Biochimie appliquée

Objectif du module

1. Acquérir des connaissances sur les substances naturelles exploitées par l’homme.

2. Faire le lien entre la biochimie des molécules naturelles et leurs applications dans les

différents domaines ; agro-alimentaire, pharmaceutique, cosmetique.

Chapitre 1: Biochimie des substances d'origine végétale:

1 – Les macromolécules de la paroi végétale

(cellulose, hémicellulose, pectines……...)

2 – Les substances foliaires (protéines foliaires, isolats et concentras)

3 – Métabolites secondaires (les alcaloïdes, terpènes, polyphénols)

Chapitre 2 : Biochimie des substances d'origine animale:

1 – Constituants des liquides biologiques

1 - 1 - sang

1 - 2 - sérum du lait

2 – Culture de cellules animales (eucaryotes)

2 - 1 - le cycle cellulaire et les moyens d’études.

2 - 2 - Les différents types de culture

2 -3 - L'hybridation cellulaire : application à la production d'anticorps monoclonaux.

Chapitre 3 : Biochimie des substances d'origine microbienne:

1 – Les enzymes

2 – Les vitamines

3 – Les antibiotiques

4 – Culture de biomasse et production d'organismes unicellulaires

Chapitre 4 : Enzymologie appliquée:

1 – Les enzymes immobilisés et leur intérêt

1 - 1 - méthodes d'immobilisation des enzymes

1 - 2 - Propriétés des enzymes immobilisées

1 - 3 - Applications

1 - 4 - Réacteurs enzymatiques.

2 – Les enzymes artificielles: cas des cyclodextrines

I.1.2. Hémicelluloses

Existent dans la paroi primaire et secondaire des cellules végétales. C’est une substance

matricielle qui joue le rôle de liaison entre les microfibrilles de cellulose. Elles

représentent 15 à 40% de la matière végétale.

L’hémicellulose est un heteropolysacharide ramifié qui contient différents types d’oses :

des hexoses (glucose, galactose, mannose), des pentoses (xylose, arabinose), des

desoxyoses (desoxymannose, desoxygalactose) et des acides uroniques (acide

glucuronique, acide galacturonique).

L’hémicellulose se trouve surtout dans l’enveloppe des graines (son de blé, d’orge ou de

mais) dans les pailles des céréales, les rafles de mais, la peau des tubercules de betteraves

et de pommes de terre.

L’hémicellulose est hydrolysable par les acides faibles.

Applications de l’hémicellulose :

L’hydrolyse acide des hémicellulose conduit au monomaires constitutifs comme le

xylose, le glucose, l’arabinose. La fermentation alcoolique des sucres ainsi formés, les

transforme en divers produits comme les alcools ( ethyliques, butanoliques) et des acides

organiques (acétique, butyrique, lactique…)

Les pentoses obtenus sont extraits puis transformés en furfural, les hexoses en alcool

furfuralque. Ces dérivés sont très réactifs et sont à l’origine de nombreux polymères de

synthèse ; nylons, polyesters, colles, résines….

Ces produits ne présentent pas une grande importance économique en les comparent aux

produits pétroliers.

I.1.3. Pectines

Les pectines sont les principaux constituants de la lamelle moyenne de la paroi des cellules

vegetale.

Ce sont des polymères d’acides galacturoniques plus ou moins méthylés . Des rhamnoses

s’insèrent entre les monomères d’acides galacturonique et cassent la linéarité de la

molécule (coude) et portent des chaînes latérales osidiques.

Acide poly galacturonique

Schéma simplifié de la pectine

Lorsque deux portions de chaînes sont constituées d' acides galacturoniques non méthylés,

elles peuvent se lier en présence de calcium ( boîte à œufs). Cette conformation permet

aux pectines de former un réseau tridimensionnel capable de piéger les molécules d’eau.

Ceci leur confère la propriété de former un gel.

Réseau de pectines

La gélification des pectines varie selon le DM.

Le degré de méthylation (DM) des pectines est représenté par le rapport (CO-O-

CH3/COOH)

Selon le DM en distingue deux types de pectines :

Pectines hautement méthylées DM > 50% sont caractérisées par une gélification rapide.

