ceux du stress oxydant, vis-à-vis de cibles biologiques choisies .
6.1. Radiolyse de l’eau
La décomposition de l’eau sous l’effet des rayonnements ionisants (rayons γ de
60 137Co ou de Cs, faiceaux d’électrons...) donne naissance, en quelques
nanose• • –condes,aux radicaux libres OH, H et e (électron hydraté) et aux produits nonaq
+radicalaires H O ,H et H . Par conséquent, deux espèces réactives de l’oxygène, le2 2 2
radical hydroxyle et le peroxyde d’hydrogène sont des produits primaires de la
radiolyse de l’eau. D’un point de vue quantitatif,chacune de ces espèces est
caractérisée par son rendement radiolytique(noté G), qui traduit le nombre de moles
formées par unité d’énergie absorbée (le joule). Les rendements radiolytiques
dépendent fortement de la nature des rayonnements ionisants utilisés pour effectuer la
60radiolyse. Dans le cas des rayons γ de Co, les valeurs de ces rendements, exprimés
–1en mol.J , sont reportées dans le tableau 5 (Spinks et Woods, 1990).
Tableau 5 ! Rendements radiolytiques des espèces primaires formées lors de la
radio60lyse de l’eau pure (γ Co).
Produits radicalaires Produits moléculaires
–7 –1 –7 –1G = 2,8 × 10 mol.J G = 0,7 × 10 mol.J•OH H2O2
–7 –1 –7 –1G = 2,8 × 10 mol.J G = 0,4 × 10 mol.Je-aq H2
–7 –1 –7 –1G = 0,6 × 10 mol.J G = 2,8 × 10 mol.JH• H+
• •–6.2. Production des radicaux OH etO2
L’influence de l’oxygène sur la radiolyse de l’eause traduit par la formation de
– •radicaux superoxydes aux dépens des radicaux e et H car ces derniers réagissentaq
très rapidement avec l’oxygène (réactions (47) et (48)). Par conséquent, les radicaux
superoxydessont des produits secondaires (formés en quelques microsecondes) de
la radiolyse de l’eau .
– •–(47)e + O Oaq 2 2
• •(48) H + O HO2 2
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 20
20 Radicaux libres et stress oxydant
Dans ces conditions, en milieu aéré, la décomposition de l’eau conduit à la
formation, outre les radicaux hydroxyles et le peroxyde d’hydrogène, des radicaux
superoxydes,ces trois espèces faisant partie des ERO. Les rendements radiolytiques qui
les caractérisent sont rassemblés dans le tableau 6 .
Tableau 6 ! Espèces réactives de l’oxygène (ERO) formées par radiolyse de l’eau en
présence d’oxygène. Rendements radiolytiques .
• •– •ERO OH O + HO H O2 2 2 2
–1 –7 –7 –7Rendements (mol.J ) 2,8 × 10 3,4 × 10 0,7 × 10
La radiolyse de l’eau mime donc parfaitement les phénomènes de stress oxydant .
Les conséquences radiobiologiques de ces processus sont également très importantes
puisque l’eau représente le constituant majeur (70 % à 80 % en poids) des matériaux
biologiques. Les rayonnements ionisants sont donc à l’origine de phénomènes de
• •–stress oxydant via les espèces OH, O et H O issues de la radiolyse de l’eau .2 2 2
6.3. Radiolyse gamma ou radiolyse à l’état quasi-stationnaire
• •–Pour étudier l’action des radicaux OH et O sur un substrat bio-organique
2
choisi, il suffit de dissoudre ce dernier en faible concentration (inférieure à
–2 –110 mol.L ) en solution aqueuse et de soumettre les solutions correspondantes à
l’action de rayonnements ionisants pénêtrants (rayons γ, rayons X, faisceaux
d’électrons). La concentration de soluté étant beaucoup plus faible que celle de l’eau
–1(55 mol.L ), le soluté ne subit pas d’ionisation directe par les rayons γ (ou autres
• •–rayonnements), mais il est la cible des radicaux OH et O provenant de la
radio2
lyse de l’eau. Comme les radicaux hydroxylessont beaucoup plus réactifs que les
•radicaux superoxydes,ce sont généralement les radicaux OH qui initient le
proces•–sus d’oxydation du substrat, tandis que les radicaux O sont susceptibles
d’interve2
nir plus tardivement,au cours d’une étape biradicalaire par exemple.
