Étude de l'oxydation de différents composés phénoliques par la laccase de Myceliophtora thermophila : application à la fonctionnalisation du chitosane

par Nizar Issa

Thèse de doctorat en Procédés biotechnologiques et alimentaires

Sous la direction de Michel Girardin et de Lionel Muniglia.

Soutenue le 17-07-2009

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Laboratoire d'ingénierie des biomolécules (Vandoeuvre-les-Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Nicolas.

Le jury était composé de Michel Girardin, Lionel Muniglia, Jacques Nicolas, Sylvain Guyot, Marie-Noelle Maillard, Isabelle Chevalot.

Les rapporteurs étaient Marie-Noëlle Maillard, Sylvain Guyot.


  • Résumé

    La laccase de Myceliophtora thermophila oxyde certains acides hydroxycinnamiques avec formation éphémère d’intermédiaires de différentes couleurs avant que ceux-ci n’évoluent ensuite spontanément en polymères brun noir. Quand cette oxydation est effectuée en milieu biphasique (tampon phosphate pH 7,5 / acétate d’éthyle), une partie de ces intermédiaires colorés peut être récupérée dans la phase organique et ainsi soustraite à la polycondensation ultérieure. Dans le cas de l’acide férulique, on peut ainsi isoler une fraction colorée en jaune orangé surtout composée de dimères résultant de la condensation des semiquinones initialement formées. La synthèse de ces colorants peut être favorisée et le rendement amélioré en contrôlant la réaction par un ajout minimum régulé d’oxygène. Ces colorants conservent le pouvoir antioxydant de l’acide férulique parent mais à concentration élevée (100 à 200 mg/ml), ils présentent une cytotoxicité plus élevée vis-à-vis de cellules humaines normales (HUVEC) et cancéreuses (Caco-2) ce qui limite éventuellement leur intérêt comme colorants naturels. Les semi quinones de l’acide férulique ne forment pas de dimères mixtes, quand on effectue l’oxydation laccasique de cet acide en présence d’autres acides phénoliques car la laccase de M. thermophila effectue une oxydation séquencée en fonction de sa plus ou moins grande affinité pour les différents substrats mis en jeu. En présence d’un polyoside aminé insoluble comme le chitosane, les intermédiaires d’oxydation laccasique de différents composés phénoliques (acides férulique, sinapique, syringique et catéchine) réagissent avec les groupements NH2 pour former des liaisons de covalence et conduire ainsi à des chitosanes colorés doués de nouvelles propriétés dues au greffage d’entités phénoliques. Ces chitosanes fonctionnalisés conservent les propriétés filmogènes du chitosane natif mais en plus, forment des solutions plus visqueuses et sont devenus solubles en milieux acide et basique. Ils permettent la croissance de cellules HUVEC. Ils ont surtout acquis des propriétés antioxydantes et forment des films imperméables à l’oxygène ce qui laisse entrevoir de multiples applications intéressantes

  • Titre traduit

    Study of different phenolic compounds oxidaton by laccase from Myceliophtora thermophila : application in the fuctionalization of chitosane


  • Résumé

    The laccase of Myceliophtora thermophila oxidizes some hydroxycinnamic acids with ephemeral formation of intermediates of different colors before these evolve spontaneously in dark brown polymers. When this oxidation is performed in biphasique medium (phosphate buffer pH 7.5 and ethyl acetate), a part of these colored intermediates can be recovered in the organic phase and it can be subtracted from an ulterior polycondensation. In the case of ferulic acid, we could isolate an orange yellow fraction, which is especially composed of dimers resulting from the condensation of the semiquinones initially formed. The synthesis of these colorants can be enhanced and their yield can be improved by controlling the reaction through a regulated minimum addition of oxygen. They keep the antioxidant power of related ferulic acid, but in high concentration (from 100 to 200 mg/ml), their cytotoxicity toward the human normal cells (HUVEC) and cancerous one (Caco-2) is important and consequently, their interest is limited as natural colorants. The semiquinone of ferulic acid doesn't form any mixed dimers, when the laccase-catalysed ferulic acid oxidation is performed in the presence of other phenolic acids. This can be explained by the fact that laccase from M. thermophila performes a multioxidation in the function of its high or little affinity for the involved substrates. In presence of an insoluble amino polyoside as chitosan, the intermediates of laccase-catalysed oxidation of different phenolic compounds (ferulic, sinapic, syringic acids and catechin) react with its NH2 groups forming covalent liaisons. Actually, this type of link leads to colored chitosans endowed of news properties due to the grafting of phenolic entities. These functionalized chitosans keep the filmogens properties of the native one. Moreover, also it can form more viscous solutions and become soluble in acidic and basic medium. It can permit the growth of HUVEC cells. They especially acquired some antioxidant properties and formed impermeable films to the oxygen which highlights multiple interesting applications


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