métabolites primaires - ovoids

Métabolites secondaires
(= Produits naturels végétaux)
Quelques détails concernant leur biosynthèse, leurs fonctions
dans la nature, et leur application en médecine
Prof. Thomas J. Bach, CNRS - IBMP, Université Louis Pasteur
Sources majeures d’information et d’illustrations (littérature) (littérature)
:
Biochemistry & Molecular Biology of Plants, ASPB 2000;
Functions of Plant Secondary Metabolites and their Exploitation in Biotechnology,
Ann. Plant Rev. Vol. 3, Sheffield Academic Press 1999;
Giftpflanzen - Pflanzengifte, Roth et al., Nikol-Verlag, Hamburg 1994
Publications apparues dans des journaux scientifiques, Internet (spiegel.de,

Différences principales entre métabolites
primaires et secondaires
Métabolite primaire Métabolite secondaire
Acide kaurénoïque Acide abiétique
Proline Acide pipécolique
Common to ALL plants; plants;
usually with essential essential function
Found in a limited number
of plants; plants; usually usually not essential
L’acide kaurénoïque (entre autres un précurseur des acides gibbérelliques !)
et proline, un acide aminé, sont des métabolites primaires, cependant les
composés structuralement similaires tels que l’acide abiétique et l’acide
pipécolique sont considérés comme métabolites secondaires

Les métabolites primaires et secondaires ne peuvent pas facilement
distingués sur la base de leurs précurseurs biochimiques, leurs
structures chimiques et leur origine biosynthétique.
biosynthétique
Par exemple, on trouve des métabolites primaires et secondaires parmi les
diterpènes (C20) et les triterpènes (C30). Dans la série des diterpènes on
trouve l’acide kaurénoïque et l’acide abiétique sont formés par une séquence
de réactions enzymatiques reliées. Le premier est un intermédiaire essentiel
dans la biosynthèse des gibbérellines, gibbérellines,
des hormones de croissance, trouvées
dans tous les végétaux, cependant le deuxième est un composant de résines,
largement restreint au membres de la famille des Fabaceae (léguminoses) et
des Pinaceae (gymnospermes).
(gymnospermes).
Similairement, l’acide aminé proline est classifié comme un métabolite
primaire, cependant l’analogue à C6, l’acide pipécolique est considéré comme
un alcaloïde et par conséquent comme un produit naturel (voir l’illustration
précédente). Même la lignine, lignine,
le polymère essentiel du bois et seulement en
2 ème position après le cellulose comme la substance organique la plus
abondante chez les végétaux, est considéré comme un produit naturel, plutôt
qu’un métabolite primaire…

La « frontière » entre les métabolismes primaires et
secondaires n’est pas claire.
Sur la base de leur origine biosynthétique, les produits
secondaires (végétaux) peuvent être classifiés en trois groupes
principaux :
Les terpénoïdes, terpénoïdes,
les alcaloïdes, alcaloïdes,
et les phénylpropanoïdes
Et les composés phénoliques reliés.
Tous les terpénoïdes, y compris des métabolites primaires et
secondaires et plus que 30,000 (50,000!) composés secondaires,
sont dérivés d’une unité à C5 branchée, l’isopentényl diphosphate
(IPP IPP). ).
Les environ 12,000 alcaloïdes connus, contenant un ou plusieurs
atomes d’azote d’ azote, , sont tous dérivés des acides aminés. aminés.
Les environ 8,000 composés phénoliques sont formés d’une part
par la voie de l’acide shikimique ou par la voie du
malonate/acétate

Fonctions de produits secondaires chez les végétaux
Produits secondaires végétaux
Mélanges !
Variations (temps, (temps, espace, état de
développement…)
Activation de composé composé de défense défense
préformés
Induction de composés de défense
Fonction
Défense
Attraction
Protection UV
Herbivores
Insectes
Vertébrés
Microbes
Bactéries
Champignons
Virus
Plantes concurrentes
concurrentes
Repoussant
Dissuasion
Toxicité
Inhibition de croissance
Toxicité Toxicité
Inhibition de la germination
et de la croissance
de plantules
Insectes pollinisateurs
Animaux dispersant des semences
Bactéries des nodules racinaires
Composés induits et volatilisés volatilisés
attirent des des animaux animaux prédateurs prédateurs qui qui
dévorent les herbivores
Alimentation et stimulation de
l’oviposition l’oviposition par des insectes insectes
spécialisés spécialisés

Exemples pour la défense inductible chez les végétaux
Herbivore
blessure
Plante
infection
Microbe
Inhibition Inhibition
Inhibition Inhibition
Métabolisme secondaire
Activation d’allélochimiques préformés
Augmentation de composés de défense
déjà présents
Induction de la synthèse de novo de composés
de défense (phytoalexines)
(phytoalexines

