1. DES MOLÉCULES QUI DÉTRUISENT NOS CELLULES
1.1. Définition
Tout atome ou molécule comportant au moins un électron célibataire dans une couche externe est un radical libre.
Caractéristiques des radicaux libres :
- Grande réactivité chimique
- Courte durée de vie
- Ce sont les sous-produits des réactions d’oxydoréduction*
- Ils induisent des dommages et des lésions sur l’ADN, les protéines cellulaires essentielles et les lipides membranaires.
- Ils sont capables d’extraire un électron des molécules voisines pour combler la vacance de leur couche externe.
La rupture homolytique* d’une liaison covalente entre 2 atomes (R et R’) donne 2 radicaux libres, chaque atome conservant un électron célibataire.
R – R’ → R• + R’• (• : radical libre)
Rupture d'une liaison covalente et formation de 2 radicaux libres
Lorsque deux atomes comportant chacun un radical libre réagissent, ils peuvent mettre en commun leur électron célibataire pour former un doublet. Ceci entraîne leur disparition en tant que radicaux. La réaction chimique précédente est donc réciproque.
Lorsqu’un radical libre réagit avec une molécule ne comportant pas d’électron célibataire, il provoque la formation d’un nouveau radical libre.
Par exemple, un radical •OH peut transformer une autre molécule comme un acide gras en radical :
•OH + L-H → H0H + •L (L : lipide : acide gras)
Le radical •OH est un oxydant extrêmement réactif, il interagit instantanément avec les sucres, les acides aminés, les lipides, les acides nucléiques.
Exemples de radicaux libres :
- radical superoxyde (•O2–)
- radical hydroxyle (•OH)
- monoxyde d’azote (NO•)
1.2. L’action des radicaux libres
Les radicaux libres participent à la défense de l’organisme en le protégeant contre les microorganismes et les cellules tumorales, mais ils ont surtout des effets néfastes sur notre organisme. Étant instables, ils agiront en prélevant des électrons ou atomes d’autres molécules pour s’associer. Ainsi, ils peuvent attaquer l’ADN, les enzymes, les protéines, les membranes cellulaires… Ces attaques peuvent être responsables des états suivants:
- un disfonctionnement lors de la réplication de l’ADN entraînant des mutations et cancers.
- des perturbations au sein des cellules pouvant conduire à leur mort.
- la destruction des membranes cellulaires. Ceci peut entrainer le durcissement et l’épaississement des artères conduisant aux crises cardiaques.
- détérioration du collagène et rigidité des tissus.
Lieu d’action des radicaux libres dedans et autour la cellule
1.3. Production de radicaux libres
La formation de radicaux libres s’effectue au niveau de divers organites cellulaires :
– Les mitochondries : Lorsque nous nous mettons à courir par exemple, certaines de nos cellules deviennent sous- oxygénées un laps de temps, l’oxygène étant complètement investi aux muscles.
Les mitochondries de nos neurones ne reçoivent donc pas, pendant une fraction de seconde, d’oxygène. La chaîne respiratoire s’arrête : il n’y a plus de réduction de nutriments et plus de transfert d’électrons, du fait du manque d’oxygène.
Lorsque la cellule est de nouveau oxygénée, il faut un certain temps avant que la chaîne respiratoire de la mitochondrie recommence à fonctionner. Le fait qu’elle ne se remette pas en marche instantanément perturbe le transfert des électrons au niveau des métallo-enzymes* : des électrons sortent de la chaîne et vont se fixer à l’extérieur de la mitochondrie, à des molécules d’oxygène. Cela produit des radicaux libres.
– Les microsomes*
– Le cytosol*, où diverses réactions enzymatiques peuvent produire des radicaux superoxydes (•O2–) et de l’eau oxygénée.
La génération de radicaux libres apparaît donc essentiellement intracellulaire mais elle peut s’effectuer dans le milieu extracellulaire.
