Les peroxydases NADH et NADPH comme mécanismes de défense antioxydants dans le sulfate intestinal

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13922 (2023) Citer cet article

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Les matières fécales animales et humaines contiennent généralement des bactéries sulfato-réductrices intestinales (SRB). Le sulfure d'hydrogène et l'acétate sont les produits finaux de leur réduction dissimilatrice du sulfate et peuvent créer un effet synergique. Nous rapportons ici les activités NADH et NADPH peroxydase du SRB intestinal Desulfomicrobium oral et Desulfovibrio piger. Nous avons cherché à comparer les activités enzymatiques sous l'influence de divers régimes de température et de pH, ainsi qu'à effectuer des analyses cinétiques des vitesses de réaction enzymatique, des quantités maximales de produit de réaction, des temps de réaction, des vitesses maximales des réactions enzymatiques et des constantes de Michaelis dans extraits acellulaires de SRB intestinal, D. piger Vib-7 et D. orale Rod-9, collectés à partir de phases de croissance exponentielles et stationnaires. La température optimale (35 °C) et le pH (7,0) pour l'activité des deux enzymes ont été déterminés. La différence dans les tendances des constantes de Michaelis (Km) pendant les phases exponentielles et stationnaires est perceptible entre D. piger Vib-7 et D. orale Rod-9 ; D. orale Rod-9 a montré un Km beaucoup plus élevé (à l'exception de la NADH peroxydase de D. piger Vib-7 : 1,42 ± 0,11 mM) au cours des deux phases surveillées. Des études sur les peroxydases NADH et NADPH, en tant que systèmes de défense antioxydants putatifs du SRB intestinal, ainsi que des données détaillées sur les propriétés cinétiques de cette enzyme, exprimées par la décomposition du peroxyde d'hydrogène, pourraient être importantes pour clarifier les mécanismes évolutifs des systèmes de défense antioxydants, leur étiologie. rôle dans le processus de réduction dissimilatoire des sulfates et leur rôle possible dans le développement de maladies intestinales.

Les bactéries sulfato-réductrices (SRB) se développent rapidement en présence de lactate et de sulfate dans l'intestin humain, ce qui entraîne l'accumulation de sulfure d'hydrogène (H2S), toxique et nocif pour les cellules épithéliales intestinales1,2,3,4,5. ,6,7,8. Cependant, le H2S est une source de soufre pour les archées méthanogènes qui sont également détectées en grande abondance dans le tractus gastro-intestinal. De plus, il est possible que la surproduction et l'accumulation de H2S soient dommageables, et non sa simple présence9, 10. Des maladies inflammatoires de l'intestin (MII) peuvent se développer chez les humains et les animaux en raison d'une augmentation du nombre de SRB et de l'intensité des réactions dissimilatoires. réduction des sulfates dans l'intestin2, 11,12,13,14,15,16.

Le sulfate inorganique ou d'autres formes oxydées de soufre sont convertis en sulfure par SRB17,18,19 dissimulatoire. Ces communautés bactériennes étant hétérotrophes, elles ont besoin d’un apport en carbone organique. Des composés organiques simples comme le lactate, le pyruvate et le malate peuvent servir de source de carbone pour les espèces Desulfovibrio et Desulfomicrobium18, 20 ; ceux-ci sont ensuite oxydés en acétate avec réduction simultanée du sulfate en sulfure1, 21, 22. Grâce à ce processus d'oxydation en plusieurs étapes des molécules organiques, les hétérotrophes obtiennent leur énergie cellulaire23,24,25,26. Les espèces SRB utilisent généralement le lactate comme substrat, qu’elles oxydent ensuite simultanément en acétate en utilisant du pyruvate24.

Les enzymes antioxydantes endogènes peuvent agir en éliminant les espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les enzymes antioxydantes bien connues qui empêchent la production intracellulaire de ROS et la peroxydation lipidique comprennent la superoxyde dismutase (SOD), la catalase et les peroxydases27. Alors que la catalase décompose le peroxyde d'hydrogène (H2O2) par dismutation en eau et en oxygène moléculaire (O2), la SOD transforme les radicaux superoxydes en peroxyde d'hydrogène (H2O2)28.

Les peroxydases (EC 1.11.1.7) sont des enzymes contenant de l'hème qui utilisent H2O2 pour catalyser l'oxydation d'une gamme de substrats29.

Un sous-produit ROS non radicalaire du métabolisme aérobie typique est le H2O2. Les niveaux élevés de H2O2 pourraient cependant être transformés en d’autres ROS plus réactifs, comme les radicaux hydroxyles, qui peuvent oxyder les biomolécules et provoquer le vieillissement, la mort cellulaire, des lésions tissulaires, des troubles cardiovasculaires et une transformation maligne. Par conséquent, un élément crucial de toute activité antioxydante dans un système biologique est l’activité de piégeage du H2O230. H2O2 et d’autres accepteurs d’hydrogène sont les endroits où la peroxydase est plus active que les autres accepteurs d’électrons. L'ascorbate, un certain nombre d'acides aminés et des substances polyphénoliques sont des donneurs d'hydrogène pour le SRB31 :