Structure et biosynthèse des flavonoïdes

Classification des flavonoïdes

Les progrès de la biochimie ont permit de décrire leur structure moléculaire.
C’est ainsi que l’on a dé couvert que les flavonoïdes appartenaient biochimiquement à la famille des benzopyrones, celle-ci étant scindée en deux sous-classes :
 les alpha benzopyrones dont les principaux dérivés sont utilisés enthérapeutique (Sintrom®, Coumadine®, Tromexane®) ;
 les gamma benzopyrones : les phényl-2-gamma benzopyrones constituent à proprement parler les flavonoïdes.
D’un point de vue structural, on distingue deux grandes familles : les flavones etles flavanes.
A l’état naturel, au sein du même végétal, ils peuvent coexister mélangés :cyanidine et pétunidine présentes dans les baies de myrtille ; cyanidine etdelphidinine dans le cassis par exemple.
Signalons qu’afin d’améliorer la biodisponibilité des flavonoïdes, des composés d’hémisynthèse comme les O-bêta hydroxyéthyl rutosides furent synthétisés

Les Glycosides

Les glycosydes sont des flavonoïdes avec sucres. Selon le mode de rattachement du sucre au noyau flavonique nous distinguons les o-glycosides et les c-glycosides.
Les o-glycosides : les flavonoïdes communément appelés o-glycosides ont un ou plusieurs de leurs groupements hydroxyles liés à un ou plusieurs sucres par un pont acide labile hémiacétal.
L’effet de cette glycosilation est de rendre les flavonoïdes moins réactifs et plus solubles dans l’eau ; cette dernière propriété permet le stockage des flavonoïdesdans la vacuole de la cellule (où ils sont généralement trouvés). Le glucose estle sucre le plus communément impliqué dans cette association, bien que le galactose, le rahmnose, le xylose et l’arabinose soient souvent rencontrés [26].
Les c-glycosides : dans ce cas les sucres sont directement liés au cyclebenzénique par une liaison carbone-carbone.
A ce jour les sucres à liaison c sont trouvés seulement en position 6- et 8 sur lenoyau flavonique. La liste des sucres impliqués est plus restreinte et le glucose est là aussi le plus courant (vitexine, orientin)
Ensuite vient le galactose (apigénine,8-c-galactoside)
La liste des aglycones impliqués dans les c-glycosides est aussi très restreinte.

Les biflavonoïdes

Comme l’indique leur nom, les biflavonoïdes sont des dimères de flavonoïdes.
Les flavonoïdes communément impliqués sont les flavones et les flavanonesavec l’oxygénation des carbones 5,7,4’(ou5,7,3’,4’). Les liaisons interflavonoïdes sont soit C-C ou (q uelques fois) une liaison éther. Les monomères de flavonoïdes peuvent être du même type ou de types différents.
La plupart des propriétés physiques et chimiques des biflavonoïdes ressemblent à ceux de leurs monomères, ce qui fait que les biflavonoïdes sont quelques foisdifficiles à identifier.
Les biflavonoïdes sont rarement des glycosides ; et on les trouve préférentiellement dans les gymnospermes.