Le réseau de pectine est stabilisé par des liaisons hydrogène

Pectines faiblement méthylées DM < 50% sont caractérisées par une gélification lente

qui nécessite la présence du calcium qui joue le rôle d’un agent de pontage

I.1.3.1. Extraction des pectines

Les pectines se trouvent en grandes quantités dans les fruits et les légumes ; pêche,

pomme, carotte, tomate, banane, et la plus grande teneur se trouve dans la pulpe de

betteraves a sucre et celle des agrumes.

A l’échèle industriel, l’extraction des pectines se fait a partir des sous produits (déchets

résiduels) de la production de jus de fruits.

I.1.3.2. Application des pectines

a) En industrie alimentaire : grâce a leurs propriétés gélifiantes, les pectines sont

utilisées comme aditifs alimentaires gélifiants (E440) dans les preparations des confitures,

des gelées, des sauces….

b) En industrie pharmaceutique :

Les pectines sont utilisées comme agents protecteurs de la muqueuse digestive en cas

d’affections gastro-intestinales

Les pectines sont utilisées pour le traitement des régurgitations chez le nourrissant

(Gelopectose ®). Elles permettent l’épaississement du contenu gastrique, ce qui limite la

régurgitation.

Pour leur capacité d’absorber l’eau, les pectines sont utilisées pour le traitement des

diarrhées (Tanolone ®)

Les pectines sont utilisées en chirurgie buccodentaire sous forme de bain de bouche pour

le traitement locale des hémorragies (Arhemopectine ®)

c) En diététique :

Des études épidémiologiques ont montré que la consommation régulière des pectines est

efficace dans le contrôle de la cholestérolémie et la prévention des maladies

cardiovasculaires. Les pectines peuvent se lier aux acides biliaires secrétées par le foie

dans tube digestif, ce qui permet leur élimination avec les selles au lieu de leur

régénération après réabsorption. Une neosynthèse des acide biliaires par oxydation du

cholestérol est alors entreprise.

Les pectines sont utilisées dans le régime amaigrissant comme coupe faim. Les pectines se

transforment en sorte de gel visqueux au contact de l'eau et provoquent un effet de satiété

immédiat. L vidange gastrique est ralentie et les sucres et les graisses, piégés dans ce gel à

base de pectine, sont évacués par la voie intestinale.

I.1.4. Lignines

Se sont des polymères polyphénoliques de poids moléculaire élevé, caractérisé par une

structure réticulée. Elles sont formées par la polymérisation de trois monomères

aromatiques 1) alcool conferylique 2) alcool paracoumarylique 3) alcool sinapylique.

Ces alcools sont des dérivés d’un acide aminé, la phénylalanine

Représentation chimique de la lignine

La majeure partie des lignines se trouve dans la paroi secondaire des cellules de soutien et

de conduction. Elles sont également présentes au niveau de la paroi primaire et de la

lamelle moyenne.

En raison du caractère hydrophobe, les lignines rendent les cellules et les tissus

végétaux imperméables. Leur résistance vis-à-vis de la dégradation biologique fait d’elle

une barrière qui s’oppose a la pénétration et a la progression des agents pathogènes.

I.1.3.1. Application des lignines

Les lignines sont, après la cellulose, les substances les plus abondantes de la biosphère.

Elle représentes de 25 a 50% du poid sec du bois selon l’espèce végétale. Une production

agricole de lignines (pailles de céréales, tiges de tournesol, tiges et rafles de mais.

Bagasses de canne a sucre, bois… ) est estimé a 20 milliards de tonnes par an.

La lignine utilisée dans des applications industrielles provient essentiellement des liqueurs

noires issues des deux procédés de fabrication de pâtes papetière. On estime qu'environ

160 millions de t/an de pâte chimique de cellulose sont produites dans le monde,

conduisant à environ 50 millions de t/an de lignine. La plus grande partie de cette lignine

résiduelle est brûlée pour générer de l'énergie pour les usines de fabrication de la pâte.

Les lignines ont plusieurs applications telles que :

*Matière première pour la production de vanilline.

Combustible, fournissant plus d’énergie, une fois brûlée que la cellulose.

Additif dans le ciment, en particulier comme agent retardateur de prise du ciment

Additif dans l’asphalte, en particulier à cause de ses caractéristiques anti-oxydantes.

Liant dans les aliments pour animaux pour plastifier et tenir ensemble la pellet.

