Étude des propriétés interfaciales de polyphénols modèles : compréhension des mécanismes d'action au niveau membranaire

Study of interfacial properties of polyphenols : understanding of their antioxidant activity in membranes

• Auteur / Autrice : Ophélie Fadel
• Direction : Sandrine Morandat, Alain Friboulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Langmuir-Blodgett, Couches de

Biomolécules

Membranes (biologie)

Phospholipides

Lignanes

Flavonoïdes

Phénol

Liposomes

Polyphénols

Radicaux libres (chimie)

Peroxydation lipidique

Peroxydation

Antioxydants

Oxydation biologique

Stress oxydatif

Mots clés libres

Stress oxydant

Peroxydation lipidique

Résumé

Le stress oxydant dans les systèmes biologiques est contrôlé par un équilibre entre les espèces pro- et antioxydantes. L'activité des molécules antioxydantes est cruciale pour préserver les fonctions des biomolécules qui peuvent être dégradées par le stress oxydant. L'ADN, les protéines et les lipides en sont les cibles privilégiées. L'efficacité des antioxydants peut dépendre du substrat oxydable et de la localisation cellulaire : sur le lieu de production d'EROs ou à proximité des cibles moléculaires de l'attaque oxydante. Les polyphénols sont des antioxydants naturels très abondants dans le règne végétal et dans notre alimentation. Leur rôle dans la prévention de maladies liées au stress oxydant constitue un domaine de recherche émergent. Nous avons étudié cinq polyphénols de différentes classes (acides phénoliques, flavonoïdes, lignanes), afin d'établir une relation entre leur structure chimique, leur insertion membranaire et leur efficacité antioxydante contre la peroxydation lipidique. Nous avons étudié l'interaction des polyphénols avec des membranes lipidiques à l'aide de modèles tels que les liposomes et les monocouches de Langmuir. Nous avons mis en évidence les différents paramètres impliqués dans leur activité. Grâce à leur structure, les polyphénols piègent efficacement les radicaux libres. Ils sont capables de s'insérer spontanément dans des vésicules lipidiques. Ainsi, leur localisation au niveau des têtes polaires des phospholipides ainsi que leur capacité à augmenter l'ordre lipidique en phase fluide leur permettrait d'améliorer leur efficacité. De plus, les polyphénols seraient capables de s'insérer dans les membranes biologiques sans modifier leurs propriétés physico-chimiques et présentent une plus grande affinité pour les lipides insaturés, cibles de l'oxydation. Enfin, nous avons montré que l'efficacité antioxydante des polyphénols contre la peroxydation lipidique s'expliquait généralement par une complémentarité des fractions membranaires et extramembranaires.

Oxidative stress in biological systems is controlled by the balance between pro- and antioxidants. The protective effect of antioxidant molecules is crucial to preserve the functions of biomolecules that can be degraded by an oxidative stress. DNA, proteins and lipids are the major targets. The protective efficiency of antioxidant may then depend on the oxidizable substrate and their cellular location : near areas where prooxidants are produced or near the biomolecular targets of oxidant attacks. Polyphenols are natural antioxidants commonly distributed in the plant-kingdom and our diet. Their role in the prevention of degenerative diseases associated with oxidative stress constitutes an emerging field of research. We studied some polyphenols belonging to different classes (phenolic acids, flavonoids, lignans) to establish a relationship between structure, membrane insertion and antioxidant activity. To better understand their biological activity, we investigated the ability of polyphenols to interact with lipid membranes by using models such as liposomes and Langmuir monolayers. We highlighted the different parameters involved in their activity. Thanks to their structure, polyphenols scavenge free radicals efficiently. They are able to insert spontaneously into lipid vesicles. Thus, their location at the polar headgroups of phospholipids and their ability to increase lipid order in fluid phase would enable them to improve their efficacy. Furthermore, polyphenols would insert into biological membranes without altering their physicochemical properties and exhibit a greater affinity for unsaturated lipids, which are the targets of the oxydation. Finally, the antioxidant efficacy of polyphenols against lipid peroxidation would be explained by the activty of molecules found both in the membrane and in the external compartment.