Rôle des flavonoïdes sur la santé humaine

De nos jours les propriétés des flavonoïdes sont largement étudiées dans ledomaine médical où on leur reconnaît des activités antivirales, anti-cancéreuses,anti-tumorales, anti-inflammatoires, anti-allergiques.
Par exemple les proanthacyanodols ont une activité protectrice contre l’infarctusdu myocarde et s’opposeraient aux processus de formation des plaques athéromateuses de nos artères [32].
Entre les années 1960 e t 1970, Robbins trouve que les flavonoïdes de fruitsdiminuent l’agrégation desplaquettes sanguines et par conséquent peuvent avoirun effet sur l’infarctus du myocarde (thrombose).L’étude épidémiologique de Zutphen Elderly a mis en évidence que l’absorptiond’un régime alimentaire composé de flavonoïdes est corrélée à la réduction de la mortalité par maladie cardio-vasculaire pour l es hommes d’un c ertain âge.
Mais surtout la différence est encore plus marquée entre les infarctus mortels et non mortels [28],[31].
La consommation de flavonols (Quercétine, murcitine, kaempférol, catechine) et de flavones (lutèdine et apigenine) est impliquée dans la réduction des maladies cardio-vasculaires. Les aliments dans lesquels se trouvent ces substances en très grandes quantités sont le thé, les oignons et les pommes.
Les plantes à flavonoïdes sont une excellente source de protéine végétale à faible teneur en graisse. Elles sont en général utilisées comme spasmolytiques etdiurétiques. Les flavonoïdes diminuent la fragilité des vaisseauxcapillaires, agissent sur le cœur et sur la circulation sanguine.
Les études chimiques ont montré l’existence d’un l ien entre la présence d’isoflavones dans le soja et l’effet protecteur sur la perte de masse osseuse.
Les catéchines du thé freineraient la formation de la plaque dentaire en empêchant les bactéries qui en sont responsables de se fixer [29],[30].
Depuis plus de 3000 ans les feuilles de thé sont couramment employées par laphytothérapie chinoise pour leurs propriétés.
Aujourd’hui, de nombreuses recherches montrent que le thé est une sourced’antioxydant qui renforce les défenses naturelles et luttent contre levieillissement en protégeantl’organisme contre les effets nocifs des radicaux libres.
Le thé contient 15 à 30% de polyphénols et prés de ¾ des polyphénols appartiennent au groupe des flavonols couramment appelés tanins et largementreprésentés par les cathéchines dont la plus importante est l’épigallo-catéchineEGC et son gallate (EGCG).
Les anthocyanes à forte dose sont des poisons apparentés au cyanure. Ce sont des dérivés de l’acide cyanhydrique, produit de la combinaison de l’hydrogène avec le cyanogéne. Les anthocyanes à dose modeste dans une plante donnera des vertus antiseptiques à celle-ci.
On les trouve dans les fleurs bleues (bleuet, violet, mauve). Les plantes à flavonoïdes sont également liées à la formation antispasmodique [29].

Présence et rôle des flavonoïdes dans les végétaux

Les flavonoïdes sont présents dans toutes les parties des végétaux supérieurs :racines, tiges, feuilles, fleurs, pollens, fruits, graines, bois, …
Certains flavonoïdes sont spécifiques de certains tissus. Ainsi, les anthocyane sont plutôt localisés dans les parties externes des fruits, fleurs et feuilles. Les chalcones se retrouvent plus fréquemment dans les pétales des fleurs. Ce sontdes pigments naturels au même titre que les chlorophylles et les caroténoïdes.
Leur fonction principale est la pigmentation des plantes. Les flavonoïdes, en particulier les anthocyanes sont les seules molécules du règne végétal capablesde produire une vaste gamme de couleur susceptible de donner des teintes allantdu jaune-orangé au bleu en passant par le pourpre et le rouge. Les flavones, les aurones et les chalcones donnent plutôt une couleur jaune, beige voire blanche, ou participent aux nuances produites par les anthocyanes et les caroténoïdes [15].
Un des rôles de la couleur chez les plantes est d’attirer les insectes et cela afin dedéclencher la fécondation, les charger de pollen et de graines de façon à enassurer la dissémination nécessaire à la reproduction de l’espèce. Si tous les flavonoïdes n’absorbent pas dans le domaine visible ils présentent tous une bande dans l’ultraviolet proche du visible. Certains insectes, telles que l’abeille distinguent les fréquences de radiations dans les domaines ultraviolet et visible et montrent des préférences pour certaines teintes. C’est pourquoi, la possibilité de changement de couleur est largement utilisée par les plantes pour assurer lasurvie de l’espèce [16].
Les flavonoïdes en repoussant certains insectes par leur goût désagréablepeuvent également jouer un rôle dans la protection de ces plantes.
On trouve donc des flavonoïdes dans les agrumes qui appartiennent à la classe des aurantiacées mais également dans les rutacées (rue, tomate, sarrasin,…), les oléacées (cyprès, frêne) et les conifères (ginkgo biloba).
Ces différentes plantes, aurantiacées, rutacées et oléacées contiennent à d es degrés divers les substances utilisées comme principe actif : la diosmine, la rutine et l’hespéridine [33].

