Polyphénol oxydase

Lapolyphénol oxydase(PPO; égalementpolyphénol oxydase i chloroplastique), est une enzymetétramère(oligomère) qui contient quatre atomes decuivrepar molécule. Elle est impliquée dansle brunissement des fruits.
La PPO peut être composée demonophénolset/ou d'o-diphénolscomme substrats. L'enzyme fonctionne en catalysant l'o-hydroxylationdemonophénolsdans lesquelles lecycle benzéniquecontient un seul substituanthydroxyleeno-diphénols(molécules dephénolcontenant deux substituantshydroxyleaux positions 1, 2, sans carbone intermédiaire).
Elle peut également catalyser davantage l'oxydationdeso-diphénols pour produire deso-quinones. La PPO catalyse lapolymérisationrapide deso-quinones pour produire des pigments noirs, bruns ou rouges (polyphénols) qui provoquent le fameuxbrunissement des fruits.
L'acide aminétyrosinecontient une seule « chaînephénolique» qui peut être oxydée par l'action des PPO pour formerde l'o-quinone. Par conséquent, les PPO peuvent également être appeléestyrosinases(pour leureffet oxydoréducteur).
Les aliments courants produisant cette enzyme comprennentles champignons(Agaricus bisporus), lespommes(Malus domestica),les avocats(Persea americana) et lalaitue(Lactuca sativa).
La PPO est répertoriée commemorphéine, protéine qui peut former deux ou plusieurs homo-oligomères différents (sortes demorphéine) mais qui doit se séparer et changer de forme pour passer d'une forme à l'autre. Elle existe sous forme demonomère, trimère,tétramère,octamèreou dodécamère, créant de multiples fonctions.
Chez lesplantes, la PPO est une enzymeplastidiquedont la synthèse et la fonction ne sont pas claires. Dans les chloroplastes fonctionnels, elle peut être impliquée dans lecycle de l'oxygènecomme médiateur de laphotophosphorylation pseudocyclique.
Lanomenclaturedes enzymes fait la différence entre les enzymes monophénol oxydase (tyrosinases) et les enzymeso-diphénol: oxygène oxydoréductase (catéchol oxydases). La préférence dusubstratdestyrosinaseset des catéchol oxydases est contrôlée par lesacides aminésautour des deuxionscuivredans lesite actif.
Un mélange d’enzymes monophénol oxydase et catéchol oxydase est présent dans presque tous les tissus végétaux et peut également être trouvé chez les bactéries, les animaux et les champignons. Chez les insectes, des polyphénol oxydasescuticulairessont présenteset leurs produits sont responsables d'une tolérance à la dessiccation.
Le produit de réaction du raisin (acide 2-S glutathionyl caftarique) est un composé d'oxydation produit par l'action du PPO sur l'acide caftarique et présent dans le vin. Cette production de composés est responsable du moindre niveau de brunissement de certains vins blancs.
Les plantes utilisent la polyphénol oxydase comme l'un des moyens de défense chimiques contre desparasites.
Il existe deux types d'inhibiteurs de la PPO, ceux compétitifs avec l'oxygène dans le site cuivre de l'enzyme et ceux compétitifs avec les composés phénoliques. La tentoxine a également été utilisée dans des recherches récentes pour éliminer l'activité PPO des semis de plantes supérieures. Latropoloneest uninhibiteurde la polyphénol oxydase du raisin. Un autre inhibiteur de cette enzyme estle métabisulfite de potassium.
L'activité PPO de la racine de bananier est fortement inhibée parle dithiothréitolet par lemétabisulfite de sodium, tout comme la PPO du fruit de banane par des composés similaires contenant du sulfure, notamment : ledithionite de sodiumet lacystéine, en plus del'acide ascorbique(vitamine C).
Plusieurs tests ont été développés pour surveiller l’activité des polyphénol oxydases et évaluer le pouvoir d’inhibition des inhibiteurs des polyphénol oxydase. En particulier des analyses basées sur laspectrophotométrie ultraviolette/visible (UV/Vis).
Le test de spectrophotométrie UV/Vis le plus courant implique la surveillance de la formation d'o-quinones, qui sont des produits de réactions catalysés par la polyphénol oxydase, ou de la consommation du substrat.
Une alternative spectrophotométrique implique le couplage d’o-quinonesavecdes réactifs nucléophilestels que lechlorhydrate de 3-méthyl-2-benzothiazolinonehydrazone(MBTH).
D'autres techniques, telles que les tests de coloration d'activité utilisantl'électrophorèse sur gel de polyacrylamide, des tests radioactifs à base detritium, le test de consommation d'oxygène, et des tests basés sur larésonance magnétique nucléaire(RMN) ont également été rapportés et utilisés.
