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  DES ENZYMES A TOUT FAIRE : LES PEROXYDASES


Les enzymes sont des catalyseurs, c'est à dire des substances capables d'accélérer des réactions chimiques. Responsables de l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent à chaque instant au sein des cellules vivantes, elles sont les outils permettant le fonctionnement du vivant (voir enzymes 1 et enzymes 2).

Les enzymes sont toutes des protéines (à l’exception de quelques ARN) et sont donc synthétisées par les cellules en fonction des informations contenues dans l'ADN, chaque enzyme étant codée par un gène qui lui est propre. De plus, contrairement aux catalyseurs des chimistes, leur action est étroitement spécifique des substances (appelées substrats) dont elles assurent la transformation chimique. Enfin, leur activité est souvent considérable : une seule molécule d'enzyme peut transformer jusqu'à plusieurs millions de molécules de substrat par minute.

Parmi les milliers d'enzymes identifiées et souvent connues dans les moindres détails, nous allons nous intéresser à l'une des plus répandues qui soient, la peroxydase.

Avant même que la notion d'enzyme eût été formulée, tel M. Jourdain faisant de la prose sans le savoir, Planche constatait en 1810 que des extraits de racine de diverses plantes avaient la propriété d'oxyder et donc de recolorer la teinture de gaïac (incolore à l'état réduit) en présence d'eau oxygénée. Aujourd'hui, la source la plus commune de peroxydase est la racine de radis ou de raifort (radis noir). C'est pourquoi les chercheurs la connaissent plutôt sous les initiales de HRP (HorseRadish Peroxydase en anglais).

Ce type d'enzyme a notamment pour fonction de décomposer les peroxydes, dérivés toxiques de l'oxygène (comme par exemple l'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène) ce qui lui vaut son nom.

En réalité, il n'y a pas une peroxydase mais des peroxydases car ce type d'enzyme existe chez presque tous les êtres vivants : chez les microorganismes, chez les plantes et chez les animaux. Elle ne manque que chez les anaérobies stricts pour lesquels l'oxygène moléculaire est un poison. Ce pourrait donc être une molécule très ancienne, peut être aussi vieille que la présence d'oxygène gazeux dans l'atmosphère qui s'y est accumulé entre - 2 et -1 milliards d'années.

Elle partage avec bien d'autres protéines une structure chimique appelée hème contenant du fer ionisé et capable de se lier à l'oxygène. Le fonctionnement de ces protéines héminiques est le plus souvent lié à la chimie de l'oxygène et de ses dérivés. C'est par exemple le cas des cytochromes (transporteurs respiratoires), de la catalase (une autre enzyme qui décompose l'eau oxygénée) et de divers pigments respiratoires des animaux comme la myoglobine et l'hémoglobine.

Les peroxydases assurent d'autres fonctions que la décomposition des peroxydes. Certaines interviennent dans le métabolisme de l'iode et sont nécessaires à l'élaboration des hormones thyroïdiennes. D'autres participent au transfert du chlore dans certaines cellules du système immunitaire, permettant ainsi la production d'hypochlorite (la vulgaire eau de Javel) servant à la destruction des microorganismes ingérés. Les plantes en ont besoin pour fabriquer la lignine (constituant du bois). A l'inverse, la lignine est exclusivement dégradée par certaines moisissures car elles seules disposent des peroxydases appropriées (champignon de la pourriture blanche du bois). D'autres microorganismes utilisent des peroxydases pour fabriquer des antibiotiques. Ces enzymes sont donc parmi les plus universelles du monde vivant.

Par ailleurs, elles constituent des outils extrêmement utiles pour le biologiste. On les utilise dans divers protocoles de laboratoire : pour transférer de l'iode radioactif sur des protéines afin de les marquer ; pour repérer la cible d'anticorps variés (anticorps conjugués avec de la peroxydase dont les réactions colorées permettent la localisation dans les tissus) ; pour établir les trajets extrêmement complexes des neurones dans le système nerveux (après injection de peroxydase au niveau de terminaisons nerveuses, l'enzyme est transportée par les neurones jusqu'aux corps cellulaires situés dans les centres nerveux où une réaction colorée permet la détection). Cette méthode a notamment permis d'élucider l'organisation des voies visuelles. L'industrie n'est pas en reste : les secteurs du bois et du papier s'intéressent de près à ces enzymes qui pourraient permettre de rendre non polluante l'industrie du papier en remplaçant certains traitements chimiques du bois.

EXPERIENCE

Matériel

Divers fruits et légumes (radis, raifort, navet, pomme de terre, pomme, champignon, etc.). Choisir des organes à chair claire pour faciliter la visualisation de la réaction colorée.

Préparer : Eau oxygénée à 10 volumes que l'on diluera au 1/10 (mélanger 10 mL avec 90 mL d'eau). 100 mL d'une solution de gaïacol à 2 g/L (demander à un pharmacien de préparer cette solution).






Verser dans un même flacon 50 mL de chaque solution pour obtenir le réactif (voir figure ci-dessus).
Ce dernier donnera une réaction colorée en présence de peroxydase selon l'équation chimique suivante :

    H2O+    R-H2 ------- Peroxydase-------> 2 H2O  +  R

        Donneur d'hydrogène                                        Donneur oxydé
        (gaïacol, incolore)                                            (coloré)

Localiser la peroxydase dans les tissus

Couper deux tranches de chaque végétal à tester, les essorer avec du papier essuie-tout et les disposer à plat. Recouvrir entièrement une des deux tranches avec du réactif en le versant goutte à goutte et l'autre tranche avec de l'eau pour servir de témoin. Remettre du réactif lorsqu'il a été absorbé. Laisser la coloration se développer (quelques minutes à une demi-heure).

Résultat

Les tissus contenant de la peroxydase vont apparaître colorés en brun-rose tandis que ceux n'en contenant pas garderont leur couleur originale.

Explication

Chaque cellule d'un être vivant possède l'ensemble des gènes caractéristiques de l'espèce mais ils ne fonctionnent pas tous dans toutes les cellules. Notre technique permet de révéler les tissus dans lesquels le(s) gène(s) commandant la synthèse de peroxydase fonctionnent.

On pourra comparer la distribution entre différents végétaux et localiser les tissus qui en contiennent le plus comme par exemple les vaisseaux (où l'enzyme intervient dans la lignification de la paroi) qui deviennent ainsi visibles à l'œil nu. La coloration souligne finement l'anatomie de l'organe.

Rechercher une peroxydase humaine

Mettre 2 à 3 mL de réactif dans un tube et y déposer un peu de salive. Faire un contrôle en remplaçant la salive par de l'eau.

Résultat

Dans le premier tube, la coloration caractéristique se développe progressivement montrant que la salive possède une activité peroxydase qui peut être due à une enzyme de la salive ou aux divers types cellulaires qui échouent dans la bouche (par exemple les cellules de la muqueuse buccale qui desquament).

NB Ce test a été employé très longtemps en police scientifique pour détecter le sang car l'hémoglobine comme la plupart des protéines héminiques possède une activité peroxydase. Il est désormais abandonné en raison de son manque de spécificité.

Le gaïacol est une substance toxique à ne pas laisser à portée des enfants.


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