Les flavonoïdes dans le règne animal

Le monde animal est lui aussi concerné par les flavonoïdes.
On trouve par exemple de la chrysine, de la quercetine, de la galactine dans lapropolis des abeilles [15].
Ces insectes la fabriquent à partir des sécrétions des bourgeons de nombreux arbres comme lebouleau, l’aulme, l’épicéa, le sapin, le saule, l’orme, et la modifient par leur enzymes salivaires.Les abeilles mettent instinctivement en œuvre les propriétés antifongiques et antibactériennes des polyphénols pour aseptiser leur ruche et en colmater les fentes [18].
Les propriétés cicatrisantes et anti-infectueuses de la propolis étaient entre autre utilisées par les civilisations égyptienne, romaine, grecque et inca [32].

Propriétés Physico-chimiques et spectrales

Propriétés physico-chimiques des flavonoïdes

La fluorescence des flavonoïdes

Les flavonoïdes sont pour la plupart colorés et /ou fluorescents en lumière UV,de ce fait ils peuvent être révélés facilement en Chromatographie sur Couche Mince (CCM). Dans le visible ils ont une coloration généralement jaune, s’ils s’avèrent incolores ils peuvent apparaître alors fluorescents sous une lampe UV( 254 ou 366 nm).Mais dans ce cas le gel de silice utilisé doit contenir un indicateur defluorescence (le fluor) [10].

La solubilité des flavonoïdes

Les flavonoïdes aglycones sont des polyphénols et comme tels possèdent des propriétés chimiques des phénols. Ils sont faiblement acides donc sont solubles dans des solutions basiques.
Notons cependant que si les flavonoïdes sont laissés dans une base et en présence d’oxygène, plusieurs seront dégradés.
Les flavonoïdes qui possèdent un nombre de groupes hydroxyles non substitué ou un sucre sont des composés polaires. Et donc sont solubles dans des solvants polaires tels que l’EtOH, le MeOH, le BuOH , l’acétone, le diméthylsulphoxide (DMSO) et l’eau.
La présence d’un s ucre rend les flavonoïdes plus solubles dans l’eau, et la combinaison des solvants ci-dessous avec l’eau sont donc les meilleurs solvantspour les glycosides [11].
Alors que les aglycones apolaires (tels que les isoflavones, les flavones, les flavanones et les flavanols hautement méthoxylés )ont tendance à être solublesdans les solvants apolaires comme l’éther et le chloroforme [11].

Propriétés spectrales des flavonoïdes en UV

La spectrophotométrie UV visible est aujourd’hui largement utilisée pour l a caractérisation des composés flavoniques. Le spectre UV des flavonoïdes apparaît sous formes de deux maxima d’absorption. L’un apparaît dans la région 240-289 nm (bande II) due à l’absorption du noyaubenzoyle A l’autre dans la région 300-400 (bande I) due à l’absorption du noyaucinnamoyle B [26].
Les changements dans la substitution (hydroxylation, méthylation ou glycosilation) du noyau A se reflètent dans la bande II d’absorption, tandis queceux des noyaux B et C apparaissent dans la bande I d’absorption.
La spectrophotométrie UV visible a été mise en exergue par l’utilisation deréactifs qui induisent des déplacements des différents pics d’absorption.Nous avons utilisé comme réactifs le chlorure d’aluminium mélangé à de l’acidechlorhydrique (AlCl3/HCl) et l’acétate de sodium additionné de quelquesgouttes d’acide borique (NaOAC/H3BO3).
Les explications structurales des déplacements dus à AlCl3/HClAlCl3 forme des complexes chélatés avec des flavonoïdes ayant desgroupements fonctionnels t elsque 5-hydroxy-4-oxo ; 3—hydroxy-4-oxo maisaussi avec systèmes ortho-dihydroxyle selon la réaction (schéma 9). La formation de ces complexesse traduit par des déplacements bathochromes des bandes I et II, selon la nature de la structure de base considérée.
En présence d’une solution aqueuse de HCl, le complexe formé par lesgroupements ortho-dihydroxyles et 3-hydroxy-4-oxo se décomposent.Si les groupements hydroxyles en position 3- et –5 sont les deux présents, la formation du chélate 3-hydroxy-4-oxo est favorisée [10],[11].

Les explications structurales des déplacements dus à NaOAC/H3BO3

NaOAC favorise l’ionisation des hydroxyles les plus acides notamment en position 7-, des flavonoïdes.
Ceci entraîne le déplacement bathochrome des bandes I et /ou II suivant le cas, et permet de détecter des hydroxyles en position ortho dans les flavonoïdes [10],[11