Résine phénol-formaldéhyde et substitut aux adhésifs pour bois.

Résines d’encapsulation de cartes de circuit imprimé.

Résines de fonderie et composés de moulage.

Films plastiques dégradables.

Matériaux de friction (freinage).

Fibre de carbone et production de carbone activé

I.3. Métabolites secondaires des plantes

Les produits métaboliques des plantes se divisent en deux grandes classes

-

Métabolites primaires :

représentés par les glucides, les lipides et les protéines.

existent en grande quantités,

se trouvent dans toutes les espèces végétales,

sont indispensable pour le métabolisme et le développement végétal

représentent la base de l’alimentation humaine.

3-Métabolites secondaires :

représentés principalement par les terpènoides, les alcaloïdes et les composés

phénoliques.

Existent en faible quantité

Caractérisés par une distribution plus spécifique (famille, espèce)

Caractérisés par une grande diversité structurale

Ne participent pas directement au développement de la plante

Participent dans divers fonctions des plantes :

o Immunité végétale ; protections des plantes contre les microorganismes et même

contre les herbivores.

o Attraction des insectes polinisateurs (reproduction)

o Allélopathie (compétition /coopération entre plantes) et symbiose.

Sont utilisés par l’homme comme aromes, médicaments, antioxydant et par fois comme

colorants.

I.3.1. Terpènes et huiles essentiels

I.3.1.1. Terpènoides :

Représentent la plus grande famille des métabolites secondaire. Ils partagent avec les

autres lipides la propriété d’insolubilité dans l’eau et de solubilité dans les solvants

organiques.

L’unité de base des terpenoides est l’isoprène. (C5H8)

Celui-ci se polymérise pour donner un grand nombre de molécules dont la structure

varie selon le nombre de molécules condensées, le mode de condensation (1-1 : tète a

queue, 4-4 : queue a queue) et selon les modifications ultérieurs : cyclisation,

formations de groupements carbonyl, lactone, Ac carboxylique…

Selon le nombre d’unités isopreniques, on distingue six classes de terpènes (tableau)

a) Monoterpènes

Formés par l’assemblage de deux unités d’isoprène (C10). Ils sont volatils et odoriférant,

constituent la majeure partie des huiles essentielles des plantes.

On distingue des monoterpenes acyclique (myrcene), monocycliques (menthol) ou

bicyclique (α pinene)

Les fonctions des monoterpènes sont multiples ; protègent les plantes des insectes et des

animaux. Inhibent la croissance bactérienne et fongique (usages thérapeutiques). Au

contraire d’autres sont toxiques tel que les pyréthroides des feuilles de certain

chrysanthèmes.

b) Sesquiterpènes :

Formés de trois unités d’isoprène (C15). Présent dans les huiles essentielles. Peuvent être

acyclique (farnesol de l'oranger ou de l'acacia) ou cycliques (caryophylene).

Le farnésol est utilisé en parfumerie pour souligner les odeurs de parfums floraux, Le

farnésol est aussi utilisé dans la fabrication de produit biologique de traitement de

l'environnement car il est un pesticide naturel contre les acariens et certainement un

précurseur de l'hormone juvénile de plusieurs insectes, ce qui en fait un ingrédient utilisé

comme inhibiteur de croissance des larves de puces par exemple.

d) Diterpènes :

Formés par l’assemblage de quatre unités d’isoprène (C20). Ils ne sont pas volatils.

Peuvent être acyclique (phytol : précurseur des vitamines E et K), monocycliques

(vitamine A), bicyclique (acide agathique), tricycliques (acide abeitique du sapin),

tetracyclique (gibérelline : hormone de croissance vegetale) ou macrocyclique.

alpha tocopherol (vit E)

Ils sont généralement non volatils et donc présents dans les résines. Iles peuvent avoir

divers fonctions ; la vitamine A est nécessaire pour la vision et la croissance. L’acide

rétinoïque obtenue par l’oxydation de la fonction alcool primaire de la vitamine A est un

agent antitumoral.

D’autres diterpenoides sont connu comme étant des toxines vis-à-vis des herbivores.

e) Triterpenes

Formés par l’assemblage de six unités d’isoprène (C30). Leur structure est tétra ou

pentacyclique semblable a celle des stéroïdes, d’où le nom de phytosterols.

