Caractérisation biochimique d’une pectate Lyase thermostable chez une espèce d’actinomycète thermophile

 Les enzymes pectinolytiques 

Les substances pectiqu La pectine est probablement le polysaccharide le plus complexe de vue structure chimique et biosynthèse. de polysaccharides très hétérogène en être présentée comme un polymère mono-saccharides différents (Voragen et al., 2009 ; Bonnin

Localisation de la pectine

La pectine est localisée dans la lamelle moyenne et la paroi végétales (Carpita et Gibeaut organisée et complexe, semi rigide et des cellules végétales (Figure dans les propriétés mécaniques des organes, rôle de barrière qui permet aux cellules de résister pathogènes. Elle est composée de cellulose, lignines, hémicelluloses et de la pectine l’espèce (Albersheimet et Figure 01 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques ques ou la pectine pectine est probablement le polysaccharide le plus complexe dans la nature structure chimique et biosynthèse. Les substances pectiques forment un groupe de polysaccharides très hétérogène en composition et en poids moléculaire. La pectine peut être présentée comme un polymère hétéro-polysaccharidique composé de plu saccharides différents engageant plus d’une vingtaine de liaisons Bonnin et al., 2014). Localisation de la pectine La pectine est localisée dans la lamelle moyenne et la paroi et Gibeaut., 1993). La paroi végétale est une structure extracellulaire e et complexe, semi rigide et dynamique qui enveloppe la membrane (Figure 01). Parmi des nombreuses fonctions, elle joue un rôle essentiel dans les propriétés mécaniques des organes, participe à la croissance des tissus et assure un rôle de barrière qui permet aux cellules de résister à la pression osmotique et aux attaques des Elle est composée majoritairement de lignocelluloses, un de cellulose, lignines, hémicelluloses et de la pectine à des proportions variables selon et al., 1996 ; Voragen et al., 2013). : Structure de la paroi végétale (Gaberiel., 2005). 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques 5 dans la nature du point Les substances pectiques forment un groupe composition et en poids moléculaire. La pectine peut polysaccharidique composé de plus de 17 liaisons osidiques différentes primaire des cellules La paroi végétale est une structure extracellulaire dynamique qui enveloppe la membrane cytoplasmique elle joue un rôle essentiel la croissance des tissus et assure un la pression osmotique et aux attaques des un assemblage complexe à des proportions variables selon Gaberiel., 2005). Chapitre Chapitre01 : Les enzymes pectinolytiqu 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques s et leurs substrats pectiques s et leurs substrats pectiques 6 Des études immunologiques ont été réalisées pour déterminer la localisation et la distribution des polymères pectiques dans la paroi primaire des cellules végétales (Knox, 1997). Les chaînes d’homo-galacturonanes non estérifiées sont localisées dans la lamelle moyenne tandis que celles qui sont estérifiées sont localisées dans la paroi (Ridley et al., 2001). Les chaînes d’arabinane sont présentes généralement dans la paroi des cellules en division, tandis que les chaînes de galactanes se trouvent enfermées dans la membrane plasmique des cellules en expansion. Les pectines sont abondantes dans les fruits et les légumes (Tableau 01) et évoluent avec la maturation des tissus. Bien qu’elles puissent être extraites d’un grand nombre de végétaux, les principales sources industrielles de pectines sont les marcs de pomme et les écorces de citron et d’orange. Les pectines représentent environ 0,5 à 4 % du poids frais du matériel végétal (Kashyap et al., 2001), avec une masse moléculaire variant de 10 à 400 kDa suivant leur origine (Sakai et al., 1993). Tableau 01 : Teneurs en substances pectiques de quelques végétaux (Thakur et al., 1997). Fruit Teneur en substances pectiques* Pomme (Malus spp.) Marc de pomme Banane (Musa acuminata) Pulpe de betterave (Beta vulgaris) Carambole (Averrhoa carambola) Carotte (Daucus carota) Goyave (Psidium guajava) Pulpe de citron (Citrus lemon) Litchi (Litchi chinesis) Mangue (Mangifera indica) Zeste d’orange (Citrus sinesis) Papaye (Carcia papaya) Fruit de la passion (Passiflora edulis) Péricarpe du fruit de la passion Pêche (Prunus persica) Ananas (Ananas comosus) Fraise (Fragaria ananassa) Tamarin (Tamarindus indica) Tomate (Lycopersicon esculentum)  Les pectines présentent des propriétés physico-chimiques spécifiques du fait de leur caractère poly-électrolyte. Ce caractère leur confère la capacité de s’associer entre elles et de former des gels en présence de cations divalents tels que le calcium (Fang et al., 2008). Généralement, les pectines sont caractérisées par leur degré de méthylation (DM) défini comme étant le pourcentage de groupements carboxyles estérifiés par le méthanol (Levigne et al., 2002). Contrairement à l’acétylestérification, la méthylestérification est en proportion considérable dans les pectines natives (Tho et al., 2006). Ainsi, en fonction du DM, on distingue : Les pectines hautement méthylées (HM) : dont le degré d’estérification est supérieur à 50%, Les pectines faiblement méthylées (LM) : dont le degré d’estérification est inférieur à 50 %. Le DM est un paramètre important qui influe sur le processus et le mécanisme d’association des pectines dans la formation des gels. Les pectines HM forment des gels en présence de sucres neutres ou en milieu acide, alors que les LM forment des gels en présence de calcium. Mis à part le DM, le pH, la concentration en sucre ou acide, la présence de chaines latérales, le degré de polymérisation (DP) et la température jouent également un rôle important dans la formation d’un gel (Capel et al., 2006 ; Guillotin et al., 2007). Ces propriétés font que les pectines sont d’une importance considérable pour les industries alimentaires, pharmaceutiques, biotechnologiques et les industries de traitement de polluants (Willats et al., 2006 ; Fang et al., 2008).