Fonctions biologiques et signifiance
de produits naturels des végétaux
Pour un grand nombre de ces composés on a pu démontrer
une signifiance adaptive importante dans la protection
contre les herbivores et l’infection microbienne, microbienne,
pour
attirer les pollinisateurs et les animaux dispersant les
semences, et comme agents allélopatiques (allelochimiques
qui affectent la compétition parmi les espèces végétales).
Ces fonctions écologiques affectent la survie des plantes
de façon approfondie, et il est raisonnable d’adopter le terme
moins discriminatoire « produits naturels des végétaux » au
lieu de « métabolites secondaires » afin de décrire ces
composés comme agissant de façon primordiale sur
d’autres espèces.
espèces

Cibles des allélochimiques auprès des animaux
Systèm nerveux
Perception
« Processing »
Transduction de signaux
Développement
Muscles et mobilité
Reproduction et fertilité
Digestion
Respiration

Transporteurs
Canaux ioniques
Cibles moléculaires de produits naturels de défense
dans les cellules animales
Récepteurs
Transduction de signaux Transport d’électrons
Enzymes
Membrane cellulaire
Cytosquelette
• Actine
• Microtubules
Golgi
Mt
RE
Noyau
Synthèse de protéines
Modification de protéines
ADN
• Réplication
• Transcription
• Réparation
ARN

Structures de stockage pour des substances naturelles : (A, B) Trichomes glandulaires (thym);
(C): Cavité sécrétoire (feuille de citron); (D): Conduit de résine du bois (« Jeffrey pine »).

Herbivores
Adaptations des herbivores et pathogènes spécialisés
Micro-organismes
Spécialistes
Eviter des plantes toxiques
Couper des laticifères et conduits de résine contenant des
allélochimiques
Non-résorption ou passage rapide de l’intestin
Résorption suivie par détoxication, et élimination par les
faeces et l’urine (hydroxylation, conjugaison, élimination)
Résorption et accumulation
(compartiments spécifiques/cellules/tissus pour séquestration;
évolution d’insensibilité)
Utilisation produits secondaires dans la diète
(défense contre prédateurs (glycosides cardiaques,
glycosides d’iridoïdes, glycosides cyanogéniques,
pyrrolizidines, quinolizidines, aconitine ;
Molécules de signaux : phéromones : --> pyrrolizidines ;
morphogènes : par exemple pyrrolizidines)
Inactivation d’allélochimiques
Evolution d’insensibilité

Pourquoi un tel intérêt aux substances naturelles ?
Malgré la complexité de leurs structures chimiques et voies biosynthétiques,
les Produits Naturels ont été largement perçus comme biologiquement
insignifiants, et, historiquement parlant, ont reçu peu d’attention par la plupart
des biologistes végétaux. Les chimistes organiques, par contre, se sont bien
intéressés aux phytochimiques nouveaux et ont extensivement étudié leurs
propriétés chimiques depuis les années 1850.
L’étude des produits naturels avait stimulé le développement de techniques
de leur séparation, de spectroscopie afin d’élucider leur structures et des
méthodes de synthèse, qui constituent aujourd’hui la fondation de la chimie
organique contemporaine.
L’intérêt aux produits naturels n’était pas purement académique, mais était
initié par leur utilisation comme teintes, polymères, fibres, colles, huiles,
cires, aromates, parfums, médicaments et drogues. drogues.
La récognition des
propriétés d’une myriade de produits naturels a intensifié l’attention actuelle
dans ce champ, particulièrement sous l’aspect de la recherche pour des
médicaments nouveaux, des antibiotiques, insecticides, et des herbicides. herbicides
Il est important de noter que cette appréciation augmentée d’effects d’ effects
biologiques causés par des produits naturels a déclenchée une ré-évaluation
des rôles possiblement joués chez les végétaux, particulièrement dans le
contexte des interactions écologiques.
écologiques.

(A) Une capsule maturante maturante du pavot pavot somnifère (Papaver ( Papaver somniferum).
somniferum).
Quand Quand la capsule est blessée, on
observe l’exsudation d’un latex blanc. Le latex contient de la morphine et des alcaloïdes tels que la
codéine. codéine.
Si ce latex est séché, il se forme une substance dure et brune, nommée opium. opium.
(B) Statuette de
Gazi (Crète), (Crète), d’une d’une Déesse Déesse de sommeil, sommeil, couronnée par des capsules capsules de pavot somnifère (1250-1200 (1250-1200 avant avant
J.C.)

