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F. Les métabolites secondaires des plantes

Nous vous conseillons de consulter les chapitres 7 (isoprénoïdes), 8 (composés phénoliques) et 12 (métabolites secondaires azotés) de l'ouvrage Métabolisme des végétaux - G. Richter; en anglais vous pouvez consulter le chapitre 24 de "Biochemistry & Molecular Biology of Plants - Buchanan et al." (fichier PDF) d'ou sont tirées quelques'unes des illustrations de ce chapitre.

L'évolution des composés du métabolisme secondaire et liée de manière étroite à la spéciation; par définition un métabolite secondaire caractérise une espèce ou un groupe d'espèces étroitement apparentées, il s'agit d'un critère taxonomique important.

Terpènes

1. Les travaux sur les terpènes ont marqués par les recherches effectués à l'EPFZ par Ruzicka (Nobel 1939) et et à l'Université de Zürich par Karrer (Nobel 1937)
2. La voie classique acétate/mévalonate de synthèse de l'IPP, l'unité de base à 5 carbones de la synthèse des terpénoïdes. Des études récentes ont montrés que les plantes possèdent une voie alternative de synthèse de l'isoprène localisée dans les chloroplastes.
3. La majorité des terpénoïdes sont biosynthétisés à partir d' IPP, et à partir du dimethylallyl diphosphate, qui est formé par isomérisation de l'IPP. L'enzyme impliquée est une "prényl-transférase".
4. Exemples de monoterpènes incluant des composants insecticide (pinène, pyréthrine), des attractifs pour les pollinisateurs (linalol et 1,8-cinéol), et des agents antiherbivores (1,8-cinéol).
5. Les terpènes sont localisés dans des glandes spécialisées : (A) Microscopie électronique à balayage de la surface d'une feuille de thym. Les structures arrondies sont des trichômes glandulaires, dans lesquels les monoterpènes et les sesquiterpènes sont synthétisés. (B) Microscopie en lumière visible d'un trichôme glanduleux de menthe verte, montrée dans une coupe longitudinale, cavité subcuticulaire, S, cellule excrétrice, St tige, B cellule basale et E cellule épidermique. (C) La cavité sécrétrice d'une feuille de citron, montrée en coupe transversale, L lumen, Sh,mésophyle, P cellule parenchymateuse. (D) Un canal résineux dans le bois du pin montré en coupe transversale, X xyleme secondaire.
6. La synthèse du limonène par la limonene synthase illustre la formation de cycles de terpenoïdesà partir du géranyl-PP. Le menthol (de la menthe poivrée et de la menthe verte) est formé à partir du limonène de même que le carvol (Carum Carvi). Ces biosynthèse impliquent une oxydation catalysée par des oxydases de type cytochrome P450
7. Les sesquiterpènes formés à partir du farnésyl-PP sont souvent des molécules impliquées dans les mécanismes de défense des végétaux. Le capsidiol et la lubimine sont des phytoalexines, le gossypol est considéré comme un contraceptif masculin potentiel (!!!).
8. Le caryophyllène (15C) et l'ocymène (10C) constituent un exemple de terpènes spécifiquement impliqué dans la reconnaissance par un parasitoïde (la guèpe Cardiochiles n.) de plantes de tabac attaquées par leur proie préférée ( le lépidoptère Heliothis v.). Ces terpènes ne sont pas produits par des plantes attaqués par d'autres insectes.
9. Le GGPP est cyclisé pour former les diterpènes caspène, taxadiène et abietadiène (précurseur de l'acide abiétique constituant des résines de conifères). La cyclisation peut se faire par l'un des deux mécanismes distincts, dont seulement l'un produit l'intermédiaire le labdadienyl (copalyl) biphosphate.
10. Les triterpènes sont dérivés du squalène (par dimérisation du FPP) puis par oxydation en oxydosqualène; on trouve dans ce groupe des régulateurs de croissance, les gibbérellines et les brassinostéroïdes et des composants des cires de surface.
11. Les terpènes sont à l'origine de toute une série de substances d'un extrème intérêt pharmaceutique ou agronomique. Certaine molécules conplexes comme le taxol sont composées d'une partie terpénoïde associée à d'autres structures.
12. La découverte de l'effet de dissuasion des cardénolides (diterpènes) dans le cas du papillon "monarch" (Danaus plexippus) qui se nourri sur une plante du genre Asclepias (A. curassavica) est due à Th. Rechsteiner (Université de Bâle)
13. Le pétasite (Petasites hybridus) contient des sesquiterpènes qui éloignent les mollusques.
14. Les polyterpènes : caoutchouc : un produit du latex de Hevea brasiliensis. Le polymérisation à lieu au niveau de globlules (plastes) présents dans le latex frais et appelés "Frey-Wyssling complex" du nom du professeur de botanique de l'EPFZ qui en a fait une première description en 1929.

Alcaloïdes

1. Les alcaloïdes sont définis comme des substances azotées possédant en général un pK > 8.0 et extractibles par des solvants organiques ou par distillation après traitement par un alcali (potasse, soude, etc ...) De nombreux alcaloïdes comme la quinine, la morphine et l'atropine, ont un usage médical.
2. Les alcaloïdes indoliques sont dérivés du tryptophane et souvent de monoterpènes, c'est le cas de la quinine et des alcaloïdes de la pervenche de Madagascar (Catharantus roseus) tel que la vinblastine. Leur synthèse implique la tryptamine (issue de la décarboxylation du tryptophane) et la sécologanine (un dérivé monoterpénique). Un des intermédiaire clé est la strictosidine.
3. Les alcaloïdes de la famille de la berbérine sont dérivés de l'acide aminé tyrosine. L'intermédiaire réticuline est à l'origine non seulement de la berbérine mais aussi de la morphine, de la codéïne autre sanguinarine.
4. Les amines (dérivées de la putrescine) sont des dérivés d'amino-acides dont l'exmple le

Composés phénoliques

1. Les acides aminés aromatiques qui sont les précurseur des métabolites secondaires phénoliques (phénylalanine et tyrosine, ainsi que le tryptophane) sont synthétisés par la voie du shikimate.
2. Une part importante des dérivés phénoliques font partie du groupe des phényl-propanes dont la synthèse débute par une déamination de la phénylalanine ou de la tyrosine par l'enzyme phénylalanine-ammonia-lyase (PAL & TAL)
3. Le ion ammonium "perdu dans cette réaction est recyclé dans le métabolisme primaire (synthèse de préphénate)
4. Alors que certain composés phénoliques dérivent du métabolisme des phénylpropanes (comme la mescaline du cactus peyote), d'autres sont construits par condensation d'unités de malonyl-CoA (comme le THC du cannabis).
5. Les lignines sont les constituants du bois et leur composition est (selon les critère des métabolites secondaires) spécifiques pour chaque groupe de plantes. Elles sont synthétisées à partir de monomères dérivants de la réduction des acides cinnamiques puis oxydation par des péroxydases aboutissant à des polyméres complexes.
6. Les lignanes sont des constituants indispensables d'une alimentation équilibrée; l'action antioxydante des dérivés des seco-iso-larici-resinol et matai-resinol a été bien mise en évidence.
7. Les tannins hydrolysables sont formés directement à partir du shikimate et sont souvent synthétisés comme molécule de réaction contre les herbivores. D'autres tannins (proanthocyanidines) sont produits par la voie des phénylpropanes et sont constitutifs de certains tissus.

Composés divers

1. Les dérivés (glucosides) cyanogéniques ou autres constituent une réserve toxique disponible en cas d'attaque par des herbivores