Acide isocitrique

Définition

L'acide isocitrique est un composé solide incolore soluble dans l'eau. Cet acide conjugué d'un isocitrate a un rôle de métabolite fondamental. C'est un acide tricarboxylique et un alcool secondaire. L'acide isocitrique est un isomère structurel de l'acide citrique qui intervient dans le cycle de Krebs, obtenu par hydratation de l'acide cis-aconitique par l'aconitase. Les sels d'acide isocitrique sont les isocitrates.

La structure de l'acide isocitrique :

Le nom IUPAC de l'acide isocitrique est l'acide 1-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylique. Sa formule chimique est HOOC-CH₂-CH(COOH)-CHOH-COOH. La base conjuguée isocitrate est un substrat du cycle de l'acide citrique.

Explications

L'acide isocitrique est un acide tricarboxylique qui est le propane-1-ol avec un hydrogène à chacune des 3 positions de carbone remplacé par un groupe carboxy.

L'acide isocitrique est un produit naturel présent dans Cannabis sativa, Chlamydomonas reinhardtii et d'autres organismes pour lesquels des données sont disponibles.

L'acide iso-citrique appartient aux acides tricarboxyliques en raison des trois groupes carboxy (–COOH). En raison du groupe hydroxyle (–OH) à la position 2 de la chaîne carbonée, c'est aussi un acide hydroxycarboxylique. L'acide isocitrique se distingue de l'acide citrique par la position du groupe hydroxyle à 2, tandis que celle de l'acide citrique est à la position 3.

La molécule est chirale et a deux stéréocentres substitués différents, il y a donc quatre stéréoisomères distinguables. L'acide L-thréo-isocirrique naturel peut également être considéré comme de l'acide (1S,2R)-isocitrique.

Utilisation

L'acide isocitrique est un acide carboxylique couramment utilisé comme marqueur pour déterminer la qualité ou juger de l'authenticité des jus de fruits, le plus souvent des jus d'agrumes. Par exemple dans le jus d'orange, le rapport acide citrique/acide D-isocitrique est généralement inférieur à 130. Une valeur supérieure à 130 est généralement indicative d'une adultération. Le dépassement de la valeur 130 peut indiquer le fait d'une falsification du jus d'orange par l'ajout de lavage de la pulpe, de jus étrangers, de sirops de maïs, de betterave sucrière ou de sucre de canne, ainsi que des tentatives de faire passer le jus récupéré du concentré pour du jus d'orange naturel.

⭐ Étant un isomère structurel de l'acide citrique (acide 3-carboxy-3-hydroxypentanodioique), qui est un acide tricarboxylique organique faible qui est présent dans la plupart des fruits (en particulier les agrumes), l'acide isocitrique est un bon conservateur et antioxydant naturel qui est principalement utilisé comme additif alimentaire ou comme marqueur de qualité.

Production

Avec l'aide de la levure Yarrowia lipolytica, un mélange d'isocitrate (1S,2R) avec du citrate peut être produit avec de l'huile de tournesol raffinée. Après filtrage, le mélange peut être séparé par estérification par électrodialyse, où l'ester d'acide citrique cristallise et l'ester d'acide isocitrique reste liquide.

Isocitrate

L'isocitrate est un anion, une forme déprotonée d'acide isocitrique, un isomère structurel du citrate, est un substrat du cycle de l'acide tricarboxylique. L'isocitrate est formé à partir de citrate par l'enzyme aconitase, puis pénètre dans l'enzyme isocitrate déshydrogénase, où il subit une décarboxylation oxydative et est converti en α-cétoglutarate. Contrairement au citrate, la structure de l'isocitrate est plus sollicitée, ce qui facilite grandement son oxydation.

Le L-thréo-isocitrate est un produit intermédiaire dans le cycle de l'acide citrique.

L'isocitrate est obtenu au cours de la voie métabolique de l'acide citrique, dans laquelle les enzymes mitochondriales sont principalement utilisées. La première étape est la fusion du groupe acétyle de l'acétyl-CoA avec un oxaloacétate, un processus catalysé par l'enzyme citrate synthase. L'ajout de chaleur permet l'obtention de citrate, c'est alors lorsqu'il est isomérisé par déshydratation vers l'isocitrate, il s'agit d'un processus en deux étapes dans lequel une molécule d'eau est d'abord éliminée puis ajoutée à nouveau.

Une fois l'isocitrate synthétisé, il va s'oxyder pour donner naissance au α-cétoglutarate. Le groupe hydroxyle de l'isocitrate est oxydé en groupe carbonyle avec la perte correspondante de deux atomes d'hydrogène et d'une paire d'électrons, une paire qui est reçue et transportée par la coenzyme NAD+ (qui est réduite pour donner naissance à la coenzyme NADH), au moyen de l'action de l'enzyme isocitrate déshydrogénase. Par conséquent, la liaison avec le groupe carbonyle central est affaiblie et la molécule perd ce groupe sous forme de CO₂. Le produit obtenu est le α-cétoglutarate, également appelé oxalosuccinate.