(A) (A)
H
N
Coniine
H
(A) L’alcaloïde pipéridique, la coniine, coniine,
le
premier étant synthétisé, est extrêmement
toxique, causatif de la paralyse des fins de
nerves qui contrôlent le mouvement.
(B) En 399 A.C., le philosophe Socrate a été
exécuté par la consomption d’un extrait
contenant de ciguë toxique (Conium ( Conium
maculatum). maculatum).
La description de cet événement,
« La Mort de Socrate » est une chef d’œuvre de
Jacques-Louis David en 1787.

Thériaque, un ancien anti-poison (nostrum) contenant de l’opium, du vin, et de la viande de serpents, qui est
encore utilisé aujourd’hui dans quelques instances rares… (A) Recette pour Thériaque de la « Pharmacopée
Royale », publiée en 1676. (B) Un vaisseau précieux pour le stockage du thériaque fait par la fabrique de
porcelaine porcelaine à Nymphenburg près près de Munich, Munich, environ environ en 1820.
Thériaque a été développé comme un antidote contre des intoxications, des coups de serpents et d’araignes et
des piqûres par des scorpions. L’histoire nous dit que c’était l’Empereur Nero qui a fait un contrat avec le
médecin médecin Andromaches pour pour trouver une médecine contre tous les maladies et poisons. Andromaches Andromaches avait avait
improuvé la recette par inclusion, outre que l’opium, de cinq d’autres poisons végétaux et 64 drogues. Un
autre composant crucial était la viande de serpents séchée, de laquelle on a cru qu’elle aide contre les
morsures de serpents par neutralisation du venin.

Codéine
Morphine
(A) Les structures des alcaloïdes codéine et morphine du pavot
d’opium Papaver somniferum. somniferum.
Les atomes C asymmetriques
(chirales) sont illustrés par les points rouges. rouges.
(B) Le crapaud Bufo
marinus accumule une quantité considérable de morphine dans sa
peau afin de repousser ses prédateurs.

Structure du tropane-alcaloïde atropine dans Hyoscyamus niger. niger Atropine est
accompagné par les alcaloïdes (-)-hyoscyamine et (-)-hyoscine. Tous ces composés
agissent de façon parasympatique par le remplacement de l’acétylcholine, qui est
libéré après la stimulation des nerves parasympatiques (blockage des ganglions
végétatifs et dans le tronc cérébral ➔ anti « Parkinson’s disease” disease”
; protection contre
des inhibiteurs de l’acétylcholine esterase ➔ gaz innervants !)

Des espèces contenant des alcaloïdes ont été été identifiées dans presque presque
toutes les classes d’organismes, par exemple certaines grenouilles, des
insectes (fourmis, papillons, coléoptères…), des bactéries,
éponges,champignons, araignées, araignées, et mammifères. mammifères. De De nombreux
alcaloïdes ont été été isolés d’organismes marins. marins. Des insectes insectes tels que
montrés ici utilisent les alcaloïdes végétaux comme comme source de
composés attirants, phéromones et substances de défense. (A)
Quelques papillons accumulent accumulent des des précurseurs précurseurs alcaloïdaux alcaloïdaux issus issus de
plantes afin de les convertir en phéromones et moyens de défense. Les
larves de Thyria jacobaea, jacobaea,
dévorent leur plante hôte Senecio jacobaea
jusqu’à ce quelle quelle soit soit complètement complètement défoliée. défoliée. Les Les alcaloïdes alcaloïdes sont sont
accumulés accumulés et retenus durant toute la morphogenèse.
(B) Quelques arctiidess arctiidess (teignes) (teignes) incorporent incorporent des des pyrrolizidine
alcaloïdes dans dans le processus processus de leur leur biologie biologie réproductive par
séquestration dans des organes abdominales, les « corémata » afin de
les convertir en phéromones et de les disperser pour être accepté par
une partenaire… La taille des des corémata de la teigne asiatique asiatique
(Creatonotos Creatonotos transiens) transiens)
est directement reliée à la teneur teneur en alcaloïde alcaloïde
dans l’alimentation l’alimentation durant l’état de larve. larve. Le succès succès de trouver une une
partenaire dépend donc donc de leur leur consommation d’alcaloïdes d’alcaloïdes issus issus de
plantes supérieures.
supérieures.
Les larves d’un autre autre groupe d’insectes, les les papillons papillons appartenant aux
Ithomiinae, Ithomiinae,
mangent des Solanceae et séquestrèrent des toxines
végétales, par exemple des tropane alcaloïdes et glyco-alcaloïdes
stéroidaux. Mais les Ithomiinae adultes adultes ne contiennent pas ces
alcaloïdes issus de Solanaceae, Solanaceae, préfèrent préfèrent à consommer consommer des des plantes plantes
contenant des des pyrrolozidines pyrrolozidines et exsudent ces ces substances sous forme de
N-oxydes -oxydes et des des mono-esters très amères amères pour pour la protection contre contre un
prédateur abondant, l’araignée “ giant tropical tropical orb spider”. spider”.
L’araignée met met en liberté un papillon de champ champ piégé piégé dans dans son réseau,
mais dévore dévore rapidement l’insecte l’insecte récemment récemment éclore éclore sans sans possibilité
d’avoir accumulé ces composés composés amères.
(A)
(B)

