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- - Cours du Master Biotechnologies et Amélioration des Plantes, Marrakech
- Travaux pratiques Master Biotechnologies et Amélioration des Plantes, Marrakech
Air: 21% de O2 (dioxygène)
Une espèce réactive de l'oxygène (Reactive Oxygen Species: ROS) est un radical oxygéné (O2-, OH) ou une molécule pouvant produire des radicaux libres oxygénés (H2O2). A L'opposé, il existe des radicaux libres azotés (RNS).
ROS. Nomenclature
L'O2 est une molécule biradicalaire formée de deux atomes présentant sur leur orbitale externe deux électrons non appariés. Il est donc susceptible de capter facilement 1 puis 2 électrons pour être partiellement réduit en O2- puis en H2O2. Il est ainsi à l'origine de la formation d'espèces réactives oxygénées (Reactive Oxygen Species : ROS).
En chimie, des radicaux libres sont des entités chimiques possédant un ou plusieurs électrons non appariés (électrons célibataires) sur leurs couches externes. Ils sont notés par un point '.'. Ils sont obtenus par rupture de liaisons chimiques. Cela peut arriver dans des cas de hautes températures, radiations ionisantes et ultraviolets. La présence d'un électron célibataire confère à ces molécules une grande instabilité (elles ne respectent pas la règle de l'octet), ce qui signifie qu'elles ont la possibilité de réagir avec de nombreux composés. Si l'instabilité est importante, l'électron libre est rapidement transféré sur une autre molécule. le caractère radicalaire de la molécule ne disparaît pas et l'électron libre peut passer sur d'autres molécules, entraînant des phénomènes d'oxydation en chaîne. C'est typiquement ce qui se passe lors de la peroxydation des lipides.
Le bilan de loxydation par loxygène moléculaire
dun substrat organique RH est le suivant :
RH + O2 ----> ROOH. Cest une réaction radicalaire en
chaînes dans laquelle les atomes dhydrogène les plus
labiles du substrat sont arrachés par des radicaux libres. On
peut schématiser le mécanisme de la réaction comme
suit :
Amorçage:
production de radicaux libres amorceurs A·
A· + RH ---> AH + R·
Propagation: réactions en général très
rapides car les radicaux libres sont très réactifs.
R· + O2 ---> ROO· et ROO· + RH ---> ROOH
+ R·
Terminaison: réactions entre deux radicaux qui conduisent
à la formation de produits stables.
R· + R· ---> , ROO· + R· ---> et ROO·
+ ROO· --->. Tous des produits non radicalaires
Les
additifs limitant loxydation peuvent intervenir à deux
niveaux, à savoir dans la phase damorçage ou dans
la propagation des chaînes. Ils peuvent aussi simplement consommer
loxygène dans le milieu limitant loxydation : on
les appelle alors parfois antioxygènes.
En biologie, le terme de radical libre est utilisé pour désigner
les dérivés réactifs de l'oxygène, ou 'espèce
réactive oxygénée' (Reactive oxygen species
: ROS), ou 'radicaux oxygénés libres' ou 'dérivés
réactifs de l'oxygène'. Il s'agit d'une classe spécifique
de radicaux. Les exemples sont: le radical superoxyde O2. -, le radical
hydroxyle HO., les radicaux peroxyde (ROO.), le radical alkoxyle (RO.)
où R est une chaîne carbonée.
Les anions superoxyde (oxygène moléculaire ionisé
par addition d'un électron supplémentaire) sont des radicaux
libres de durée de vie très brève, sont très
toxiques pour les molécules biologiques, en particulier les acides
gras polyinsaturés, sur lesquels ils produisent des peroxydations
en chaîne.
Comment sont produits les ROS?
Ces espèces chimiques d'oxygène sont très instables et très réactives.
L'anion superoxyde (O2-) est un radical chargé négativement provenant de la réduction monovalente de l'oxygène moléculaire (O2) qui capte un électron. La dismutation de cet O2- entraîne la formation d'oxygène fondamental et de peroxyde d'hydrogène (H2O2).
L'H2O2 n'est pas un radical libre au sens propre mais il est extrêmement réactif et possède un fort pouvoir oxydant. De plus, sa capacité à traverser les membranes biologiques fait quil peut se retrouver à une grande distance de son lieu de production.
Selon la réaction de Fenton, l'H2O2 se décompose, en présence d'ions ferreux (Fe2+), en un ion OH- et un radical hydroxyle (OH.) [H2O2 + Fe2+ --> OH. + OH- + Fe3+]. Cette reaction s'interrompt rapidement par épuisement du fer ferreux, excepté en présence d'anion superoxyde (O2.-) qui régénère Fe3+ en Fe2+ selon la réaction d'Haber-Weiss [O2.- + Fe3+ --> O2 + Fe2+]. Ainsi, la présence simultanée de peroxyde d'hydrogene (H2O2), d'anion superoxyde (O2.-) et de fer permet la production de radical hydroxyle (OH.).
L'OH, avec une demi-vie de lordre de la nanoseconde, est la plus instable et la plus réactive de toutes les espèces dérivées de loxygène. La diffusion limitée de ce radical lui permet de réagir avec de nombreuses espèces moléculaires se trouvant à proximité (protéines, lipides, ADN ) entraînant ainsi de multiples dommages cellulaires. L'OH apparaît comme lespèce radicalaire ayant un rôle majeur dans la cytotoxicité des ROS.
ALLER A: PRODUCTION DES ROS ? ....