La consommation régulière de phytostérols permet de réduire le taux de cholestérol qui

peut arriver jusqu'à 10%. Les phyrosterols sont également utiles pour traiter

l’hypertrophie bénigne de la prostate.

f) Tétraterpènes

Formés par l’assemblage de huit unités d’isoprène (C40). Représentés par les

caroténoïdes tel que la β carotène (carotte tomate) qui est précurseur de la vitamine A et le

lycopene (E 160 de la tomate) et les xantophiles (photosynthèse). De couleur jaune,

orange, brune ou rouge, les caroténoïdes sont utilisés comme colorants dans l’industrie

alimentaire.

g) Polyterpènes

Formés par l’assemblage d’un nombre d’unités isoprène supérieur à huit (C5H8)n. ils ont

une structure linéaire.

Le caoutchouc naturel est un polymère d’isoprène formé par l’assemblage de 1000 a 5000

unités.

I.3.1.2. Les huiles essentielles

Connus aussi sous le nom d’essences aromatiques végétales. Elles sont volatiles

Contrairement aux hiles fixes. Le terme huiles essentielles désigne un ensemble de

substances volatiles d’odeur caractéristique. Ils sont composés majoritairement de mono

terpènes et de sesquiterpènes.

I.3.1.2.1. Répartition

Les huiles essentielles sont largement réparties dans le règne végétal. Certaines familles

sont particulièrement riches ; conifère (pin, cèdre). Lamiaceae (menthe, thym, sauge,

basilic). rutaceae (agrumes). Asteraceae (armoise). Myrtaceae (eucalyptus).

Les huiles essentielles peuvent être stockées dans touts les organes de la plante ; les

feuilles (menthe, eucalyptus), fleurs (jasmin), tiges (armoises), fruits (muscadier)

La synthèse et l’accumulation des huiles essentielles sont généralement assurées par des

structures histologiques particulaires.

I.3.1.2.2. Propriétés physicochimique des huiles essentielles

Ils sont généralement liquide a température ambiante. Leur densité est le plus souvent

inferieur a celle de l’eau a l’exception des huiles essentielles de giroflier et de cannelle qui

possèdent une densité supérieure a celle de l’eau. Les huiles essentielles sont entrainables

par la vapeur d’eau.

Elles sont peut ou pas solubles dans l’eau mais solubles dans les solvants organique (ether,

hexane, chloroforme….) et dans les alcools. Elles sont photosensibles (s’oxydent

facilement a la lumière)

Unité de base C5: isoprène

C10 Monoterpènes (ex: limonène)

C40 Tetraterpènes (ex: -carotène)

OH

<300

OH

<300

Polyterpènes (ex: caoutchouc)

I.3.1.2.3. Applications des huiles essentielles

a) Intérêt pharmaceutique et thérapeutique

Les huiles essentielles possèdent plusieurs activités biologiques

Activité antimicrobienne et antiparasitaire

Les huiles essentielles du thym (thymol est majeur) de la menthe (menthol) et de

l’eucalyptus (eucalyptol), possèdent des propriétés antimicrobienne. Le barastgrol®

est un medicament sous forme de bain de bouche a base de menthol et de thymol

utilisé pour le traitement des infections bucales.

L’athesinate® est un medicament antipaludique a base d’arthemisine (de l’armoise)

qui est efficace contre le paludisme.

Activité anti-inflammatoire

Les huiles essentielles du thym, de giroflier et de la camomille possedent une

activite anti-inflammatoire dont le mécanisme d’action est lié a l’inhibition de la

cyclooxygenase.

Activité expectorante

L’eucalyptol de l’eucalyptus et le camphre du camphrier ont une activité

expectorante. il facilitent l’expulsion du mucus accumulé dans les poumons en

augmentant le mouvement de l’épithélium cilié au nivaux de l’arbre bronchique.

Les expectorant sont utilisé pour le traitement des toux gras (eucalyptol ®,

camphobiotic®).

Activité antispasmodique

Les huiles essentielles de la menthe et de la verveine sont efficaces pour le

traitement des spasmes gastro-intestinaux. Le mécanisme d’action implique

l’inhibition de l’entré du Ca++ dans les cellules musculaires lisse de l’intestin et de

l’estomac.