Structure de la quinine (un alcaloïde appartenant à la famille des monoterpénoïde-indoles)
de Cinchona officinalis. officinalis.
Un extrait (« tonic ») préparé avec l’écorce de C. officinalis avait
bien facilité l’exploration et la colonisation des régions tropicales par les Européens durant
les derniers trois siècles. Le composé est encore important pour le traitement du paludisme
(malaria) causé par le parasite Plasmodium falciparum en vue de résistances multiples vis-à-
vis de médicaments synthétiques.

Héroïne
Structure de la di-acétyl-morphine, bien connue comme héroïne. héroïne.
Il est
intéressant de noter que ce dérivé de la morphine a été premièrement synthétisé
par BAYER durant la première Guerre mondiale - avec l’idée de convertir les
soldats craintifs en « héros », après sa consommation…

Structure du tropane-alcaloïde cocaïne, cocaïne,
un stimulant du système nerveux, dérivé du
buisson Erythroxylon coca, coca,
indigène à l’Amérique du Sud . Les indiens indigènes
mâchaient les feuilles de Coca comme une sorte d’anesthétique. Aujourd’hui, nous
le savons qu’il s’agit d’un inhibiteur adrénergique…

Structure de la nicotine de Nicotiana tabacum. tabacum.
L’atome de carbone asymétrique
(chiral) est indiqué par le point rouge. Notez que la nicotine était un des premiers
insecticides utilisés par l’Homme est constitue encore un des plus efficaces.
L’attaque par des herbivores stimule apparemment la biosynthèse de nicotine chez
les plantes sauvages de tabac. (Mais il suit un exemple du contraire…)

Manduca sexta (Linnaeus 1763)
Nom commun : Carolina sphinx/
Tobacco hornworm
Distribution : en Amérique Centrale et
au sud des Etats-Unis (avec une
migration au nord)
Hôtes : Plantes de la famille des
Solanaceae.
Solanaceae
Manduca quinquemaculatus
(Haworth 1803)
Nom commun : « Five spotted
hawkmoth/ Tomato hornworm »
Distribution : Mexique, Etats-Unis, et
le sud du Canada.
Hôtes : Plantes de la famille des
Solanaceae. Solanaceae

Si Manduca sexta attaque Nicotiana attenuata (une espèce qui se trouve en Arizona
etc.), des conjugués entre des acides gras et des acides aminés dans les secrétions
orales des larves sont introduits dans les blessures du tissu. Ces conjugués
déclenchent une réponse transcriptionnelle. Des analyses protéomiques ont révélé
une augmentation générale de protéines qui sont primordialement impliquées dans le
métabolisme primaire, dans la défense et la régulation transcriptionnelle et
transductionnelle. Les protéines dont la concentration s’est diminuée étaient
impliquées dans la photosynthèse.
L’attaque par des herbivores élicite des « défenses chères », connues de diminuer
l’agilité des plantes par l’utilisation de ressources qui, normalement, sont réservées
pour la croissance et la reproduction.
Chez N. attenuata, attenuata,
les relations « sink-source » se changent rapidement après une
attaque, par exemple par intensification de l’allocation de sucres aux racines, la
partie la moins vulnérable de la plante. Il semble que les végétaux utilisent les
réserves plus importantes dans les racines pour un délai de la sénescence, pour
prolonger la période de floraison et pour finalement mieux tolérer les herbivores.
L’attaque par M. sexta déclenche une production d’éthylène importante par N.
attenuata, attenuata,
qui diminue la biosynthèse de nicotine, cependant l’augmentation de
l’acide jasmonique (dérivé de l’acide α-linolénique!) -linolénique!) provoque l’attraction « moins
chère » d’insectes auxiliaires et la production des inhibiteurs de protéases.

Structures de l’acide jasmonique
et de composés reliés
Biosynthèse de l’acide
jamonique [(-)-JA].
Les blessures résultent en
dommages à l’échelle de
membranes, suivis par
l’activation de lipases qui
libèrent les acides gras
contenus dans les phospholipides.
L’acide α-linolénique
(3 double liaisons !)
constitue le substrat pour la
lipoxygénase et est étape
par étape converti en (-)-JA,
un composé structuralement
relié aux prostaglandines
promouvant l’inflammation
chez les vertébrés. La
lipoxygénase est inhibée par
l’ibuprofène, et l’allène
oxyde synthase est induite
par un nombre de composés,
y compris l’éthylène et
l’acide salicylique.

