Biosynthèse et Synthèse des Glucosinolates

Biosynthèse et Synthèse des Glucosinolates

Comparaison des techniques de synthèse et de biosynthèse

Présentation des Glucosinolates  

Les glucosinolates sont des métabolites secondaires, très intéressant par leur structure présentant une liaison glucose-soufre qui n’est pas courante dans la nature. Le squelette du glucosinolate est composé de :

• Une entité de sucre : β-D-glucopyranosyle.
• Une fonction thiohydroximate anomérique-O-sulfatée.
• Chaine latérale R : variable naturelle, soit 120 combinaisons différentes répertoriées.

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Ce composé thiosaccharide est spécifique aux végétaux et plus exactement l’ordre des Brassicales comme chez la famille des Crucifères qui comporte la plupart de nos légumes quotidiens. Leur dégradation en isothiocyanates est responsable du goût amer ou piquant de nombreux aliments comme le chou-fleur, la moutarde, les radis et plein d’autres légumes.

La composition en glucosinolates varie en fonction des légumes. Le chou-fleur par exemple contient principalement de la sinigrine et de la glucobrassicine tandis que le brocoli contient de la glucoraphanine. Quel que soit l’organe consommé, les glucosinolates sont présents dans tous les organes de la plante et plus exactement ils sont stockés dans les vacuoles où ils restent non actifs tant qu'ils ne rencontrent pas une enzyme, la myrosinase. Ils sont aussi présent sous différentes concentrations qui dépendent des conditions physico chimiques de l’environnement réactionnel et de la variété de plante. Par exemple, la teneur en glucoraphanine dans les diverses variétés de brocoli varie de 0.8 à 21.7 µmol/g de matière sèche.

La myrosinase est localisée dans des cellules spécialisées, où elle reste isolée des glucosinolates tant que le tissu végétal n’est pas lésé. Lorsque le tissu de la plante est attaqué par des insectes ou autres facteurs de destruction, le glucosinolate et la myrosinase entre alors en contact et déclenche l’hydrolyse de la liaison anomérique soufre-glucose pour libérer le glucose et un intermédiaire instable, un thiohydroxymate O-sulfaté, lequel subit un réarrangement spontané après élimination de l’ion sulfate. Ce réarrangement forme différents composées  en fonction du pH :

• Si le pH est neutre, il se forme un isothiocyanate, très réactif, volatil, à forte odeur et à goût amer. C'est le produit d'hydrolyse dominant pour beaucoup d'espèces.
• Si le pH est acide, il se forme du nitrile.
• Si le pH>8, formation d'un thiocyanate, lorsque le glucosinolate dérive du tryptophane. Ensuite le thiocyanate est catalysé par les peroxydases afin de produire l'antimicrobien hypothiocyanite.

Les études épidémiologiques qui ont pu être effectuées sur ce composé, ont montré beaucoup de bien fait, tant sur l’homme que pour l’environnement. Effectivement, en 2001 des recherches Tlalay et Fahey ont montrés que les glucosinolates, à dose précises, ont une activité anticarcinogène et peuvent sous forme active  réduire les risques de cancer. D’un point de vue environnemental, les glucosinolates peuvent être très utiles. Notamment grâce à leurs propriétés insecticides, nématicides et fongicides qui peuvent aider à limiter le recours aux pesticides synthétiques, et réduit les risques de contamination environnementale.

Rôle des Glucosinolates

Les glucosinolates présentent à différents niveau un rôle important à la survie de la plante notamment au niveau de son mécanisme de défense et de son métabolisme. Mais le principal rôle de ces composés végétaux, reste la protection des plantes.

L’intérêt sera tout d’abord porté sur le rôle de protection des composés végétaux affectant les interactions insectes-plantes.

Les glucosinolates sont stockés dans toute la plante ce qui va permettre une protection globale de cette dernière. De ce fait, le mécanisme de défense sera déclenché lors d’une attaque de phytophage, où les tissus endommagés vont libérer les glucosinolates qui vont rentrer en contacte avec l’enzyme de dégradation, la myrosinase, et ainsi hydrolyser le glucosinolate en isothiocyanate, composé actif qui est toxique pour plusieurs prédateurs : les bactéries, champignons, nématodes et insectes. Cela a été démontré par différentes études comme par exemple le cas, des chenilles légionnaires Spodoptera eridania faisant moins de dégâts sur les pieds de moutarde brune riche en glucosinolate et myrosinase que sur ceux en contenant moins.

Cependant, ce mécanisme de protection possède des limites. Cela est dû au principe de coévolution qui a permis à certains phytophages de s'adapter à ce système de défense des plantes. Soit en s’attaquant au mécanisme d’hydrolyse des glucosinolates, en favorisant la production de nitrile plutôt que d’isothiocyanates, soit en s’attaquant directement au thiosaccharide en les désulfatant, ce qui les rend inutilisable par la myrosinase, soit en développant un mécanisme d’autodéfense à la toxicité des isothiocyanates comme pour le cas des Brevicoryne brassicae.

Les glucosinolates peuvent avoir aussi un rôle au niveau de la synthèse des acides aminés de la plante lors d’une nutrition carencée.  Certains acides aminés ont besoin d’azote et de soufre pour leur synthèse et c’est là où les glucosinolates vont rentrer en jeu en tant que réserve de ces substances. En effet, un sol présentant une carence en soufre, va entrainait une baisse de la teneur en soufre libre dans la plante et une augmentation du taux de myrosinase ce qui va déclencher une dégradation des glucosinolates pour combler les apports en soufre.

Et enfin, certaine recherche ont pu mettre en évidence le rôle que pourrait avoir les glucosinolates indoliques  dans le métabolisme hormonal de la plante. En effet, ces derniers peuvent servir de réserve d’acide indolique qui participe à la biosynthèse de l’auxine, une hormone végétale qui joue un rôle majeur dans le contrôle de la croissance et du développement des plantes.

Biosynthèse des Glucosinolates

Les glucosinolates sont des dérivés d'acides aminés et peuvent ainsi être divisés en trois groupes en fonction de leur précurseur:

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