D’un point de vue cinétique, une durée d’irradiation donnée (t, en seconde)
cor–1respond à une dose d’irradiation (D, en Gray (1Gy = 1 J. kg )) qui lui est
proportionnelle, le coefficient de proportionnalité étant le débit de doseou intensité (I, en
–1Gy.s ) (relation (a)).
–1a) D (Gy) = I (Gy.s ) × t (s)
La quantité « cumulée » de radicaux libres formés par radiolyse est d’autant plus
grande que la dose d’irradiation est plus élevée et donc, que la durée d’irradiation
est plus longue. Mais en réalité, les radicaux libres ne peuvent pas s’accumuler en
solution car ce sont des espèces transitoires très réactives. Ils sont donc «
instanta©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 2 1
Aspects physicochimiques des radicaux libres centrés sur l’oxygène 21
nément » à l’état quasi-stationnaire,c’est-à-dire que leur vitesse de formation est
égale à leur vitesse de disparition. Dans ces conditions, leur concentration à l’état
–14 –1quasi-stationnaire est extrêmement faible, par exemple de l’ordre de 10 mol.L
pour les radicaux hydroxyles. Une conséquence de ce mode d’irradiation est
l’impossibilité de doser les radicaux libres, ni pendant les irradiations car leurs
concentrations sont trop faibles, ni après les irradiations car leurs réactions sont terminées
en quelques dizaines de millisecondes. Cependant, l’analyse chimique
(spectrophotométrie d’absorption UV-visible,chromatographie liquide haute pression (CLHP)
couplée à la spectrophotométrie d’absorption ou à la chimiluminescence ou bien
encore à la spectrométrie de masse...) des produits stables formés à la fin des
irradiations, permet de révéler,à la fois la dégradation du substrat étudié et l’apparition
de nouveaux produits (voir par exemple,Hindo et al., 2000).
La quantification des transformations chimiques corrélées aux phénomènes
radiolytiques se traduit par la détermination expérimentale des rendements radiolytiques ,
G. Ces derniers sont calculés à partir de la pente initiale (dérivée à l’origine) des
courbes représentant l’évolution de la concentration en fonction de la dose
d’irradiation (relation (b)). Il est ainsi possible de déterminer le rendement de disparition du
substrat,G(-substrat) et le rendement de formation de chaque nouveau produit ,
G(produit).
–1 –1b) G (mol.J ) = d concentration (mol.L ) / d D (Gy)
La comparaison des valeurs expérimentales de rendement aux valeurs bien
• •–connues des rendements des radicaux initiateurs ( OH et/ou O , voir tableau 6) per-2
met d’établir le mécanisme réactionnel de l’action de ces radicaux sur le substrat
étudié. Remarquons qu’il est possible d’étudier séparément l’action des radicaux
• •–OH ou celle des radicaux O , en utilisant des capteurs de radicaux appropriés (voir2
par exemple,Bonnefont-Rousselot, 1999).
6.4. Radiolyse pulsée
La radiolyse pulsée est une méthode d’analyse en temps réel des réactions
radicalaires. Elle associe à une irradiation extrêmement courte (souvent quelques
nanosecondes) provenant d’un accélérateur d’électrons (ou d’ions positifs), une
détection résolue dans le temps (entre quelques dizaines de nanosecondes et quelques
dizaines de millisecondes), permettant de suivre l’évolution cinétique des espèces
radicalaires créées par radiolyse. La concentration des radicaux libres ainsi générés
–6est relativement élevée puisqu’elle est habituellement comprise entre 10 e t
–4 –110 mol.L , selon la dose déposée pendant le temps très bref de l’irradiation.
