Super Oxydes Dismutase

Présentation au sujet: "Super Oxydes Dismutase"— Transcription de la présentation:

1 Université des sciences et de la technologie Houari- Boumedienne Thème 1

2 Introduction L’oxygène et les radicaux libres Stress oxydatif conséquence et l’anion superoxyde Système antioxydant: Les superoxydes dismutases (SOD ) Les différentes types de SOD SOD et la lutte contre les différentes pathologie - application Conclusion 1 3 2 4 5 7 6 2

3 C’est une enzyme naturellement présente dans notre corps. Egalement disponible en complément alimentaire et sous forme injectable, qui favorise la dégradation des radicaux libres. Les suppléments de superoxyde dismutase sont utilisés pour traiter et prévenir un certain nombre de problèmes de santé et de maladies. Ces suppléments sont fabriqués à partir d'une combinaison d'extrait de blé et de melon. Les superoxydes dismutases sont des métalloprotéines possédant une activité enzymatique catalysant la dismutation des anions superoxydes en dioxygène et peroxyde d'hydrogène. Pour cette raison, cette enzyme est une composante essentielle du mécanisme d'élimination des radicaux libres 3

4 L’oxygène est un composé indispensable à la vie mais qui peut présenter, dans certaines circonstances, une forte toxicité. Il peut en effet, lors de réactions radicalaires former des espèces réactives de l’oxygène. Dans certaines conditions pathologiques, ces derniers sont produits de façon excessive ce qui conduit à un déséquilibre entre la production des radicaux libres et les systèmes antioxydants; on parle alors du stress oxydant, qui entraîne des dommages oxydatifs sur des molécules biologiques (les protéines, les lipides, les glucides et l'ADN) induisant, par conséquent l'émergence de différentes pathologies. 4

5 Dans les conditions physiologiques, un équilibre existe entre la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) et les systèmes de défense antioxydants. Cependant, de nombreuses causes peuvent rompre cet équilibre et être à l’origine d’une augmentation du taux d’ERO dans la cellule. Ce processus est appelé « stress oxydatif » ou encore « stress oxydant ». Les ERO sont de puissants oxydants qui vont induire dans la cellule des dommages au niveau des macromolécules, être responsables de la peroxydation lipidique, de l’apparition d’une porosité membranaire et de la cytolyse cellulaire, ainsi que d’une diminution du métabolisme protéique et de l’oxydation des nucléotides on distingue deux source de ERO ; endogène (naturelle) et exogène (non naturelle ). 5

6 représentant les différents états d'oxydation lors de l'homéostasie et du stress oxydant 6

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8  L'anion superoxyde, O2-, est la principale espèce radicalaire de l’oxygène. Il a été mis en évidence en 1969 par Fridovich et Mc Cord (Joe M. McCord and Fridovich 1969). Dans les milieux biologiques, lors de la formation de l’O2-, l’oxygène passe d’un état fondamental triplet à un état doublet. Cette réaction est à la fois endothermique et monoélectronique.  Lieu de production de l’anion superoxyde C’est un produit majoritairement par les enzymes de la chaîne respiratoire mitochondriale et du réticulum endoplasmique, et de façon plus marginale, par de nombreuses autres enzymes, comme la xanthine oxydase, l’indoléamine di oxygénase, la tryptophane dioxygénase, NADPH oxydases. 8

9 La chaîne respiratoire mitochondriale est composée d’une série de catalyseurs rédox localisés dans la membrane interne de la mitochondrie. Leurs potentiels rédox va de -320 mV à +380 mV. Cependant au cours des différentes réactions d’oxydo-réduction, qui ont lieu au niveau des crêtes mitochondriales, 2 à 5% d’électrons s’échappent à différents niveaux de la chaine respiratoire conduisant à la formation d’ERO et d’anion Superoxyde. 9

10 L’anion superoxyde est thermodynamiquement instable, quel que soit le pH, par rapport à sa dismutation en peroxydase d’hydrogène H2O2 et dioxygène O2, la réaction de dismutation nécessite des protons (H+) Donc, aux pH élevés (faible concentration de H+), les solutions contenant l’ion superoxyde peuvent avoir une certaine stabilité cinétique. Il se dismute, en effet, en peroxyde d’hydrogène avec une vitesse de k=105 M-1 s-1. Cette dismutation peut aussi être effectuée par les superoxydes dismutases présentes dans l’espace inter-membranaire de la mitochondrie, accélérant la réaction d’un facteur 1000 fois. Sous sa forme protonée, l’anion superoxyde, est plus réactif et donc plus dangereux 10