⭐ L'acide isocitrique (ICIT) est ensuite converti en acide α-cétoglutarique (αKG) ou en 2-oxoglutarate (2 KG) par la réaction catalysée par l'isocitrate déshydrogénase (ICDH) (thréo-Ds-isocitrate : NADP oxydoréductase, EC 1.1.1.42).

Physiologie

(1S,2R)-iso-citrate est l'intermédiaire dans différents métabolismes chez tous les êtres vivants. Par exemple, dans le cycle de l'acide citrique à l'aide de l'aconitase, il se forme à une faible concentration à partir de citrate (via le cis-aconitate comme intermédiaire).

L'acide isocitrique existe en quatre isomères et est une molécule chirale, et a donc deux énantiomères de chacun des isomères.

L'isocitrate est ensuite traité :

• par l'isocitrate déshydrogénase dans l'acide α-cétoglutarique, dans le cycle du citrate;
• en utilisant l'isocitrate lyase dans le glyoxylate et l'acide succinique, dans le cycle des glyoxylates chez les bactéries et dans les peroxysomes chez les plantes, les champignons, les algues et les protozoaires;
• dans le 2-caffeoylisocitrate, catalysé par une enzyme spécifique chez les espèces d'Amaranthus.

En détails

L'acide isocitrique (l'isomère (-)-d-thréo) est synthétisé par toutes les cellules car il s'agit d'un intermédiaire du cycle de l'acide citrique. L'acide isocitrique est synthétisé à partir de l'acide citrique via l'acide cis-aconitique intermédiaire par l'enzyme aconitase (aconitate hydratase). L'acide isocitrique est un acide organique mineur présent dans la plupart des jus de fruits, en particulier dans les mûres, les jeunes baies et les myrtilles, et dans les légumes, en particulier dans la carotte. Le dosage de l'acide d-isocitrique est devenu important dans l'analyse des jus de fruits pour la détection d'additifs illégaux (falsification). Les quantités d'acides citrique et isocitrique étant corrélées dans les jus de fruits, un rapport trop élevé d'acide citrique sur isocitrique indique l'ajout d'acide citrique.

L'acide isocitrique est principalement utilisé dans l'industrie alimentaire (additif alimentaire) comme acidulant alimentaire, et en raison d'être une molécule chirale, l'acide isocitrique est utilisé dans l'industrie pharmaceutique et comme matière première potentielle pour la synthèse de produits chimiques coûteux.

L'acide isocitrique racémique a été préparé pour la première fois par Fittig et Miller en 1889 par condensation de chloral avec du succinate de sodium en présence d'anhydride acétique et par l'hydrolyse ultérieure de l'acide trichlorométhylparaconique résultant en acide isocitrique; celle-ci est isolée sous forme de lactone.

La formation d'acide citrique et isocitrique par des levures utilisant diverses sources de carbone a fait l'objet d'études au cours des quatre dernières décennies. La plupart des recherches étaient dirigées vers la production d'acide citrique tandis que l'acide isocitrique était considéré comme un sous-produit indésirable. Y. (Saccharomyces ou Candida) lipolytica, plusieurs espèces de Candida, Pichia polymorpha et Hansenula pelliculosa sont des exemples de levures qui sont capables de produire différents rapports et quantités d'acide citrique/acide isocitrique en utilisant diverses sources de carbone, telles que l'hexadécane, le tétradécane, le glucose, les n-paraffines, l'acétate de calcium, le butyrate de calcium, l'huile de soja, l'huile de poisson, l'huile de canola, l'éthanol et le glycérol.

Les conditions de fermentation, le type de source de carbone et l'organisme utilisé déterminent la quantité d'acide isocitrique formé. Il a été rapporté qu'avec Y. lipolytica cultivé sur de l'huile de canola, jusqu'à environ 75 g/L d'acide isocitrique et 110 g/L d'acide citrique ont été produits. On peut s'attendre à ce qu'une augmentation de la synthèse d'acide isocitrique, aux dépens de l'acide citrique, puisse être obtenue chez un mutant de Y. lipolytica ayant une activité amplifiée de l'aconitase. Cette souche pourrait alors être utilisée plus économiquement que la souche sauvage, pour la production commerciale d'acide isocitrique.

La séquence complète du génome de Y. lipolytica a été déterminée et ouvre le potentiel d'utilisation de cette levure pour produire des acides spécifiques (i.e., isocitriques) à haute productivité.

En rapport avec "acide isocitrique"

• acide citrique

  

  L'acide citrique désigne un acide organique tricarboxylique avec un alcool tertiaire, premier maillon du cycle de Krebs ou cycle de l'acide citrique.

• aconitase

  

  Une aconitase informe qu'une enzyme, du cycle de Krebs, transforme le citrate en cis-aconitate par déshydratation, puis le cis-aconitate en isocitrate...

• citrate

  

  Le citrate est un sel ou un ester de l'acide citrique organique présent dans le citron (et autres agrumes).

• cycle de Krebs

  

  Le cycle de Krebs est une série de réactions chimiques dans les mitochondries. Cette voie métabolique avec un acide comme l'acide citrique (ou tricarboxylique)...