---

MONOLIGNOLS-LIGNANES-LIGNINES

Gérard Gomez

---

RETOUR AU SOMMAIRE

---

Plan de l'étude :

1) Les monolignols

2) Les lignanes

2-1) Définition et biosynthèse

2-2) Quelques lignanes

2-2-1) Les lignanes dibenzylbutanes

2-2-2) Les lignanes monofuraniques

2-2-3) Les lignanes butyrolactones

2-2-4) Les aryltétralines et les arylnaphtalènes

2-2-5) Les dibenzocyclooctanes

2-2-6) Les lignanes furanofuraniques

2-3) Voies de biosynthèse des entérolignanes

3) Les lignines

---

1) Les monolignols :

Ce sont des composés précurseurs de la lignine, un constituant important de la paroi cellulaire des végétaux dont nous donnerons la structure plus loin dans cet exposé.

Ce sont des dérivés de l'alcool cinnamique :

Les trois monolignols les plus importants sont :

- L'alcool p.coumarylique :

- L'alcool coniférylique :

- L'alcool sinapylique :

Les étapes biochimiques qui conduisent dans la nature aux monolignols à partir de la phénylalanine :

sont les suivantes :

¾ Désamination de la molécule avec formation d'une double liaison

¾ Hydroxylation du cycle benzénique en position para de la chaîne latérale

¾ Thioestérification du groupe carboxyle par le coenzyme A avec formation du p-coumaroyl-CoA :

¾ Réduction de la fonction thioester en aldéhyde (grâce à l'enzyme cinnamoyl-CoA réductase : CCR) puis en alcool (par l'enzyme cinnamylalcool déshydrogénase : CAD), on obtient

l'alcool p.coumarylique

¾ Par introduction d'un ou deux groupements méthoxyle, on obtient

l'alcool coniférylique

et l'alcool sinapylique

Remarque : D'un point de vue structural on voit que ces monolignols qui sont, comme nous l'avons dit, des dérivés de l'alcool cinnamique, ont en commun un squelette 1-phénylpropane :

2) Les lignanes :

2-1) Définition et biosynthèse :

Ce sont des composés naturels dont la molécule dérive de deux unités monolignols.

C'est Haworth qui introduit le premier en 1936 le terme de lignane pour désigner un ensemble de deux molécules ayant un squelette phénylpropane, liées par leurs carbones 8 et 8'.

Ce terme a été étendu par la suite (Otto Richard Gottlieb 1972) aux groupes de deux molécules ayant un squelette phénylpropane mais non liées par leurs carbones 8 et 8' ; il les a qualifiées de néolignanes.

Prenons comme exemple le pinorésinol (C₂₀H₂₂O₆) qui dérive de deux molécules d'alcool coniférylique :

Sa biosynthèse peut se résumer ainsi :

La protéine qui oriente la stéréochimie, appelée protéine directrice (Dirigent Protein en anglais ou DP) est une autre protéine que l'enzyme qui catalyse la réaction. En son absence, il se forme également, après création des radicaux, du (-)-pinorésinol, de l'alcool (±)déhydroconiférylique et des éthers alcools en quantité comparable à celle du (+)-pinorésinol, alors qu'en sa présence ces composés se forment en très petite quantité.

Les lignanes sont assez répandus mais ce sont les graines de sésame et de lin qui en contiennent le plus :

Sésame	1000 à 2000 µg/g
Lin	347 à 1140 µg/g
Carotte	29,3 µg/g
Lentille	19,6 µg/g
Chou-fleur	16,2 µg/g
Ail	10,5 µg/g
Oignon	10,3 µg/g

2-2) Quelques lignanes :

Arboréol - Arctigénine – Calopiptine - Chinensine – Dibenzylbutyrolactol - Entérodiol - Entérolactone - Globoidnane A - Gmélanone - Gmélinol - Gummadiol - Isolaricirésinol – Isootobanone - Laricirésinol – Macélignane - Matairésinol - Pinorésinol – Podophyllotoxine – Secoisolaricirésinol - Sésamine - Stéganacine

On peut classer les lignanes en six groupes :

2-2-1) Les lignanes dibenzylbutanes de structure générale

Exemples :

¾ le macélignane : (C₂₀H₂₄O₄)

Molécule qu'on trouve par exemple dans la noix muscade (Myristica fragrans).

Elle a des propriétés antimicrobiennes et se révèle active contre les caries dentaires notamment dues à Streptococcus mutans.