La polyphénol oxydase est une enzyme présente dans les règnes végétal et animal, y compris la plupart des fruits et légumes. L’OPP est importante pour l’industrie alimentaire car elle catalyse le brunissement enzymatique lorsque les tissus sont endommagés par des meurtrissures, des compressions ou des indentations, ce qui rend le produit moins commercialisable et entraîne une perte économique. Le brunissement enzymatique dû à la PPO peut également entraîner une perte du contenu nutritionnel des fruits et légumes, réduisant encore davantage leur valeur.
Du fait que les substrats de ces réactions PPO soient situés dans desvacuolesdes cellules végétales endommagées (par exemple par une mauvaise technique derécolte), la PPO initie la chaîne de réactions de brunissement.
L'exposition à l'oxygène lorsque ces aliments sont tranchés ou réduits en purée entraîne également un brunissement enzymatique par la PPO dans les fruits et légumes.
Les exemples dans lesquels la réaction de brunissement catalysée par la PPO peut être désirable (dans un cadre culinaire) incluent les avocats, les pruneaux, les raisins (sultans), le thé noir et les grains de café vert.
Chez les mangues, le brunissement enzymatique catalysé par la PPO est principalement causé par la brûlure de la sève qui entraîne le brunissement de la peau.
La PPO de type catéchol oxydase est située dans les chloroplastes des cellules cutanées de la mangue et ses substrats phénoliques dans les vacuoles.
La brûlure de la sève est donc l'événement initiateur de la PPO dans la peau de la mangue, car elle détruit les compartiments cellulaires. La PPO est présente dans la peau, la sève et la pulpe de la mangue, avec des niveaux d'activité les plus élevés dans la peau.
La PPO dans les avocats provoque un brunissement rapide lors de l'exposition à l'oxygène, un processus en plusieurs étapes impliquant des réactions d'oxydation desmonophénolset des polyphénols, ce qui entraîne la conversion irréversible des produitso-quinoneenpigmentspolymèresbruns (mélanines).
Présente dans les chloroplastes et les mitochondries de toutes les parties d'une pomme, la PPO est la principale enzyme responsable du brunissement enzymatique des pommes. En raison de la demande croissante des consommateurs pour les fruits et légumes pré-préparés, une solution pour le brunissement enzymatique fut un temps un domaine ciblé de recherche et de développement de nouveaux produits.
À titre d'exemple, les pommes prétranchées sont un vrai produit de consommation dans certains pays (notamment enAmérique du Nord), mais le fait de les trancher induit une activité PPO, conduisant à un brunissement des surfaces coupées et à une diminution de leur qualité esthétique. Le brunissement se produit également dans les jus et purées de pommes lorsqu'ils sont mal manipulés ou transformés.
Lespommes arctiques, un exemple defruit génétiquement modifiéconçu pour réduire l'activité de la PPO, font partie de gammes génétiquement modifiées de pommes demarqueau caractère non brunissant, dérivé parsilençage génétiquepour supprimer l'expression de la PPO, inhibant ainsi le brunissement des fruits.
Found in high concentrations in potatotuberpeel and 1–2 mm of the outercortex tissue, PPO is used in the potato as a defense against insect predation, leading to enzymatic browning from tissue damage.Damage in the skin tissue of potato tuber causes a disruption of cell compartmentation, resulting in browning. The brown or black pigments are produced from the reaction of PPOquinoneproducts withamino acidgroups in the tuber. In potatoes, PPO genes are not only expressed in potato tubers, but also in leaves,petioles, flowers and roots.
Chez le noyer commun (Juglans regia), deux gènes différents (jrPPO1 etjrPPO2) codant pour les polyphénol oxydases ont été identifiés. Les deuxisoenzymespréfèrent dessubstratsdifférents, car la PPO1juniorprésente une activité plus élevée envers lesmonophénols, tandis que la PPO2juniorest plus active envers les diphénols.
Une catéchol oxydasemonomèredePopulus nigraconvertitl'acide caféiqueenquinoneeten mélanineau niveaudes cellulesblessées.
La prophénoloxydase est une forme modifiée de laréponse complémentairetrouvée chez certains invertébrés, notammentinsectes,les crabesetles vers.
L'hémocyanineest homologue aux phénol oxydases (par exemple latyrosinase) puisque les deux enzymes partagent le type de coordination du site actif du cuivre. L'hémocyanine présente également une activité PPO, mais avec une cinétique ralentie en raison d'une plus grande massestériqueau niveau du site actif. La dénaturation partielle améliore en fait l'activité PPO de l'hémocyanine en offrant un meilleur accès au site actif.
La synthase aureusidine est un homologue du polyphénol oxydase végétal, mais contient certaines modifications significatives.
L'aurone synthasecatalyse la formation d'aurones. L'aurone synthase purifiée à partir deCoreopsis grandifloraprésente une faible activitétyrosinasecontrel'isoliquiritigénine, mais l'enzyme ne réagit pas avec les substrats classiques de latyrosinase, la L-tyrosineet latyramineet doit donc être classée comme catéchol oxydase.
Modèle:Dioxygenases