L’analyse des espèces transitoires est le plus souvent effectuée par spectroscopie
d’absorption UV-visible. Elle permet de caractériser les espèces radicalaires par
leur spectre d’absorption. De plus,cette méthode offre la possibilité de déterminer
directement les constantes de vitessede chacune des étapes élémentaires
impliquant les radicaux libres (réaction radical-substrat, réaction biradicalaire...). C’est
ainsi que la majeure partie des constantes de vitesse des radicaux hydroxyles
©Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit01 SMB 9/01/07 9:02 Page 22
22 Radicaux libres et stress oxydant
connues, ont été obtenues par radiolyse pulsée (voir par exemple, pour les acides
aminés aromatiques,Getoff, 1992). Il en est de même pour certaines constantes de
vitesse des radicaux peroxyles et superoxydes, tout au moins quand celles-ci sont
6 –1 –1supérieures à 10mol .L.s .
Conclusion
Les espèces réactives de l’oxygène ont des propriétés physicochimiques bien
établies, qui les caractérisent tant au point de vue thermodynamique que cinétique. Ces
propriétés permettent de différencier nettement les divers oxyradicaux selon leur
réactivité qui va en décroissant, des radicaux hydroxyles aux radicaux superoxydes ,
•en passant par les radicaux peroxyles. En effet, les radicaux hydroxyles OH sont, de
toute évidence, les espèces les plus délétères du stress oxydant, étant donné leur fort
pouvoir oxydant et leurs constantes de vitesse très élevées (limitées par la diffusion) ,
vis-à-vis de très nombreux substrats bio-organiques. C’est pourquoi il est quasiment
impossible d’envisager un système de protection chimique ,in vivo, vis-à-vis de
l’at•taque des radicaux hydroxyles. Les radicaux peroxyles RO ,bien qu’ayant un pou-2
voir oxydant important, possèdent des constantes de vitesse inférieures (au moins
d’un ordre de grandeur, et souvent davantage) à celles des radicaux hydroxyles. Les
peroxyradicaux présentent donc une réactivité intermédiaire entre celle des radicaux
• •–hydroxyles OH et celle des radicaux superoxydes O . Ceci leur confère la capacité2
d’être plus aisément éliminés par certains réducteurs (antioxydants) tels que
l’α•–tocophérol et l’ascorbate. Les radicaux superoxydes O ,ainsi que leur forme proto-2
•née HO (radicaux perhydroxyles), sont très peu réactifs vis-à-vis de la plupart des2
substrats bio-organiques,bien que leur pouvoir oxydant (ou réducteur) soit
relativement élevé. Leur quasi-inertie chimique vient de leurs constantes de vitesse qui sont
très inférieures à celles des radicaux hydroxyles et peroxyles. En particulier, les
radicaux superoxydes sont si peu réactifs vis-à-vis des systèmes biologiques que leur
toxicité ne semble provenir que de réactions secondaires générant des espèces
• –toxiques (comme par exemple les radicaux OH, le peroxynitrite ONOO ou le
peroxyde d’hydrogène H O ). L’ensemble de ces propriétés souvent démontrées à partir2 2
de systèmes modèles in vitro,comme celui de la radiolyse, permet de mieux
comprendre les mécanismes impliqués dans les phénomènes de stress oxydant ainsi que
les mécanismes d’action des antioxydants .
Références bibliographiques
• •–Becker D, Summerfield S, Gillish S, Sevilla HO /O with unsaturated fatty acids. J2 2
MD (1994). Influence of oxygen on the Biol Chem, 258 : 4759-4761.
repair of direct radiation damage to DNA
by thiols in model systems. Int J Radia t Bielski BHJ., Cabelli DE, Arudi RL, Ross AB
Biol, 655 : 537-548. • •–(1985). Reactivity of HO /O radicals in2 2
aqueous solutions. J Phys Chem Ref Data,Bielski BHJ., Arudi RL, Sutherland MW
14(4) : 1041-1099.(1983). A study of the reactivity of
©Lavoissieierr –– LaLa photocopie non autoriséeée eestst uunn délit