Biosynthèse et Synthèse des Glucosinolates

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Trois types de Glucosinolates

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La biosynthèse des glucosinolates passe généralement par trois étapes indépendantes, comportant chacune différente réaction :

- 1ère étape : l’élongation de la chaine latérale R.

- 2ème étape : Développement de la structure du glucosinolate.

- 3ème étape : Modification secondaire de la chaine latérale R.

Toutes ces étapes se passent principalement au niveau du cytosol de la cellule végétale, or mis quelques réactions soit enzymatique ou de synthèse qui se produisent au niveau des chloroplastes de la cellule. Des changements sont notés aussi au niveau des enzymes de synthèse des glucosinolates en fonction du type de glucosinolate synthétisé, mais aussi une variation d’étape de synthèse des glucosinolates aromatiques dont l’acide aminé précurseur passe directement par la deuxième et la troisième étape, sans subir d’élongation initiale.

1ère étape : l’élongation de la chaine latérale R

La biosynthèse des glucosinolates, commence par l’étape d’élongation, qui consiste à allonger la chaine latérale R de l’acide aminé précurseur.

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Cette étape se fait grâce à différentes réactions successives, chacune induite par des enzymes ou réactif spécifique.

L’allongement de la chaine débute donc par une désamination de l’acide aminé concerné. Cette désamination se fait grâce à un autre acide aminé couplé à une amino-transférase ce qui va permettre à l’acide aminé d’intérêt de transférer son amine et ainsi devenir un α-cétoacide.

L’α-cétoacide passe ensuite dans le chloroplaste où il subit un cycle d’élongation de sa chaine carbonée, qui se présente selon trois réactions. Tout d’abord une réaction de condensation au cours de laquelle l’α-cétoacide et Acétyl-CoA combine, par l’intermédiaire d’une synthase méthyle thioalkylmalate, pour former un 2-alkylmalate. Cette molécule s’isomérise grâce à une isomérase isopropylmalate, ce qui va permettre le passage du OH du carbone 2 à 3 ce qui donne une molécule 3-alkylmalate. Ce composé subit une dernière modification grâce à une déshydrogénase isopropylmalate qui consiste à effectuer une décarboxylation oxydative pour éliminer la fonction carboxyle en plus et ainsi former un homocétoacide (c'est-à-dire l’α-cétoacide de départ avec un carbone en plus). Cette homocétoacide peut suivre deux voie soit continué la voie de la structure de base de glucosinolates ou procéder à un autre tour de l'allongement de chaîne d’où le nom de cycle. En conséquence, le procédé global donne non seulement homocétoacide, mais une gamme de dérivés à chaîne allongée de L’α-cétoacide.

Et enfin l’étape d’élongation se finit au niveau du cytosol, par une transamination qui suit le mécanisme inverse de la désamination, c'est-à-dire que l’α-cétoacide reçoit une amine pour donner l’acide aminé attendu après élongation qui rentre dans la voie de structure du glucosinolate.

2ème étape : Développement de la structure du glucosinolate.

Cette étape de la synthèse est l’étape la plus importante, car c’est à ce niveau là que le glucosinolate est formé. Ce composé est produit après cinq réactions successives dans le cytosol. La formation de la structure de base du glucosinolates reste quand même incomplète. Quelques enzymes participants aux étapes biochimiques, ne sont pas encore déterminées.

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Le développement de la structure de base commence par la décarboxylation de l’acide aminé qui va induire une oxydation de son amine et ainsi former à l’aldoxime. Après la N-hydroxylation, l’aldoxime est oxydé au niveau de l’azote pour ainsi donner un composé activé, l’oxyde de nitrile. Dans ces deux réactions, un cytochrome P450 est impliqué, c’est une coenzyme ayant de l'hème comme cofacteur qui interviennent dans des réactions d'oxydoréduction. 18 000 protéines différentes sont répertoriées dans la famille des cytochromes P450 et cette diversité se voit au niveau de la synthèse des glucosinolates, car en fonction du type d’acide aminé précurseur, que ce soit aromatique ou aliphatique, le cytochrome P450 utilisé n’est pas le même.

L’étape suivante est l’introduction de l’atome de soufre, qui se fait par l’intermédiaire de la conjugaison de l’aldoxime activé à un donneur de souffre le GSH. Le GSH, appelé aussi glutathion est un tripeptide, formé par la condensation d'acide glutamique, de cystéine et de glycine. De ce fait, la partie cystéine comportant le soufre va se lié à l’oxyde de nitrile et former le S – alkylthiohydroxamate.[pic 16]

A la suite de la conjugaison, le produit est converti en thiohydroxymate par coupure du GSH au niveau de la liaison C-S grâce à l’enzyme de clivage CS (cystéine clivage).

Ensuite, vient l’étape de l’intégration du glucose. La réaction de glycosylation se fait au niveau du soufre par l’enzyme glucosyltransférase pour ainsi former le désulfoglucosinolate. L’enzyme mis en réaction présente plusieurs dérivés qui font partie de la famille UGT74. Et comme pour les cytochromes cette diversité contribue à la synthèse de différents glucosinolates en fonction du type d’acide aminé précurseur, que ce soit aromatique ou aliphatique.

La glycosylation donnant lieu au désulfoglucosinolate, est finalement sulfatés par le sulfotransférases pour former glucosinolates.

3ème étape : Modification secondaire de la chaine latérale R.

L'activité biologique des glucosinolates est dans une large mesure déterminée par la structure de la chaîne latérale, ce qui rend particulièrement intéressants l’étape des modifications secondaires. De ce fait, cette étape permet une grande diversité des glucosinolates dans la nature, autant par leur propriété structurale