11 Pour échapper aux conséquences du stress oxydant et neutraliser les radicaux libres, notre organisme est équipé de tout un système complexe de défense antioxydante, enzymatique et non enzymatique. Un antioxydant est une substance qui inhibe ou retarde significativement l’oxydation d’un substrat, lorsqu'elle est présente à de faibles concentrations dans le milieu où elle intervient. Les antioxydants peuvent agir soit en réduisant ou en dismutant les espèces réactives de l’oxygène ERO, soit en les piégeant pour former un composé stable. Les systèmes antioxydants de défense sont enzymatiques ou non-enzymatiques. Parmi les enzymes antioxydantes, on distingue la superoxyde dismutase. 11

12 La défense contre le stress oxydant repose donc dans ce compartiment sur de petites molécules qui vont neutraliser les radicaux libres en réagissant directement avec eux. Les plus actives sont les vitamines C et E. Il en existe d’autres - tels que le glutathion, l’acide urique, l’albumine, la transferrine, la céruloplasmine etc. La vitamine E La vitamine E ou α–tocophérol, est le principal antioxydant membranaire : fixée aux membranes lipidiques, elle a pour rôle de stopper les réactions en chaîne de lipo peroxydation. ce qui permet aux systèmes antioxydants de la réduire. La vitamine C La vitamine C ou acide ascorbique, ainsi appelée car elle est utilisée en traitement contre le scorbut, est un agent antioxydant majeur. 12

13 Systèmes enzymatiques Catalase, peroxydase et Superoxyde Dismutase Systèmes non - enzymatiques 13

14  Les superoxyde dismutases (SOD) constituent un moyen de défense antioxydant très important contre le stress oxydatif dans le corps humain caractérisées par les métaux ( Cu et Zn, Mn, Fe)  Elles sont responsable de la dismutation spontanée du radical superoxyde en peroxyde d’hydrogène : selon la réaction suivant : 14

15 La Cu/Zn-SOD ou SOD1 cytosolique utilise le cuivre et le zinc comme cofacteurs nécessaires à l’activité enzymatique. La SOD2, mitochondriale, utilise le manganèse. La SOD3 extracellulaire, utilise le cuivre et le zinc ou Fer.  Il existe plusieurs types de SOD, caractérisés par l’atome de métal situé sur leur site actif. Il y a la SOD1, qui présente un atome de cuivre et un de zinc, la SOD2 avec son atome de manganèse et enfin la SOD3 associée au fer. Ces atomes de métal sont essentiels dans la double réaction d’oxydo-réduction qui permet la dismutation de l’O2 15

16 Mn-SOD (SOD2) dans les mitochondries Dans le cytoplasme CuZn-SOD(SOD3) extracellulaire 16

17 Cette réaction se produit spontanément dans l’organisme, mais sa vitesse est alors de seulement de k=105 M-1 s-1. Grace à la SOD, la vitesse de réaction passe à 108 M-1 s-1 en moyenne. Il est vital que ce radical soit consommé très rapidement, car bien que relativement peu réactif, il provoque de dégâts dans l’organisme. Dans les tissus, la concentration de la SOD est très élevée (environ 10-5 M ) pour une concentration d’O2.- de 10-11 à 10-12 M. 17

18 La SOD1 est une enzyme très largement conservée au cours de l’évolution, ce qui souligne son rôle fondamental dans la survie des organismes vivants. Elle est majoritairement présente chez les eucaryotes, La SOD1 est présente majoritairement au niveau cytoplasmique mais aussi dans le noyau, l’espace inter-membranaire mitochondrial Elle est exprimée dans toutes les cellules avec une activité plus importante au niveau du foie, du cerveau. Localisation cellulaire 18

19  Le site actif de la SOD 1 est localisé au fond d’un canal étroit, dont la largeur va de 24 Å de bord à bord à la surface externe de l’enzyme, pour diminuer jusqu’à 4 Å au fond. Il est chargé positivement et situé sur la face externe du tonneau β, entre les 2 plus grandes boucles Les ions cuivre présentent une activité catalytique alors que les ions zinc stabilisent la molécule. Tous les atomes métalliques ont un degré d’oxydation II. Au sein du site actif d’une même sous-unité. les atomes de cuivre et de zinc sont séparés d’une distance de 6.3Ǻ et liés par l’histidine 61 Chaque monomère contient 1 Cu + 1 Zn 19

20 Le Cu est lié à trois autres histidines selon une géométrie « plan carré » L’atome de zinc est enfoui, tandis que celui de cuivre émerge de 5Ǻ2 20

21 Mécanisme réactionnel En premier lieu, l’O2.- se lie au Cu II et O2.-/Guanidium de l’Arg 141, ce qui a pour effet de réduire le Cu II en Cu I. Il y a alors rupture de la liaison entre le cuivre et l’histidine 61 protonée. L’O2 formé est libéré. L’histidine 61, déplacée entre les deux atomes de métal, se lie à nouveau à l’atome de cuivre, ce qui produit une libération de l’H+ qui est immédiatement fixé par l’O2. Enfin, une molécule d’H2O protone l’O2, aboutissant à la formation d’une molécule d’H2O2 Mécanisme réactionnel de la SOD. 21

