1. Introduction :

L’hydrolyse des phosphomonoesters dans les systèmes biologiques est un processus important relié directement tant au métabolisme des molécules énergétiques, à sa régulation ainsi que à la grande variété des mécanismes de transduction des signaux chez la cellule (1) . Ainsi, l’hydrolyse biologique d’une grande variété de phosphomonoesters est catalysée par un groupe d’enzymes : les phosphatases.

Ces enzymes peuvent être classifiées en phosphatases basiques, pourpre acide phosphatases, acide phosphatases tant de haut poids moléculaire comme de bas poids moléculaires ainsi que phosphatases protéiques. Cette classification est basée en fonction du pH optimal pour leur activité catalytique, leur spécificité pour un substrat donné, leurs besoins de métaux ainsi que leur mécanisme de réaction.

La plus évidente différence entre ces différentes enzymes est la présence ou absence de cofacteurs de caractère métallique. Ainsi les phosphatases basiques présentent deux atomes de zinc et un de magnésium par unité enzymatique. Les pourpre acide phosphatases ont besoin aussi de cofacteurs métalliques, tel est le cas des phosphatases chez les mammifères qui présentent un centre à deux atomes de fer, tandis que chez les plantes, un centre fer-zinc est observé.

Contrairement à ces dernières, les acides phosphatases ne présentent pas de cofacteurs métalliques, ce qui implique que leur mécanisme de réaction passe plutôt par des intermédiaires covalentes et non de coordination comme dans les autres cas. En effet, l’hydrolyse de phosphoesters par des acide phosphatases est réalisée par un mécanisme en deux étapes. La première présentant un intermédiaire covalent phosphoryl-enzyme ; tandis que la deuxième correspond à un intermédiaire non covalent enzyme-phosphore inorganique (E-Pi).

Malgré l’abondance des phosphatases présentées auparavant, ces enzymes sont incapables de déphosphoryler l’acide phytique (myo-inositol hexakisphosphate) , substrat d’intérêt actuel tant du point de vue industriel comme environnemental.

Dans sa forme basique, le phytate, est la plus abondante source de phosphate chez les plantes, constituant plus de 80 % du total du phosphore dans les céréales et les légumes. Puisque l’hydrolyse du phytate est de grande importance dans les systèmes biologiques, la nature s’est occupée de développer un type d’enzyme spécifique, les phytases, capable de déphosphoryler ce type de substrat.

Les phytases sont très répandues dans la nature, tant chez les micro-organismes, chez les plantes, ainsi que dans certains tissus des animaux.

Pour le cas de micro-organismes, la production de phytases a été observée dans des bactéries comme Bacillus subtilis, Pseudomonas sp. ainsi que chez Escherichia coli ; dans des levures comme Schwanniomyces castellii et Saccharomyces cerevisiae ; ainsi que dans des champignons comme Aspergillus ficuum, Aspergillus terreus (2) et autres.

Le rôle des phytases dans chacun de ces organismes est différent. Chez les plantes, les phytases sont responsables de la libération de phosphore inorganique (Pi) pendant la germination des semences (les réserves de phosphore dans les semences sont sous forme de phytate) (3), ainsi que la production du myo-inositol libre (non phosphaté) qui est un important facteur de croissance. D’autre part, l’hydrolyse du phytate libère aussi de cations qui pourraient être liés au phytate par chélation dû à sa grande charge négative.

Des molécules similaires au phytate de bas poids moléculaire sont aussi impliquées dans de différents mécanismes intracellulaires, tel est le cas du myo-inositol triphosphate qui est en fait un important messager secondaire impliqué dans l’ouverture de canaux calcium (4), ainsi que dans la transduction des signaux chez les cellules d’origine végétale (5) .

Chez les micro-organismes, les phytases sont plutôt synthétisées comme réponse à une manque de phosphate ; ainsi la déphosphorylation du phytate devient une source riche en phosphore inorganique.

Pour le cas des cellules animales, le rôle des phytases reste encore obscure ; toutefois, une enzyme similaire, la multiple inositol polyphosphate phosphatase(MIPP) a la capacité de réguler les activités cellulaires des acides phytiques et les Ins(1,3,4,5,6)P (5).

Finalement, l’importance de ces enzymes tant au niveau industriel comme environnementale provient du fait que les animaux monogastriques comme les cochons, les poissons, les volailles, et l’homme inclus, ne les possèdent pas. Ceci implique que le phytate, provenant des céréales comme la soja et autres, ne représentent pas de sources de phosphore pour ces animaux, raison pour laquelle il faut introduire du phosphore inorganique dans sa diète alimentaire. Une manière de transformer le phytate en une source de phosphore est l’introduction de phytases comme constituant des aliments, en éliminant de cette façon la nécessité d’ajouter du phosphore inorganique, mais surtout en diminuant la quantité de phosphore dans les déchets utilisés comme fertilisant, dont l’excès est responsable de la pollution des rivières, lacs et autres.



figure 1 : Structure de l’acide phytique représentant les six phosphates avec les différentes possibilités d’interagir tant avec des cations métalliques comme avec des résidus des protéines.