Interactions entre homéostasie redox et toxicité des métaux
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p h o to c o p ie n o n
a u to r is é e e s t u n
d é lit
Mais le rôle des métaux ne se limite pas à la seule stimulation des conditions
de stress. Le zinc est souvent présenté comme un élément anti-oxydant. Cette
action se produit par des mécanismes directs, comme la protection de sites réactifs sur les macromolécules biologiques ou la sauvegarde d’activités enzymatiques
dépendantes du zinc, ou indirects en agissant sur des voies de signalisation et de
réparation.
2.
Comportement cellulaire en présence
de métaux toxiques
2.1. Définition métal essentiel - métal toxique
Un métal essentiel est indispensable aux cellules considérées et il doit être
biodisponible. Les métaux les plus communs appartiennent à cette catégorie de
par leur rôle irremplaçable au site actif d’enzymes ou dans d’autres fonctions.
Ces cations ne peuvent pas traverser les membranes biologiques par diffusion et
leur trafic dépend donc de nombreux transporteurs, pompes ou canaux ioniques.
Les cations alcalins, type sodium et potassium, ainsi que les anions monochargés
comme le chlorure et le bromure ne sont pas associés en solution (c’est l’un des
cas où il est possible de parler d’ions libres). Ils créent ainsi des potentiels électrochimiques de part et d’autre des membranes à l’origine de leur rôle biologique
(contraction musculaire, transmission de l’influx nerveux...). Les ions bichargés
alcalino-terreux, calcium et magnésium, sont soit sous forme hydratée, soit sous
forme liée à diverses biomolécules organiques, mais les ions des métaux de transition comme le cuivre, le fer ou le manganèse sont essentiellement liés. Le zinc
partage les propriétés de ces deux dernières catégories et intervient dans une
multitude de fonctions biologiques. Les cellules vivantes ont donc besoin d’une
concentration minimale de ces métaux essentiels (très variable d’un élément et
d’un organisme à l’autre), mais un fort excès ou un défaut peut devenir délétère
(voir plus loin). Les effets décrits ici s’apparentent au phénomène d’hormèse,
assez largement connu et débattu en Toxicologie, mais dont la généralité, quant au
comportement des cellules vis-à-vis d’éléments traces, n’est pas toujours perçue.
Ainsi, la déficience, ou bien l’excès, d’un métal essentiel se traduit par des manifestations pathologiques mentionnées dans le paragraphe 4.2.
Les métaux, qui ne sont pas nécessaires aux cellules, possèdent certaines
propriétés qui ressemblent à celles de métaux essentiels et leur permettent d’interagir avec le fonctionnement des cellules. Ainsi l’ion thallium monovalent entre
en compétition avec l’ion potassium, le cadmium avec le calcium, le zinc ou le fer
suivant les circonstances. Les mécanismes de toxicité sont variés et ne se limitent
pas aux seuls effets de mimétisme entre métaux essentiels et toxiques. Ils sont
souvent associés à la perturbation de l’homéostasie redox et ils sont sensibles au
statut des cellules vis-à-vis de métaux essentiels (cf. paragraphe 4).
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Mais le rôle des métaux ne se limite pas à la seule stimulation des conditions
de stress. Le zinc est souvent présenté comme un élément anti-oxydant. Cette
action se produit par des mécanismes directs, comme la protection de sites réactifs sur les macromolécules biologiques ou la sauvegarde d’activités enzymatiques
dépendantes du zinc, ou indirects en agissant sur des voies de signalisation et de
réparation.
2.
Comportement cellulaire en présence
de métaux toxiques
2.1. Définition métal essentiel - métal toxique
Un métal essentiel est indispensable aux cellules considérées et il doit être
biodisponible. Les métaux les plus communs appartiennent à cette catégorie de
par leur rôle irremplaçable au site actif d’enzymes ou dans d’autres fonctions.
Ces cations ne peuvent pas traverser les membranes biologiques par diffusion et
leur trafic dépend donc de nombreux transporteurs, pompes ou canaux ioniques.
Les cations alcalins, type sodium et potassium, ainsi que les anions monochargés
comme le chlorure et le bromure ne sont pas associés en solution (c’est l’un des
cas où il est possible de parler d’ions libres). Ils créent ainsi des potentiels électrochimiques de part et d’autre des membranes à l’origine de leur rôle biologique
(contraction musculaire, transmission de l’influx nerveux...). Les ions bichargés
alcalino-terreux, calcium et magnésium, sont soit sous forme hydratée, soit sous
forme liée à diverses biomolécules organiques, mais les ions des métaux de transition comme le cuivre, le fer ou le manganèse sont essentiellement liés. Le zinc
partage les propriétés de ces deux dernières catégories et intervient dans une
multitude de fonctions biologiques. Les cellules vivantes ont donc besoin d’une
concentration minimale de ces métaux essentiels (très variable d’un élément et
d’un organisme à l’autre), mais un fort excès ou un défaut peut devenir délétère
(voir plus loin). Les effets décrits ici s’apparentent au phénomène d’hormèse,
assez largement connu et débattu en Toxicologie, mais dont la généralité, quant au
comportement des cellules vis-à-vis d’éléments traces, n’est pas toujours perçue.
Ainsi, la déficience, ou bien l’excès, d’un métal essentiel se traduit par des manifestations pathologiques mentionnées dans le paragraphe 4.2.
Les métaux, qui ne sont pas nécessaires aux cellules, possèdent certaines
propriétés qui ressemblent à celles de métaux essentiels et leur permettent d’interagir avec le fonctionnement des cellules. Ainsi l’ion thallium monovalent entre
en compétition avec l’ion potassium, le cadmium avec le calcium, le zinc ou le fer
suivant les circonstances. Les mécanismes de toxicité sont variés et ne se limitent
pas aux seuls effets de mimétisme entre métaux essentiels et toxiques. Ils sont
souvent associés à la perturbation de l’homéostasie redox et ils sont sensibles au
statut des cellules vis-à-vis de métaux essentiels (cf. paragraphe 4).