22 Mécanisme réactionnel  L’étude cristallographique a démontré que la rapidité de l’activité catalytique de la CuZnSOD dépend du canal du site actif. Ce canal présente un potentiel électrostatique positif et est constitué d’une quinzaine de résidus constants (ex. : Glu 132, Glu 133, Lys 136, et Arg 143). Cette région facilite la diffusion moléculaire de l’anion superoxyde Cuivre réduit Cuivre oxydé 22 Rôle du zinc : Important dans la 2eme étape.oxydation du Cu(I) au Cu (II), c’est-à-dire la réduction de l’anion superoxyde Structural: Orienterait l’imidazole, qui coordine le Cu(II) et Orienterait l’hydroperoxyde et l’empêcherait de coordiner fortement (facilité de départ H2O2)

23  La superoxyde dismutase au manganèse, MnSOD, aussi appelée SOD 2, est présente aussi bien sous forme monomérique, que dimérique ou tétramérique Chaque sous-unité comporte un ion manganèse (Mn3+). La distance entre les deux ions manganèses est de 18 Å. On la retrouve chez les procaryotes aussi bien que chez les eucaryotes afin de protéger l’ADN spécifiquement.  Elle est située dans la matrice et l’espace inter-membranaire mitochondriaux et protège cet organite du stress oxydant lié à l’activité de la chaîne respiratoire. De plus, il est démontré que la MnSOD joue un rôle dans la prolifération et des tumeurs à travers l’activation de voies de signalisation par les espèces réactives de l’oxygène  Enfin, nous ajouterons que la vitesse catalytique de cette enzyme est très importante, puisqu’elle est d’environ 107 M-1 s-1 à pH physiologique. Localisation cellulaire 23

24 La troisième espèce de SOD possède un atome de fer sur le site actif de chacune de ses sous-unités. Elle est généralement dimérique mais parfois monomérique et très proche de la MnSOD au niveau structurel : elle est très riche en hélices α, leurs structures primaires présentent 45 % d’homologie et la distance entre les deux atomes de fer est de 18 Å.Cependant leurs deux atomes de métal (Fer et Manganèse) ne sont pas interchangeables Structure du monomère de FeSOD Site actif des Fe-SOD entouré d’une couche de résidus aromatiques: Protection de la protéine vis- à-vis des O2 24

25 Une étude portant sur l'évaluation de l'effet thérapeutique de la SOD sous forme de pommade sur les radio fibroses cutanées pour cancer du sein a porté sur 75 patientes dont 19 ont permis aux auteurs de rechercher à travers la relation dose / effet la posologie la mieux adaptée (800 U 2 fois/jour pendant 90 jours). Le protocole de contrôle des effets thérapeutiques comprend, outre l'observation clinique minutieuse, des mesures quantifiées : téléthermographie I.R., pH-métrie cutanée, planimétrie dont l'exploitation conduit à proposer un score analytique tenant compte du retentissement loco-régional. Les résultats font tous état d'une incontestable amélioration d'autant plus marquée que l'apparition de la fibrose est plus récente ; elle est en moyenne de 32 % du score initial mai s peut atteindre 50 %. La chronologie des phases de récupération a pu être dégagée 1)diminution voir e cessation de la douleur dès la 3-4 e semaine, 2)assouplissement associé à une réduction du placard fibreux à partir des 2 et 3 jour 3) affaiblissement discret de la pigmentation après le 4 e mois, 4) enfin, une remobilisation du membre supérieur tardive (> 12 mois ) après le début du traitement 25

26 Les facteurs responsables de l'inflammation peuvent être variés (infectieux, immunologiques, mécaniques par traumatisme ou frottement). Dans tous les cas, la survenue de l'inflammation est due à la libération dans notre organisme de précurseurs de l'inflammation, les cytokines et les chimiokines. Ces agents inflammatoires constituent un large groupe, et la plupart d'entre eux sont sous l'influence des radicaux libres produits par notre organisme. De plus, l'inflammation est habituellement accompagnée par une libération plus importante de radicaux libres, permettant ainsi le maintien et le développement de l'inflammation. De fait, le processus de l'inflammation se présente comme un mécanisme en cascade qui s'auto entretient à défaut d'être correctement pris en charge. La super oxyde dismutase agit sur l’inflammation. Lorsque la production de radicaux libres est supérieure à la normale (comme c'est le cas lors des réactions inflammatoires), notre réserve de SOD est insuffisante pour rétablir l'équilibre physiologique, et il est nécessaire d'apporter de l'extérieur un supplément de SOD. 26

27 La SOD est l’enzyme majoritaire permettant de lutter dans l’organisme contre les effets délétères de ce stress oxydatif. 27 Une nouvelle voie de recherche s’ouvre désormais avec les inhibiteurs de la SOD. Ces molécules, peu nombreuses tant à l’état naturel que synthétique, constituent les chefs de file potentiels des nouveaux anti-cancéreux.

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