Structure moléculaire des pectines

Les pectines sont des hétéro-polysaccharides caractérisés par une forte teneur en acide galacturonique (GalA), monomères liés entre eux par des liaisons α-(1-4) et partiellement acétylés ou estérifiés par des groupements méthyles. Elles sont ramifiées par différents polysaccharides: les homogalacturonanes, les xylogalacturonanes, les arabinanes, les rhamnogalacturonanes, les galactanes et les arabinogalactanes. Cette association permet de décrire les pectines comme étant constituées essentiellement de trois domaines distincts, à savoir un domaine linéaire (l’homogalacturonane) qui forme la zone lisse des pectines ou «smooth region» et deux régions ramifiées (les rhamnogalacturonanes I et II ou RG-I et RG-II), qui forment la zone hérissée des pectines ou «Hairy region» (Pedrolli et al., 2009) (Figure 02)

Homogalacturonane

Les homogalacturonanes ( al., 2007). Ce sont des polymères linéaires constitués uniquement d’acides reliés entre eux par des liaisons être estérifiées respectivement par position C2 ou C3. Elles forment la zone lisse des pectines 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques eprésentation Schématique de la pectine et ses éléments structurels (Pedrolli et al., 2009). Homogalacturonane Les homogalacturonanes (Figure 03) représentent 57 à 69 % de la pectine polymères linéaires constitués uniquement d’acides reliés entre eux par des liaisons α-(1-4) et dont les fonctions carboxyliques et alcools être estérifiées respectivement par du méthanol en position C6 et par l’acide acétique en Elles forment la zone lisse des pectines ou « smooth region 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques 8 eprésentation Schématique de la pectine et ses éléments structurels 69 % de la pectine (Jackson et polymères linéaires constitués uniquement d’acides D-galacturoniques 4) et dont les fonctions carboxyliques et alcools peuvent n C6 et par l’acide acétique en smooth region ».La méthyl-estérification des régions mesure l’application industrielle des pectines et leur capacité d’interaction 2005). En effet, de nombreuses déterminées par une interaction io 2001).