En plus de leurs effets thérapeutique, les huiles essentielles sont utilisées en

industrie pharmaceutique comme aromatisant pour certain médicament a

administrés par voie orale.

b) Applications alimentaire

Les huiles essentielles sont utilisées comme aromes (menthol, limonène,

Thymol)

c) Autres applications

Les huiles essentielles sont très utilisées en parfumerie et dans les produits

cosmetique et les produits d’hygiène (savon, dentifrice, produit s de lessive…..)

I.3.1.2.4. Méthodes d’extraction des huiles essentielles

a) Hydrodistillation (un peu semblable à l’entrainement a la vapeur d’eau)

Consiste à placer le matériel végétal dans un ballon avec l’eau distillé. L’ensemble

est porté à ébullition par chauffage. La vapeur d’eau entraine avec elle (véhicule) les

huiles essentielles. Le passage de ces vapeurs a travers un réfrigérant conduit a leur

condensation. Le liquide obtenu (distillat) est un mélange de deux phases ; la phase

des huiles essentielles et la phase aqueuse. Ces deux phases sont séparées par

décantation après addition d’éther diéthylique. Les traces d’eau sont éliminées par

filtration à travers le sulfate de sodium anhydre. L’élimination de l’éther diéthylique

se fait par le rotavopor à basse température.

b) Distillation Clevenger

Permet la séparation d’espèces chimiques volatiles. L’espèce chimique la moins

dense se retrouve en haut dans un tube étroit, d'ou elle seras récupérée séparément

alors que les autres composants retournent dans le ballon avec l'eau.

d) Expression des épicarpes d’agrumes

Les huiles essentielles des épicarpes d’agrumes sont thermolabiles et ne peuvent être

extrait par hydrodistillation. La méthode d’expression a pour bute de faire éclater,

par procédés mécaniques, les poches sécrétrices des épicarpes d’agrumes. Les huiles

essentielles libérées sont recueillit avec l’eau des épicarpes et séparées par la suite

par décantation ou centrifugation.

e) Enfleurage

Concerne plus spécialement les huiles essentielle des fleurs. Cette méthode est basée

sur la liposolubulité des huiles essentielles des végétaux dans les corps gras.

Consiste a déposer les fleurs entre deux couches de graisse. Les huiles essentielles

diffusent alors vers le corps gras. Les fleurs sont remplacées périodiquement par des

fleurs fraiches jusqu'à la saturation du corps gras. Le produit obtenu qui s’appel

pommade florale peut être utilisé tel qu’il est ou bien après extraction des huiles

essentielles par de l’ethanol.

I.3.2. Alcaloïdes

Les alcaloïdes sont des composés organiques basiques possèdent un squelette

hétérocyclique azoté et qui constituent un groupe très hétérogène et portent tous la

terminaison "ine".

La plupart des alcaloïdes sont issus de la condensation des amines provenant de la

décarboxylation d’acides aminés (exemple: cocaïne, atropine, nicotine, papavérine,

colchicine) mais ce n’est pas toujours le cas.

I.3.2.1. Classes d’alcaloïdes

a) Classe des pyrrolidine

Caractérisés par la présence d’un noyau pyrrol

nicotine

L’exemple le plus connue est la nicotine présente dans les feuilles de tabac (nicotina

tabacum). Confère aux plantes des propriétés acaricides, insecticides et fongicides. Chez

l'homme, la nicotine est responsable de la dépendance au tabac. La nicotine est un agoniste

des récepteurs nicotinique de l’acétyle choline.

A faible dose, la nicotine a un effet stimulant sur le SNC. Elle provoque une

augmentation de la pression artérielle et du rythme cardiaque en stimulant la libération de

la dopamine , entraîne une libération d'adrénaline (hormone stimulante), réduit l'appétit et

augmentant le métabolisme.

Elle aurait également pour effet d'améliorer la concentration et la mémoire.

A forte dose, elle provoque des nausées et des vomissements et peut même entrainer la

more par paralysie respiratoire.

b). Classe des Tropanes

Caractérisés par la présence d’un noyau tropane

atropine

Exemple ; L’atropine est un alcaloïde isolé de la plante Atropa belladonna, antagoniste des

récepteurs muscariniques de l’acétyle choline===============================

L’atropine est utilisée en ophtalmologie (mydriaticum®) pour élargir la pupille d’œilet

donc faciliter l’examen. Elle provoque le relâchement de l’iris et une mydriase prononcée.