¾ L'entérodiol : (C₁₈H₂₂O₄)

Un lignane qui se forme dans l'intestin (d'où son nom) ; on le qualifie aussi de lignane mammalien car se formant dans l'organisme des mammifères. C'est un catabolite produit par la flore intestinale à partir de lignanes présents dans la nourriture tels que le sécoisolaricirésinol, le matairésinol, le pinorésinol, le laricirésinol, la sésamine….

L'entérodiol est un phytoestrogène c'est-à-dire un nutriment d'origine végétale (puisque formé à partir de lignanes végétaux) de structure non stéroïdienne capable de se fixer sur le récepteur des oestrogènes.

L'entérodiol peut être converti en entérolactone sous l'effet de bactéries présentes dans l'intestin.

¾ Secoisolaricirésinol (C₂₀H₂₆O₆)

Son diglucoside, un anti-oxydant isolé des graines de lin, est métabolisé dans le corps humain, en secoisolaricirésinol, mais aussi en entérodiol et en entérolactone, des lignanes dits mammaliens, ayant des propriétés de phytoestrogènes :

2-2-2) Les lignanes monofuraniques :

Il en existe de trois types :

• 9-O-9'

• 7-O-9'

• 7-O-7'

Exemples :

¾ le dibenzylbutyrolactol (C₂₃H₂₈O₆), un lignane monofuranique 9-O-9'.

Molécule présente dans Aristolochia peltato-deltoidea une plante que l'on trouve notamment au Brésil.

¾ le laricirésinol (C₂₀H₂₄O₆), un lignane monofuranique 7-O-9'.

On en trouve dans le sésame et les légumes du type Brassica (Crucifères).

C'est un composé de référence dans la purification, l'identification et l'analyse des lignanes phytoestrogènes et des lignanes hétérosides.

Son catabolisme dans l'intestin (action de la flore colique) conduit à l'entérolactone, un lignane mammalien.

¾ La calopiptine : (C₂₁H₂₄O₅), un lignane monofuranique 7-O-7'.

Cette molécule est présente dans Magnolia acuminata, Piptocalyx moorei, Sacoglottis gabonensis.

2-2-3) Les lignanes butyrolactones :

Leur structure :

ou présenté autrement

Exemples :

¾ Entérolactone : (C₁₈H₁₈O₄)

Un lignane qui se forme dans l'intestin (d'où son nom) ; on le qualifie aussi de lignane mammalien car se formant dans l'organisme des mammifères. C'est un catabolite produit par la flore intestinale à partir de lignanes présents dans la nourriture tels que le sécoisolaricirésinol, le matairésinol, le pinorésinol, le laricirésinol, la sésamine qui conduisent à l'entérodiol converti en entérolactone sous l'effet de bactéries présentes dans l'intestin ….

L'entérolactone est un phytoestrogène c'est-à-dire un nutriment d'origine végétale (puisque formé à partir de lignanes végétaux) de structure non stéroïdienne capable de se fixer sur le récepteur des oestrogènes.

¾ Matairésinol (C₂₀H₂₂O₆)

Lignane assez fréquent ; on en trouve dans les graines de lin et de sésame, dans divers légumes et fruits.

C'est un précurseur des lignanes mammaliens (entérodiol et entérolactone).

¾ L'Arctigénine (C₂₁H₂₄O₆)

C'est un lignane que l'on trouve dans certaines plantes de la famille des Asteracea comme la grande Bardane (Arctium lappa L.).

Cette molécule a montré une action anticancer in vivo.

Elle est l'aglycone de l'arctiin :

qui possède les mêmes propriétés anticancer.

2-2-4) Les aryltétralines et les arylnaphtalènes :

Pour les aryltétralines, deux structures :

ou présenté autrement

Structure des arylnaphtalènes :

Exemples :

¾ L'isolaricirésinol (C₂₀H₂₄O₆)

Un lignane de structure aryltétraline.

Le 9'-rhamnopyranoside de ce lignane est l'aviculine,

un produit naturel extrait de Polygonum aviculare une plante médicinale fréquemment employée en médecine traditionnelle coréenne.

¾ L'isootobanone (C₂₀H₁₈O₅)

Molécule de structure aryltétraline, présente dans le bois de cœur du cyprès du Japon (Chamaecyparis obtusa).

¾ La podophyllotoxine (C₂₂H₂₂O₈)

Cette molécule, de structure aryltétraline, existe dans le rhizomes et les racines de certaines espèces de Podophyllum comme Podophyllum hexandrum par exemple que l'on trouve en Inde, en Chine ou dans l'Himalaya.

Elle a des propriétés antitumorales en particulier contre les condylomes.

¾ Chinensine (C₂₁H₁₆O₆)

Un lignane de structure arylnaphtalène présent dans Polygala chinensis et Bupleurum frutiscens.