Caféine
Structure du purine-alcaloïde caféine. caféine.
On ne le trouve pas seulement dans le buisson Coffea
arabica montré ici, mais aussi bien dans les semences et feuilles de coca, coca,
cola, cola,
maté, maté,
et thé. thé.
Caféine est un insecticide efficace, efficace,
et à une concentration dans la diète, bien inférieure à ce
qu’on trouve dans les grains de café frais ou dans des feuilles de thé, il tue pratiquement toutes
les larves du « tobacco hornworm (Manduca ( Manduca sexta) sexta)
en 24 h, largement par l’inhibition de la
phosphodiesterase, phosphodiesterase,
hydrolysant l’AMP cyclique (un messager secondaire).

Structure de l’alcaloïde stéroïde glycosylé α-solanine -solanine de la pomme de terre
Solanum tuberosum. tuberosum.
L’aglycon solanidine est un dérivé du cholestérol. Le composé agit comme un
inhibiteur de choline estérases et est suspecté de constituer la toxine présente en
traces étant responsable de la tératogénéité de pommes de terre poussantes.

Sénécionine
Structure du pyrrolizidine-alcaloïde sénécionine de Senecio jacobaea. jacobaea.
De tels alcaloïdes sont
souvent présents dans les membres du tribu Senecioneae (Asteraceae ( Asteraceae) ) et dans les Boraginaceae.
Boraginaceae.
Le sénécionine N-oxyde -oxyde est synthétisé dans les racines et transporté aux tous les tissus de la
plante. 60 à 80% de l’alcaloïde s’accumule dans les inflorescences. Les membres du genre
Senecio sont responsables de l’intoxication du bétail et présentent aussi bien un risque potentiel
pour la santé humaine. Les pyrrolizidine-alcaloïdes qu’on trouve dans la nature sont inoffensifs,
mais deviennent hautement toxiques après leur transformation par les cytochrome P450 mono
oxygénases dans le foie. foie

Structure du quinolizidine-alcaloïde lupanine du lupin amer Lupinus polyphyllus. polyphyllus.
Lupanine est un composé amer qui fonctionne comme un repoussant alimentaire et
par conséquent réduit l’herbivorie. (Si l’on présente une population mixte de lupins
amers et doux, les lapins et les lièvres mangent rapidement les variétés sans alcaloïde
et évitent les amères.) Il existe un certain danger pour des animaux qui viandent,
particulièrement pour les agneaux en automne, quand ils consomment des semences
particulièrement riches en alcaloïdes.

Structure de l’alcaloïde monoterpénoïde-indolique vinblastine de Catharanthus roseus. roseus.
Vinblastine (comme une gamme de métabolites végétaux tels que la colchicine, le
taxol, la podophyllotoxine) interfère avec le procès de la mitose, endommageant la
fonction et la structure des fibrines fusoriales. Ceci peut conduire à l’aneuploïdie.
Mais, ces propriétés cytostatiques sont la raison pourquoi la vinblastine est un composé
hautement efficace pour l’inhibition de la division cellulaire dans les tumeurs (cancer).

L’imidazole-alcaloïde pilocarpine de Pilocarpus jaborandi. jaborandi.
Ce composé stimule
fortement l’excrétion par les cellules glandulaires de l’intestin, mais aussi d’autres
glandes sécrétoires (dans les yeux, le nez, le pharynx, l’estomac, le pancréas…). Le
résultat est une déshydratation rapide du corps. Des contractions de l’utérus peuvent
conduire à l’avortement. Le battement cardiaque est ralenti, à une dose plus
importante affaibli. A des doses homéopathiques, cet alcaloïde est utilisé pour la
prévention du symptôme « vague de chaleur » durant la ménopause.

Structure de l’alcaloïde monoterpénoïde-indolique ajmaline de
Rauwolfia serpentina. Chez les animaux et l’Homme ce composé
affecte les canaux Na + + et K . Il est utilisé comme un « antiantiarrhytmique » (traitement du battement cardiaque irrégulier).