Les facteurs favorisant la formation de radicaux sont de 2 types : les radiations (UV ou rayons X) et les substances toxiques (alcool, médicaments, tabac, pollution…). En s’exposant excessivement à ces facteurs, on peut atteindre le « stress oxydatif ». Voici une définition du stress oxydatif selon la Dr. Mercedes Quintillà:
1.4. Propagation des réactions radicalaires
La phase initiale de ces réactions consiste en l’apparition d’un radical O2• ou •OH ou encore R• dont la formation est favorisée par la présence d’un métal, fer ou cuivre à l’état libre. Le radical peut interagir avec une seule molécule cible ou créer une réaction en chaîne dans laquelle un radical R• transforme une molécule R’ en radical R’• qui elle-même réagit avec une autre molécule.
Les radicaux libres étant très réactifs, ils réagissent avec les premières molécules qu’ils rencontrent et particulièrement les lipides, les acides nucléiques et les acides aminés.
La plupart des études ont considéré que les radicaux libres altéraient la bicouche lipidique des membranes cellulaires.
- La bicouche lipidique
Les membranes plasmiques sont constituées d’une double couche de lipides*.
Un certain nombre de travaux récents suggèrent que l’altération de la membrane n’est souvent que la conséquence de modifications intracellulaires, dues à l’attaque par les radicaux libres de l’ADN nucléaire et mitochondrial.
2. LES ANTIOXYDANTS
Un antioxydant est une molécule capable de ralentir ou d’empêcher l’oxydation* d’autres molécules. Les antioxydants comme les vitamines E (huile végétale, noix, beurre, poisson gras…), C (cassis, persil frais, poivrons, kiwis, fraises, oranges…), A (foie d’animaux, beurre, œufs, fromage, carotte, épinards, brocolis….) et le zinc (poissons ainsi que tout ce qui n’est pas muscle chez les animaux, céréales complètes, légumineuses) captent les radicaux libres et les neutralisent. Généralement, il y a équilibre entre production de radicaux libres et d’antioxydants. En plus des antioxydants, il y certains mécanismes qui réparent les membranes cellulaires et les dégâts de radicaux libres:
Les antioxydants neutralisent les radicaux libres en donnant un de leurs électrons pour mettre fin à la réaction en chaîne de « vol d’électrons ». Ce faisant, les nutriments antioxydants ne deviennent pas des radicaux libres étant donné qu’ils sont stables de toute façon. Ils aident ainsi à prévenir les dommages causés aux cellules et aux tissus, qui peuvent occasionner des problèmes de santé et des maladies.
Antioxydant neutralisant un radical libre
3. EXPÉRIENCE: mise en évidence de l’action des radicaux libres et des antioxydants sur une pomme
3.1. Le but de l’expérience
On a réalisé cette expérience avec l’intention de montrer l’action oxydante des radicaux libres dans notre organisme, ainsi que l’action contraire (conservatrice) qu’ont les antioxydants.
Pour ce faire, nous avons utilisé le matériel suivant :
- Une pomme qui, étant organique, montrera l’effet que chaque substance aurait à l’intérieur de notre organisme.
- Des pilules de nutriments créant des radicaux libres (c’est le propre usage de notre corps : respiration, alimentation, qui crée les radicaux libres), que l’on diluera dans de l’eau. (NutriMent de la marque Revol)
- Des pilules d’antioxydants concentrés (contenant de la vitamine C, de la vitamine E, du zinc, du sélénium et du magnésium). (Symbion)
On mettra la pomme au contact avec ces deux substances ainsi que dans de l’eau du robinet dans trois bocaux différents, et on observera l’évolution de l’état de la pomme au cours de 6 jours. On cherche à obtenir un morceau de pomme mieux conservé au contact d’antioxydants, un morceau très détérioré au contact de nutriments (et donc de radicaux libres), et un troisième moins détérioré mais toujours un peu au contact de l’air et de l’eau de robinet.
Voilà l’expérience à la minute 0 :
3.2. L’évolution
On a surveillé de près l’évolution de l’état de la pomme pendant les premières 3 heures puis on a pris une photo de l’expérience une fois par jour pendant 6 jours.