L’atropine est également utilisée dans le traitement de l’asthme sévère sous forme

d’aérosols (Atrovent®) par voie pulmonaire. Elle permet une broncho-dilatation par

relâchement des muscles lisses bronchiques.

L’atropine est utilisée aussi comme antispasmodique (Spamootex®) par réduction des

contractions musculaire douloureuse

c). Classe des quinoline

La quinine isolée de l’écorce de quinquina est un agent antipaludéen.

d) Classe des isoqunoline

Renferme plus de 1500 alcaloïde. Les plus connus de cette classe sont les alcaloïdes du

pavot (papaver somnifèrum) ; morphine, codeine et thebaine.

La morphine est un agoniste des récepteurs opiacés. La morphine l’analgésique le plus

efficace utilisée en médecine pour ses propriétés sédatives et analgésiques.

La codéine et la thébaine sont utilisées comme analgésique et antitussif (bronchodine®)

e) Classe des phenylethylamines

éphedrine

L’éphédrine isolée de la plante éphédra sinica est utiliser pour le traitement de l’asthme.

L'éphédrine est parfois consommée pour améliorer l'efficacité physique ou mentale. De

plus, elle augmente l'agressivité et permet de faire reculer le seuil de fatigue.

Cette substance appartient à la classe A des produits dopants (cette dernière est considérée

comme un stimulant), et de ce fait son utilisation à des fins non thérapeutiques est interdite

dans le cadre d'une activité sportive

La mescaline isoler a partir des cactacées est utilisée comme drogue hallucinogène

f) Classe des indoles

Renferme plus de 700 alcaloïdes. Ce sont des dérivée du tryptophane,. La réserpine et

l’ajmalicine rencontrée chez les plantes de l’espèce Rawolfia Sont utilisées pour le

traitement de l’hyper tension.

g) Classe des méthylxanthines (purines) il s'agit de composées apparentés aux bases

puriques des acides nucléiques (exemple: caféine, théophylline).

La caféine est présente dans les graines, les feuilles et les fruits de différentes plantes où

elle agit comme insecticide naturel, paralysant ou tuant les insectes qui s'en nourrissent.

Chez l'homme, la caféine agit comme stimulant du système nerveux central et du système

cardio-vasculaire, diminuant la somnolence et augmentant l'attention temporairement. Des

boissons très populaires contiennent de la caféine : café ou thé, certains sodas et boissons

énergisantes qui en contiennent de grandes quantités. Le cacao consommé de diverses

manières en contient aussi un peu.

La théophylline est l'une des principales substances actives des feuilles de thé, d'où elle

tire son nom. Elle est également présente entre autres dans le café, le chocolat.

Elle agit comme diurétique, comme psychoanaleptique, comme bronchodilatateur et

comme agent lipolytique.

h) Classe des alcaloïdes à structure terpénique

Caractérisés par la présence d’une partie terpénique.

Le taxol est un alcaloïde isolé de l’écorce de l’if du pacifique, utilisé pour le traitement du

cancer (paclitoxel®). Le taxol bloque la division cellulaire par inhibition de la

dépolymérisation de la tubuline nécessaire pour la migration des chromosomes.

I.3.2.2. Extraction des alcaloïdes

Les produits obtenus lors des extractions sont des mélanges qu’il importe de fractionner

pour obtenir les alcaloïdes à l’état pur. On opère par cristallisation progressive dans des

solvants adéquats, par extractions successives en milieu acide à l’aide de solutions de pH

décroissant et surtout par chromatographie d’adsorption sur colonne (silice, alumine) avec

sa variante, la chromatographie liquide à haute performance (C.L.H.P.)

1.3.3. Composés phénoliques (Polyphénoles)

Les polyphénols constituent une famille de molécules très largement répandues dans

le règne végétal. On les trouve dans les plantes, depuis les racines jusqu’aux

fruits. L’expression de « composés phénoliques » est utilisée pour toutes

substances chimiques possédant dans sa structure un noyau aromatique, portant

un ou plusieurs groupements hydroxyles

1.3.3.1.Classification des polyphénols

On peut distinguer les différentes classes des polyphénols en se basant d’une

part, sur le nombre d’atomes constitutifs et d’autre part, sur la structure de squelette de

base.