A mémoriser…
Les produits naturels exercent largement des fonctions
écologiques. Les végétaux produisent un variété vaste et diverse de
composés organiques, dont la grande majorité n’apparaît pas
directement d’intervenir dans la croissance et le développement.
Ces substances, traditionnellement nommées métabolites
secondaires, secondaires sont souvent variablement distribués parmi des
groupes taxonomiques limités de la règne végétal. Leurs fonctions,
dont un grand nombre reste encore inconnu, sont de plus en plus
élucidées.
Les métabolites primaires, par contre, comme les phytostérols,
Les acyl-lipides, les nucléotides, les acides aminés et les acides
organiques sont présents dans toutes les plantes et jouent des rôles
métaboliques essentiels et qui sont communément évidents.

Production de métabolites secondaires venant des végétaux
Plantes
Ingénierie génétique
Sélection de nounouvelles variétés avec
un rendement et une
qualité plus importants
Culture de cellules
et d’organes
Gènes isolés de voies biobiobiosynthétiques Expression dans des
bactéries et des levures
Culture sur le
champ et dans
des serres
Application du futur
Application potentielle
Pratique actuelle
« Processing »
en aval
Fermentation dans
des bioréacteurs
Produit

Utilisation biotechnologique de produits secondaires
Plantes avec
métabolites
secondaires
Arômes
Epices
Fragrances
Parfums
Biopesticides
Extraits
Produits
isolés
Colorants
naturels
Propriétés
antifongiques
antivirales
insecticides
herbicides
Phytotherapie
Poisons Stimulants
hallucinogènes
Propriétés
analgésique
anti-arrhythmique
antidéprimant
antifongique
antigoutte
antiparasitique
antimigraine
antinéoplastique
antivirale
agoniste/ antagoniste de
récepteurs
cardiotonique
expectorant, mucolytique
dermatologique
diurétique
gastro-intestinal
Relaxant de muscles
stimulant
désordres vasculaires

Alcalodë
Des alcalöides physiologiquement actifs et leur utilisation en médecine
Source végétale Application
Ajmaline Rauwolfia serpentina
Antiarrythmique qui fonctionne fonctionne par par l’inhibition l’inhibition l’absorption l’absorption du du glucose par les les
mitochondries du tissu cardiaque
Atropine Hyoscyamus niger niger Anticholinergique, Anticholinergique,
antidote contre l’intoxication l’intoxication par des gaz innervants
-(±)-Hyoscyamine
Caféine Coffea arabica Excessivement utilisé comme stimulant stimulant du système système nerveux
Camptotécine Camptotheca acuminata Agent anticancérigène potentiel
Cocaïne Erythroxylon coca
Anesthétique tropical, stimulant potentiel du système nerveux central, et agent anti-
adrénergique ; drogue d’abus d’abus
Codéine Papaver somniferum
Analgésique relativement non non toxicomane toxicomane et béchique béchique
Coniine Conium maculatum Premier alcaloïde synthétisé; extrêmement extrêmement toxique; cause cause paralyse des fins de nerfs nerfs
moteurs; utilisé en homéopathie à des doses très faibles
Emétine Uragoga ipecacuanha
ipecacuanha Emétique Emétique oralement actif, anti-amibe
Morphine P. somniferum
Analgésique narcotique très actif, drogue toxicomane d’abus
Nicotine Nicotiana tabacum Très toxique: cause paralyse respiratoire; insecticide (!) horticultural ; drogue
d’abus
Pilocarpine Pilocarpus jaborandi
Stimulant périphérique du système parasympathique; traitement de
glaucomes
Quinine Cinchona officinalis
Lutte Lutte traditionnelle traditionnelle contre le paludisme (encore efficace contre contre les souches de
Sanguinarine Sanguinarine Eschscholzia californica
Plasmodium Bactéricide Bactéricide falciparum avec une multi-résistants activité activité « antiplaque !)
», utilisé dans des dentifrices dentifrices et
rinces orales
Scopolamine H. niger niger
Narcotique Narcotique efficace, efficace,
utilisé comme sédatif sédatif contre contre « motion motion sickness »
Strychnine Strychnos nux-vomica
Poison tétanique violent; violent;
mort-aux-rats; appliqué en homéopathie
(+)-Tubocurarine Chondrodendron tomentosum
Vinblastine Catharanthus roseus roseus
Relaxant de muscles muscles non non dépolarisant, dépolarisant, causant causant paralyse; paralyse;
utilisé utilisé comme comme un un adjuvant pour narcoses
Antinéoplastique utilisé pour le traitement traitement de « Hodgkin’s disease » et
d’autres cancers du système système lymphatique

Des cultures de cals à partir de plantes peuvent être optimisées pour la production de
quantités importantes d’un nombre de produits naturels. Dans quelques exemples
montrés ici, des métabolites pigmentés accordent aux cals les couleurs distinctes.

La Strictosidine
(le produit de
tryptamine et de
sécologanine)
est le précurseur
d’une gamme
d’alcaloïdes
espèce
spécifiques.