¾ Globoidnane A (C₂₆H₂₀O₁₀)

Lignane de structure arylnaphtalène présent dans Eucalyptus globoidea un arbre originaire d'Australie.

Cette molécule inhibe l'action de l'enzyme HIV intégrase responsable de l'introduction de l'ADN viral dans l'ADN d'une cellule hôte.

2-2-5) Les dibenzocyclooctanes :

Structure :

Exemples :

¾ La (-)-stéganacine (C₂₄H₂₄O₉)

Cette molécule qui a in vitro des propriétés antimitotiques, est un antileucémique ; elle a été isolée de la steganataenia arcaliacea, une plante à fleurs que l'on trouve dans de nombreux pays d'Afrique équatoriale et que l'on appelle aussi "l'arbre à carottes" car lorsqu'on froisse ses feuilles il se dégage une odeur de carotte.

¾ Gomisine A (C₂₃H₂₈O₇)

Molécule ayant une activité vasodilatatrice.

On la trouve dans Schisandra chinensis, une liane arborescente caduque originaire du Nord-Est de la Chine et de la Mongolie.

2-2-6) Les lignanes furanofuraniques :

Structure :

Exemples :

¾ L'arboréol (C₂₀H₁₈O₈)

qui se transforme par catalyse acide en Gmélanone.

¾ Le Gmélinol (C₂₀H₂₆O₇)

qu'on trouve à l'état naturel dans Gmelina arborea comme la Gmélanone et qui possède des propriétés antifongiques notamment contre Trametes versicolor.

¾ Gummadiol ( C₂₀H₁₈O₈)

Lignane présent à l'état naturel dans Gmelina arborea.

¾ La sésamine (C₂₀H₁₈O₆)

présente dans l'huile de sésame.

Sa dégradation dans l'organisme humain conduit à l'entérolactone un lignane mammalien ayant des propriétés de phytoestrogène.

¾ Le pinorésinol (C₂₀H₂₂O₆) qui dérive de deux molécules d'alcool coniférylique :

On trouve le pinorésinol notamment dans les graines de sésame, mais aussi dans l'huile d'olive, le styrax (arbuste dont la résine constitue le benjoin) ou encore dans Forsythia suspensa.

Sa dégradation dans l'organisme humain conduit à l'entérolactone un lignane mammalien, ayant des propriétés de phytoestrogène.

¾ La Gmélanone (C₂₀H₁₆O₇)

Ce lignane se trouve à l'état naturel dans Gmelina arborea (Inde, Thaïlande, Laos, Cambodge, Vietnam ….).

2-3) Voies de biosynthèse des entérolignanes :

Les entérolignanes ou lignanes mammaliens (essentiellement l'entérodiol et l'entérolactone), se forment dans l'organisme humain par dégradation de lignanes d'origine végétale apportés par la nourriture, essentiellement le pinorésinol et le matairésinol (que l'on désigne de ce fait par lignanes précurseurs des entérolignanes), dans l'intestin, par action d'enzymes bactériennes.

Parmi les voies de biosynthèse connues on trouve celles répertoriées ci-dessous ; les principales enzymes qui interviennent sont citées près des flèches des réactions :

3) Les lignines :

Avec la cellulose et les hémicelluloses, les lignines constituent le troisième type de polymères présents dans les végétaux.

Leur structure, complexe, varie en fonction de l'espèce, de l'âge du végétal et des conditions climatiques.

Les lignines sont des polymères réticulés (structure tridimensionnelle) formé à partir des monolignols.

En fonction de la nature des végétaux, on peut dégager une structure de base des monolignols mis en jeu :

- Pour les plantes annuelles :

c'est-à-dire plutôt des dérivés de l'alcool coumarylique.

- Pour les résineux :

c'est-à-dire plutôt des dérivés de l'alcool coniféryliques.

- Pour les feuillus :

c'est-à-dire plutôt des dérivés de l'alcool sinapylique.

La représentation ci-dessous donne un modèle de la structure de lignine de pin, d'après Adler (1977) :

Insistons sur le fait que la représentation ci-dessus n'est qu'un modèle statistique issu de données analytiques fragmentaires pour le pin ; on ne peut en effet considérer la structure de ce polymère comme résultant de la répétition régulière d'un motif.

La lignine agit comme un ciment entre les fibres du bois et comme élément rigidifiant à l'intérieur des fibres.
Les lignines de feuillus ayant plus de groupements méthoxy, présentent moins de liaisons intermoléculaires (liaisons hydrogène) et sont par conséquent plus facilement dissoutes.