Trois principales classe peuvent être distinguées :

• Les acides phénoliques (acides hydroxybenzoïques, acides hydroxycinnamiques),

• Les flavonoïdes.

• Les tanins et lignines et plus rares, les coumarines, les stilbènes

A) Acides phénoliques

Ces composés sont universellement rencontrés chez les plantes. Deux sous-

groupes peuvent être distingués:

• Les acides hydroxybenzoïques, dont les plus répandus sont l’acide salicylique

et l’acide gallique,

• Les acides hydroxycinnamiques, dont les plus abondants sont l’acide caféique et

l’acide férulique.

b- flavonoïdes

Le terme flavonoïdes désigne une très large gamme de composés naturels appartenant à

la famille des polyphénols. Certains sont des pigments quasi-universels des végétaux.

Plusieurs milliers de flavonoïde differents ont été identifiées à ce jour. Ils se répartissent

en plusieurs classes des molécules dont les plus importants sont les flavones, les flavonols,

les flavanols, les flavanones, les dihydroflavanols, les isoflavones, les isoflavanones, les

chalcones, les aurones et les anthocyanes.

Ces divers composés se rencontrent à la fois sous forme libre ou sous forme de

glycosides. On les trouve, d’une manière très générale, dans divers organe des plantes

: racine, tiges, bois, feuilles, fleurs et fruits. lamineuse

Ils ont une origine biosynthétique commune et par conséquent, possèdent tous un

même squelette de base à quinze atomes de carbones « 2-phényl-1-benzopyrane »,

constitué de deux unités aromatiques, deux cycles en C6 (A et B), reliés par un cycle

pyranique central

Structure de base des flavonoïdes

Les composés de chaque sous-classe se distinguent par le nombre, la position et la

nature des substituants (groupements hydroxyles libres, méthylés ou glycosylés) sur les

deux cycles aromatiques A et B et le cycle central C.

\

c) – Tanins

Ils représentent un groupe hétérogène assez difficile à définir de façon rigoureuse

et concise car il n’y a pas de structure chimique de base.

De se fait, toute classification chimique des tanins est forcément arbitraire. Cependant, on

se réfère souvent à une distinction entre tanins hydrolysables et tanins condensés.

• Tanins hydrolysables : ils sont constitués par une molécule de sucre (le glucose le plus

souvent) estérifiée par l’acide gallique ou un de ses dérivés (acide ellagique, chébulique

ou valonique). Ils sont facilement hydrolysables par voie chimique ou enzymatique.

• Tanins condensés : ce sont des produits de la polymérisation de flavan-3-ols

(catéchines) et flavan-3,4-diols (leucoanthocyanidines). Ils sont aussi désignés aussi

sous le nom de « tanins catéchiques » et ne sont hydrolysables que dans des

conditions fortement acides

lignines Ces composés de haut poids moléculaire qui contribuent à former, avec la

cellulose et les dérivés hémicellulosiques, la paroi des cellules végétales. Ce sont

des polymères tridimensionnels résultant de la condensation (copolymérisation) de

trois alcools 1) alcool conferylique 2) alcool paracoumarylique 3) alcool sinapylique..

1.3.3.1. Distribution des polyphénols

Les polyphénols sont des molécules que les plantes produisent naturellement pour se

défendre contre diverses agressions : les rayons ultraviolets, les insectes, les champignons

ou les maladies.

Les pigments qui indiquent que les fruits et les légumes sont mûrs font aussi partie de la

famille des polyphénols. Ce signal qu’ils envoient incite les animaux à les manger et

contribue donc à la dispersion des graines.

Les polyphénols comme la quercétine, sont présents dans tous les végétaux : fruits,

légumes, céréales, légumineuses, thé, raisin,...

D’autres sont plus spécifiques à certains fruits et légumes. Par exemple, les anthocyanes

sont surtout présents dans les petits fruits colorés (cerise, raisin noir, orange sanguine,

etc.).

les proanthocyanidines dans le chocolat et le raisin, d'acides caféique et ferulique dans le

café, les flavonoïdes dans les agrumes, et sous forme de catéchines comme

l'epigallocatechin-3-gallate dans le thé vert, de quercétine dans les pommes, les oignons, le

raisin, etc

1.3.3.1. Stress oxydant et polyphénols

En conditions physiologiques, le dioxygène, élément indispensable à la vie, produit au

niveau de la mitochondrie des espèces oxygénées réactives (EOR) H2O2, O2-,1/2O2'

particulièrement toxiques pour l’intégrité cellulaire.

