L-DOPA et Dopamine

La L-DOPA est une de ces petites molécules d’une trompeuse simplicité qui conditionne nombre de processus biologiques. Précurseur de plusieurs neuromédiateurs, cette catécholamine fonctionnalisée est utilisée comme supplément alimentaire, comme médicament, comme base de polymères adhésifs protéiniques imités de ceux produits par les moules de bouchot, et dont les applications sont multiples… La L-DOPA ou (S) 3,4-dihydroxyphénylalanine, est un composé optiquement actif, l’isomère D est peu actif biologiquement

La L-DOPA est biosynthétisée par hydroxylation enzymatique en position méta de la L-tyrosine ; sa décarboxylation conduit à la dopamine, précurseur de la noradrénaline puis de l’adrénaline (cf. Adrénaline), tous importants neurotransmetteurs. En 2001, le chimiste William S. Knowles reçut le Prix Nobel de Chimie, pour ses travaux sur les réactions d’hydrogénation catalytique, dont un exemple connu est la synthèse énantiosélective du L-DOPA.

Mais c’est dans les années 50 que le suédois Arvid Carlsson (Prix Nobel de Physiologie ou Médecine 2 000) observa que l’administration de la L-DOPA à des animaux atteints de symptômes parkisoniens en réduisait l’intensité. Cette observation ouvrit la voie au traitement de la maladie de Parkinson, malgré des effets secondaires, dont certains sont sérieux lorsque la L-DOPA est prescrite à fortes doses et durant de longues périodes. Sa toxicité serait liée à la formation, par auto-oxydation, de quinones, entraînant la mort des cellules mésencéphaliques.

Cette maladie neurodégénérative, décrite par James Parkinson dès 1817, se traduit notamment par des troubles moteurs comme des tremblements incontrôlables. Sa prévalence en Europe est de l’ordre de 2 pour 1 000 ; elle atteint plus les hommes que les femmes, et les pesticides pourraient être à l’origine d’une prévalence plus marquée (5/1 000) chez les agriculteurs. Le pape Jean-Paul II en était atteint.

L’anti-inflammatoire ibuprofène (cf. [Profènes->345]) en diminuerait les symptômes, ainsi que l’apomorphine (cf. Morphine), par administration de L-DOPA, qui reste le principal traitement. En effet, au contraire de la dopamine, elle traverse la barrière hémato-encéphalique, permettant l’augmentation de la concentration en dopamine active dans la maladie de Parkinson et dans certaines dystonies (troubles neurologiques responsables de contractions musculaires, soit héréditaires ou causés par divers traumatismes, y compris des empoisonnements (au plomb, au manganèse… ou médicamenteux) ou liés à diverses addictions).

La dopamine et ses récepteurs

Synthétisée dès 1910, par Georges Barger et James Ewens, la dopamine est une neurohormone produite par l’hypothalamus. Sa principale fonction est d’inhiber la libération de prolactine, protéine qui intervient dans la sensation de bien-être et la libido, voire comme aphrodisiaque (cf. Viagra). L’émotion ressentie devant une œuvre d’art est due à la sécrétion de dopamine, ce que la pratique régulière d’un sport permet aussi d’augmenter.

Mais c’est surtout un neurotransmetteur, qui, bien que très minoritaire dans le cerveau (la dopamine, la noradrénaline et la sérotonine ensemble concernent moins de 1% des neurones), joue un rôle modulateur final des sorties motrices et psychiques essentielles, en activant les récepteurs dopaminergiques post-synaptiques.

On connait actuellement cinq types de récepteurs de la dopamine, codés par cinq gènes différents. Ce sont tous des récepteurs, comme le récepteur GABAB, couplés à des protéines G (RCPG), formés par des protéines comportant 7 hélices transmembranaires. Comme nous le savons (cf. [GABA->350]), ce type de récepteur réagit lentement et le plus souvent ne produit pas de courant post-synaptique mesurable in vitro. Ils sont là pour moduler l’activité des neurones post-synaptiques en modifiant leur mode de traitement de l’information.

L-DOPA, dopamine et polymères

Les graines d’une légumineuse tropicale, fixatrice d’azote, Mucunia pruriens, aux nombreux noms communs et aux multiples usages, contiennent de grandes quantités de L-DOPA. Elle est utilisée comme plante fourragère, comme ersatz de café (cf. Caféine), aphrodisiaque (médecine Ayurvedic), antagoniste des venins de serpent (cf. Venins et Toxines), mais aussi comme antidépresseur et comme psychoactif, et bien sûr dans la maladie de Parkison. Les jeunes plants arborent des poils violemment urticants.

La L-DOPA, par le biais notamment des dopaquinones, est à l’origine de macromolécules naturelles, les mélanines, pigments responsables de la coloration de la peau, des cheveux, des yeux, etc. chez l’Homme, mais également dans les plantes, chez les oiseaux, et jusqu’aux protozoaires. Son mécanisme de formation est relativement complexe (il existe des mélanines artificielles, structurellement différentes). Son rôle est multiple : protection pigmentaire contre les UV ; effet sur l’apparence physique, et influence en conséquence sur la société humaine ; apparition des cheveux blancs ou canitie (héréditaire) ; grains de beauté, tâches de son et tâches de vieillesse… La mélanine peut se comporter comme un anti-oxydant, à l’origine de la formation de mélanomes (cancers de la peau), voire de dégénérescence maculaire.

La L-DOPA réserve d’encore plus surprenantes propriétés ! La force d’adhésion des moules, à l’origine de la technique d’élevage sur bouchot, a intrigué de longue date les scientifiques et même Aristote. Ces biofilms fortement adhésifs, même en milieu aqueux, sont des polypeptides incluant des quantités importantes de L-DOPA : les groupes catéchol (3,4-dihydroxybenzène) de la L-DOPA, oxydables en ortho-quinones qui subissent facilement un couplage oxydant, conduisent à la réticulation des chaines peptidiques. Insolubles dans la plupart des solvants usuels, ils offrent pour Mytilus edulis (la moule bleue) une force d’adhésion jusqu’à 800 000 N/m2 sur des surfaces polaires et 30 000 N/m2 sur des surfaces non-polaires.

Ce « mastic » naturel a de multiples applications : biocompatible, il est expérimenté pour réparer les membranes fœtales, en chirurgie pour remplacer le catgut, et a ouvert la route à la synthèse d’un gel adhésif auto-réparant.

Pensée du jour
« À la pêche aux moules, moules, moules… on n’est pas au bout de ses surprises !
 »

Sources

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