– Pendant la première heure, aucune différence visible n’est apparue :
– Au bout de 2 heures, la pomme plongée dans l’eau contenant des nutriments présente une légère coloration marron sur le bord. Pourtant, on n’observe aucune différence explicite entre l’état de la pomme au contact uniquement d’air et d’eau de robinet, et la pomme au contact avec des antioxydants ; on fait la même observation au bout de 3 heures :
– C’est au bout de 12 heures que l’on commence à obtenir des résultats légèrement plus parlants :
On observe que la couleur marron qui était apparue sur le bord de la pomme plongée dans l’eau portant des nutriments est devenue foncée sur un peu plus de surface. La pomme dans l’eau de robinet, au contact de l’air commence à présenter un léger ton marron, pendant que la pomme qui plonge dans l’eau portant la pilule d’antioxydants diluée est restée intacte.
– Un jour et deux jours après le début de l’expérience, la progression continue de la même façon, sans de grands changements :
– Le troisième jour, la différence entre l’état de chaque pomme est déjà évidente :
La pomme au contact avec des radicaux libres est clairement détériorée et présente une couleur orange. Au contraire, la pomme au contact avec des antioxydants conserve sa couleur jaune et semble elle-même conservée. La pomme dans l’eau du robinet, au contact uniquement de l’air, se montre aussi un peu détériorée sur les bords, mais pas autant que la première.
– Le cinquième jour, la progression de l’état des trois morceaux de pomme avance: on obtient des résultats de plus en plus explicites:
Le morceau de pomme exposé aux radicaux libres montre une claire détérioration et une couleur orange/marron très évidente. La pomme au simple contact d’eau et d’air est devenue plus foncée sur le bord, pendant que le morceau exposé aux antioxydants semble ne pas avoir beaucoup changé de couleur.
– Voilà les résultats obtenus après 6 jours :
On observe donc clairement par sa couleur orange et son état, que la pomme exposée à des radicaux libres à été mal conservée et très détériorée. La pomme exposée à l’air n’a pas été bien conservée mais sa détérioration n’est pas aussi claire que pour le morceau précédent. La pomme exposée à des antioxydants par contre, conserve sa couleur et a été bien conservée.
3.3. Interprétation
– Evolution du jour 0 au jour 6 :
On a donc observé qu’un morceau de pomme exposé pendant six jours à des radicaux libres est détérioré : sa couleur devient orange-rouge et elle se présente moins ferme. Les radicaux libres crées par les nutriments présents dans l’eau ont oxydé les cellules de la pomme, détériorant le morceau.
Une pomme au simple contact d’eau et d’air présente aussi une détérioration, quoi que plus faible. L’air crée aussi des radicaux libres qui oxydent les cellules et détériorent la pomme.
En comparaison, un morceau de pomme mis dans les mêmes conditions et pendant la même durée de temps au contact d’antioxydants, conserve sa couleur jaune et reste plus ou moins ferme au bout des six jours. Elle présente très peu de détérioration. Les antioxydants présents dans le comprimé dilué dans l’eau ont neutralisé les radicaux libres crées par l’air attaquant les cellules de la pomme : la détérioration a donc été plus difficile.
On a ainsi mis en évidence l’action oxydante des radicaux libres sur un élément organique, ainsi que les effets contraires d’antioxydants sur ce même élément.
Ainsi que dans les bocaux ces substances agissent sur un morceau de pomme, chaque minute elles agissent dans notre organisme avec les mêmes effets destructifs. Les radicaux libres oxydent nos cellules les détériorant, et cela porte au vieillissement de notre corps. Les antioxydants luttent dans le sens contraire en neutralisant les radicaux libres.
En conclusion, la lutte contre les radicaux libres semble impossible. Notre respiration est source même de production de radicaux. Les antioxydants ne constituent qu’un moyen de les neutraliser, sans pour autant les éliminer complètement. Même si les radicaux ont l’avantage de s’attaquer également aux cellules tumorales, leurs effets destructifs endommagent sérieusement les cellules. On peut cependant favoriser la production d’antioxydants en prenant des complexes vitaminiques présents dans de nombreux aliments de notre vie quotidienne, afin d’éviter une trop importante action des radicaux libres dans notre organisme.
Peut-on atteindre la jeunesse éternelle? 