Ces EOR, qui font partie des radicaux libres, sont dotées de propriétés oxydantes

qui les amènent à réagir, dans l’environnement où elles sont produites, avec toute une

série de substrats biologiques (lipides, protéines, ADN, glucose, …).

Longtemps considérés comme des agents toxiques responsables de dysfonctions et

de mort cellulaires, il est actuellement admis que les EOR sont de véritables messagers

secondaires impliqués dans l’expression et la régulation des fonctions de

prolifération et de mort cellulaire. De plus, ils sont des médiateurs inflammatoires

impliqués dans diverses pathologies neurodégénératives ou vasculaires telles que

l’athérosclérose ou l’hypertension.

Intérêts des polyphénoles

L’intérêt thérapeutique potentiel des polyphénols date de la découverte de la vitamine C

par Szent Gyorgyi (Prix Nobel 1937), chercheur à l’Université Szeged (Hongrie),

qui a constaté que les symptômes hémorragiques du scorbut, liés à la fragilité ou

l’hyperperméabilité des vaisseaux, étaient guéris par des extraits de paprika ou du

jus de citron, riche en vitamine C et flavonoïdes.

Malgré ces premiers résultants encourageants, les recherches ne permirent par ensuite

d’attribuer un rôle essentiel aux divers polyphénols d’origine végétale. A partir des

années quatre-vingts, c’est la découverte du rôle des radicaux libres dans les processus

pathologiques qui a relancé l’intérêt pour les polyphénols dont les propriétés

antioxydants sont remarquables.

Les principaux mécanismes d’activité antioxydante des polyphenols sont :

- Le piégeage direct des EOR ;

- L’inhibition des enzymes impliquées dans le stress oxydant et la chélation des traces

métalliques responsables de la production des EOR;

- La stimulation des systèmes de défense antioxydants.

De nos jours, les propriétés des polyphénols sont largement étudiées dans le domaine

médical où on leur reconnaît des activités anti-virales, anti-tumorales, anti-

inflammatoires, anti-allergiques, anti-ulcère et anti-cancer. Ils ont également des actions

positives sur l’obésité, le diabète, les maladies d’Alzheimer et de Parkinson.

D’une autre part, des effets indésirables ont été rapportés suite à l’administration de

doses pharmacologiques chroniques de polyphénols excédant la dose moyenne

absorbée via l’alimentation. des cas de défaillance rénale, anémie, fièvre et réaction

cutanée ont été relevés pour des doses allant de 1 à 1,5 g de flavonoïdes par jour.

1.3.3.3. Extraction des polyphénols

Les polyphénols totaux peuvent être extraits de la matière végétale par l’eau ou par un

mélange hydro-alcoolique avec une agitation fréquente ou continue. Une élévation de la

température a 1000C pendant 5 min (extraction a l’eau) permet un meilleur rendement en

terme de quantité et de diversité. Des températures plus élevées ou des expositions plus

longue conduisent a des résultats moins intéressants.

L’extrait brut hydro-alcoolique peut être fractionné en utilisant une série de solvants à

polarité croissante (liquide- liquide)

L’extrait brut peut être fractionné par des solvants organiques permet obtenir les

différentes classes de polyphénols séparément. Les tannins par exemples sont obtenus

après suite a une extraction par l’acétate d'éthyle qui extraits la plupart des tannins

galliques et les dimères proanthocyanidol. Les tanins plus condensées restent dans la phase

aqueuse

Pour l’isolement d’un polyphénol particulier à partir de ces fractions, on fait recours aux

différentes méthodes chromatographiques.

figure : Les étapes du fractionnement de l’extrait brut hydro-alcoolique

Extraction liquide-liquide

Procédure de l’extraction liq-liq Mètre les deux phases dans

une ampoule à décanter

Bien agiter pour augmenter la surface de contacte

Laisser décanter jusqu’à l’obtention des deux phase distincts.

Ouvrir le robinet de l’ampoule a décanter pour récupérer chaque phase à part.