Rhamnogalacturonane

Le RG-I est une famille de polysaccharides pectiques pectine dont environ 20 à 80 % des Jackson et al., 2007). Le RG constitué d’une alternance d’unités rhamnosiques et GalA-(1→2)-α-L-Rha-(1→ galacturonique de RG-I sont Différents substituant squelette osidique au niveau du carbone C4 du L substituants, on peut citer le L arabinogalactanes (Bonnin et 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques Structure primaire d’un homogalacturonane (Combo et estérification des régions homogalacturonanes détermine dans une large industrielle des pectines et leur capacité d’interaction En effet, de nombreuses propriétés et fonctions biologiques des pectines sont déterminées par une interaction ionique entre les régions homogalacturonanes Rhamnogalacturonane de type I (RG-1) I est une famille de polysaccharides pectiques qui représente 7 à 14 % de la 80 % des rhamnoses du RG-I sont substitués Le RG-I a un degré de polymérisation (DP) d’environ 1000 constitué d’une alternance d’unités rhamnosiques et d’unités galacturoniques [ →]. Comme dans l’homogalacturonane, certains résidus d’acide I sont acétylés (Dumville et al., 2000 ; Perrone et substituants polysaccharidiques neutres sont capables de se greffer à ce au niveau du carbone C4 du L-rhamnose (Figure substituants, on peut citer le L-arabinose, le D-galactose, les arabinanes, les galactanes ou les (Bonnin et al., 2002). 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques 9 Combo et al., 2011). détermine dans une large industrielle des pectines et leur capacité d’interaction (Ralet et al., propriétés et fonctions biologiques des pectines sont homogalacturonanes (Ridley et al., qui représente 7 à 14 % de la I sont substitués (Ridley et al., 2001 ; degré de polymérisation (DP) d’environ 1000, il est galacturoniques [→ 4)-α-Dcertains résidus d’acide ., 2000 ; Perrone et al., 2002). polysaccharidiques neutres sont capables de se greffer à ce (Figure 04). Parmi ces Chez certains végétaux (betterave, épinard, etc.), les chaines latérales substituées par des acides phénoliques fonctions alcools en position 6 des résidus de galactose ou d’arabinose (Bonnin et al., I.1.2.3. Rhamnogalacturonane Le RG-II est un galacturonane substitué qui représente structure complexe est très conservée au sein des Avec un DP d’environ 60 d’acides galacturoniques liés en 1 quatre complexes glycosidiques différents 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques Figure 04 : Structure d’un rhamnogalacturonane I GalA : acide galacturonique; Rha : rhamnose; Ara : arabinose; Araf : arabinofuranose; Gal : galactose ; Fuc : fucose; GlcA : acide glucuronique; OMe : méthylation; OAc : acétylation végétaux (betterave, épinard, etc.), les chaines latérales substituées par des acides phénoliques (acide férulique ou coumarique) estérifiant les alcools en position 6 des résidus de galactose ou en position 2 des résidus ., 2002). Rhamnogalacturonane de type II (RG-1I) II est un galacturonane substitué qui représente 10 à 11 % de la pectine et dont la est très conservée au sein des espèces végétales (Jackson et (Dumville et al., 2000), le RG-II comprend au moins d’acides galacturoniques liés en 1-4 constituant la chaine principale, sur laquelle sont glycosidiques différents (Figure 05). 01 : Les enzymes pectinolytiques et leurs substrats pectiques 10 Structure d’un rhamnogalacturonane I binofuranose; Gal : galactose ; OAc : acétylation. végétaux (betterave, épinard, etc.), les chaines latérales peuvent être (acide férulique ou coumarique) estérifiant les en position 2 des résidus 10 à 11 % de la pectine et dont la (Jackson et al., 2007). II comprend au moins huit résidus constituant la chaine principale, sur laquelle sont greffé.