Systèmes antioxydants enzymatiques : superoxyde dismutase, catalase, glutathion peroxydase

L'oxygène que nous respirons est indispensable à la production d'énergie dans les mitochondries. Mais une petite partie de cet O2 peut être transformée en espèces réactives de l'oxygène (ERO) comme l'anion superoxyde O2•-, le peroxyde d'hydrogène H2O2 et le radical hydroxyle HO•. Ces ERO sont produites lors de la respiration cellulaire, d'une inflammation, d'une exposition aux UV ou à la fumée de cigarette. Elles attaquent les lipides des membranes, les protéines et l'ADN, ce qui peut accélérer le vieillissement ou favoriser certaines maladies. Les systèmes antioxydants enzymatiques servent à neutraliser ces molécules avant qu'elles ne causent des dégâts.

La superoxyde dismutase est une enzyme très rapide qui catalyse la dismutation de l'anion superoxyde en peroxyde d'hydrogène et en dioxygène. On trouve plusieurs formes de SOD dans l'organisme : une forme à cuivre et zinc dans le cytoplasme, une forme à manganèse dans les mitochondries et une forme extracellulaire. Cette réaction transforme un radical très réactif (O2•-) en une molécule moins toxique (H2O2), mais qui reste dangereuse car elle peut générer le radical hydroxyle. La SOD agit donc en amont de la chaîne de détoxification et doit être relayée par d'autres enzymes.

La catalase est l'une des enzymes les plus rapides connues : une seule molécule peut décomposer plusieurs millions de molécules de peroxyde d'hydrogène par seconde. Elle catalyse la transformation de deux molécules de H2O2 en deux molécules d'eau et une molécule de dioxygène, sans avoir besoin d'un cofacteur réducteur. La catalase contient un groupement hème avec un atome de fer, indispensable à son activité. Elle est abondante dans les peroxysomes des cellules du foie et des reins, ainsi que dans les globules rouges. En éliminant H2O2, elle empêche la formation du radical hydroxyle via la réaction de Fenton.

La glutathion peroxydase réduit le peroxyde d'hydrogène en eau, mais elle peut aussi détoxifier les peroxydes organiques (ROOH) en alcools. Pour cela, elle utilise le glutathion réduit (GSH), un petit peptide donneur d'électrons, qui est oxydé en glutathion disulfure (GSSG). La GPx contient un atome de sélénium sous forme de sélénocystéine, un acide aminé rare essentiel à son activité. Le GSSG est ensuite régénéré en GSH par la glutathion réductase grâce au NADPH produit par le métabolisme. Cette enzyme travaille en parallèle de la catalase, dans le cytoplasme et les mitochondries, ce qui assure une protection dans des compartiments où la catalase est moins présente.