La plante Berberis wilsoniae (à gauche) et une suspension cellulaire (à droite). La suspension
cellulaire reçoit sa couleur d’une production optimisée d’un benzylisoquinoline-alcaloïde, la
berberine. berberine.
Des cultures cellulaires végétales (comme celle ici) produisant des quantités
importantes d’alcaloïdes ont aidé à l’élucidation complète de quelques voies biosynthétiques
(études d’incorporation, « pulse chase »…).

La (S)- ( )-Réticuline Réticuline a été nommée le « caméléon chimique ». Selon que la molécule est tordue et
tournée avant d’être soumise à l’oxydation enzymatique, un grand nombre d’alcaloïdes de type
tétrahydrobenzyl-isoquinoline, ayant des structures remarquablement différents, peut être formé.

La séparation et la
caractérisation de toutes les
enzymes intervenant dans
la biosynthèse de l’opium
extrait de pavot a été
complétée complétée plus plus de 195 195 ans ans
après la découverte de cet
alcaloïde.
Beaucoup d’enzymes
biosynthétiques, présentant
une équivalence avec ceux
impliquées dans la synthèse
de la morphine, ont été
trouvées trouvées dans dans le foie foie
mammalien).
La mise en évidence du fait
que le foie intervient dans
la biosynthèse de la
morphine de novo pourrait
avoir des implications
considérables dans le
domaine du développement
des récepteurs de l’opium
chez les humains.

L’utilisation des technologies ‘ antisens/co….. ou
surexpression, surexpression, et des des plantes plantes médicinales, médicinales, permet
d’adapter la production pharmaceutique d’un grand nombre
d’alcaloïdes en éliminant les étapes métaboliques
interférentes/importunes. L’expression d’une voie
biosynthétique complète, comprenant 20 à 30 enzymes ( )
dans un seul microorganisme, est actuellement bien au-
delà de notre capacité technologique. Toutefois, la
modification de la voie dans une plante et la production de
l’alcaloïde l’alcaloïde désiré désiré est désormais désormais possible, possible, que que se soit soit en
culture stérile ou dans les champs.
L’exemple (A), nous montre que l’accumulation d’un
alcaloïde en produit terminal, en bloquant la voie latérale
qui utilise le même précurseur, est une possibilité.
Pour accumuler un alcaloïde non fabriqué dans certaines
espèces de plantes, il n’est pas exclu d’introduire un
transgène (d’une autre plante ou d’un autre micro-
organisme) voir (B).
Le dernier exemple en (C) illustre la possibilité de
production d’un alcaloïde dans son étape finale(4) avec une
particularité dérivative - celle de l’introduction du gène
qui code par exemple pour une glycosyl-transférase –
permettant ainsi l’obtention d’un glycoside plus soluble.

La réaction catalysée par la hyoscyamine 6β-hydroxylase
-hydroxylase le long la voie menant à la formation
du tropane-alcaloïde scopolamine dans les espèces des genres de Hyoscyamus,
Hyoscyamus,
Dubiosa et
Datura. Datura.
Cette seule enzyme catalyse deux étapes consécutives, l’hydroxylation de la
hyoscyamine, suivie par la formation de l’époxyde pour la production de scopolamine.
scopolamine

Une autre approche possible dans l’ingénierie
métabolique des plantes consiste à utiliser les
bactéries (microbes ?) pour produire les
alcaloïdes. De ‘courtes’ voies biosynthétiques
peuvent être exprimées, soit par la levure, soit
par la bactérie, puis utilisées comme sources
d’alcaloïdes. Les gènes de plantes d’alcaloïdes
peuvent être exprimés de façon fonctionnelle
dans dans les microorganismes microorganismes pour pour ensuite ensuite réaliser réaliser
soit de simples étapes de biotransformation, soit
d’effectuer l’ensemble de courtes voies
biosynthétiques. Prenons le cas, par exemple,
d’une voie connue (chez les plantes) qui
contient une enzyme codée par le gène 3 qui
catalyse une étape de transformation difficile à
réaliser par synthèse chimique. Il suffira d’une
expression expression hétérologue du gène gène 3 dans dans un
microorganisme, pour que la protéine puisse être
utilisée dans une synthèse biomimétique de
l’alcaloïde D.
De même, l’expression de la biosynthèse des
gènes 1 à 4 dans un microorganisme pourra
produire directement l’alcaloïde E à partir du
précurseur A.
Expression Expression d’un d’un
seul gène pour
une synthèse
biométique
Expression de
plusieurs gènes
pour une courte
voiebiosynthé- tique

Ingénierie métabolique pour improuver la qualité du colza (« canola », Brassica napus). napus).
Un
cultivar de colza est transformé par un gène de Catharanthus roseus qui code pour la tryptophane
décarboxylase, décarboxylase,
une enzyme impliquée dans la biosynthèse des alcaloïdes de la famille des
monoterpénoïde-indoles. Ce transgène, plutôt son produit protéique, redirige efficacement le
« pool » de L-tryptophane -tryptophane pool de la biosynthèse des indole-glucosinolates amers à la formation
de tryptamine. tryptamine.
WT, wild type (type sauvage).

L’ORGANE OLFACTIF HUMAIN
Dans le bulbe rachidien
,une odeur influence les
circuits de régulation qui
contrôlent les fonctions
basiques (vitales ?) telles
que le battement
cardiaque, la pression
sanguine et l’attention.
Une odeur, odeur,
toujours sous forme
gazeuse gazeuse et de
mélanges, mélanges, va se
dissoudre dissoudre dans dans la
couche de mucus
tapissant la cavité
Mucus
nasale nasale et ainsi
stimuler les les
cellules cellules olfactives. olfactives.
On distingue 350
types types de récepteurs
parmi parmi 10,000 10,000 et ce
qui qui permet de les
« identifier identifier ».
Odeurs Odeurs
CERVEAU
Bulbe olfactif
Cavité
nasale
Cavité nasonasopharyngienne Rhinencéphale
Tronc
cérébral
Dans le cortex cérébral cérébral
les impulsions sont ‘lues’
(décodées) et ensuite
induisent des réactions, avant
de devenir « conscientes »
(-> « manipulable » ?
Thalamus
Le hippocampus est
porte pour la mémoi mémoi
Il approvisionne des des
associations à un
arôme et mémorise d
évènements nouveau
Hippocampus
Hippocampus
L’amygdala
L’ amygdala fournit fournit
Amygdala
des informations
sensorielles aux
odeurs - sans
activités conscientes
d’autres régions du
cerveau.
Dans Dans le tronc tronc cérébral cérébral
une odeur affecte des
circuits circuits régulateurs régulateurs qui
controlent controlent des des fonctions
de base base (battement (battement
cardiaque, cardiaque, pression pression de
sang, sang, attention…) attention…)

« Le Parfum »” (une scène du filme avec Dustin Hoffman) : « L’arôme était le
frère de l’haleine. Avec ceci il a entré l’Homme, et il était incapable de résister »
comme il écrit le romancier Patrick Süßkind. Cet aspect est bien supporté par
les chercheurs…

Le mélange d’odeurs par une orgue d’arômes : 10 molécules doivent
réagir avec un récepteur dans une cellule sensorielle avant qu’un
signal est transféré au nerve sensoriel. Si 40 cellules sont stimulées
en parallèle, l’Homme peut percevoir une odeur, mais il en faut 10
fois plus pour sa classification par comparaison avec la mémoire…

Agence de voyage : l’odeur de crème de soleil, à peine percevable,
déclenche chez le client le désir pour le soleil et la plage ! Les
premières agences de voyage utilisent déjà ces arômes pour la
promotion de ventes. Aussi dans les grands magasins et des
boutiques des odeurs subtiles sont appliquées, d’une façon à
augmenter le sentiment de bien-être et d’autre pour recouvrir des
odeurs mauvaises.

L’aéroport de Francfort : la climatisation dans le tunnel entre les sections de départ A et B
dans le terminal 1 disperse les fragrances du romarin et de la menthe dans l’air. La raison :
ceci doit « souffler » l’angoisse causée par l’architecture froide de béton. Aussi dans les
parkings souterrains et des garages de tels arômes sont appliqués pour les mêmes raisons. On
les trouve aussi dans les produits de nettoyage dans les stations de métros afin de calmer les

Séduction dans les annonces commerciales : des fragrances
fines et des parfums sont pratiquement toujours prônés avec
des merveilleusement belles femmes, ici par exemple par
Charlize Theron pour recommander “J’adore Dior”…

L’arôme de fleurs, particulièrement du muguet, dirige les cellules spermatiques vers la cellulecelluleoeuf. Des chercheurs à l’Université de Bochum (laboratoire du Pr. Hans Hatt) ont trouvé qu’un
récepteur nommé hOR17-4 est responsable. Il est localisé dans la queue des cellules spermatiques
(par ailleurs, le même récepteur se trouve dans le nez !). L’odeur synthétique avec le même effet, le
“bourgeonal”, est contre-agit par un « anti-arôme », tel que l’undécanal. Ces molécules odorantes
peuvent bloquer le récepteur. (Contraceptifs du futur ?)

Qu’est-ce
que c’est ?
Votre
récompense
d’aujourd’hui
…