hormones - chimie.

hormones - chimie. 1 PRÉSENTATION hormones, substances qui régulent, chez les animaux et les plantes, de nombreux processus physiologiques tels que la croissance, le métabolisme, la reproduction et le fonctionnement de divers organes. Les hormones sont produites dans une ou plusieurs parties de l'organisme (les glandes endocrines chez les animaux), puis transportées par le système vasculaire (par le sang chez les animaux et la sève chez les végétaux) jusqu'aux cellules, tissus ou organes cibles : elles ont donc la particularité de pouvoir agir à distance du lieu de leur production (voir Endocrinien, système). Les hormones sont des substances capables de produire leurs effets à des concentrations extrêmement faibles. Chez les animaux, leur distribution par l'intermédiaire du flux sanguin conduit à une réponse plus lente qu'une réaction nerveuse, mais dont la durée peut être supérieure. Bien que leur existence soit connue depuis les années 1850, le terme hormone (du grec hormân, « exciter «) n'a été proposé qu'au début du XXe siècle, en 1905, par Bayliss et Starling. 2 HORMONES ANIMALES Les principaux organes impliqués dans la production d'hormones sont l'hypophyse, la thyroïde, les parathyroïdes, les surrénales, le pancréas, les gonades ou glandes reproductrices, le placenta ( voir Reproducteur, appareil ; Foetus) et, dans certaines conditions, la muqueuse de l'intestin grêle. Les hormones animales peuvent être des protéines (insuline, hormone de croissance), des peptides de petite taille (vasopressine), des dérivés d'acides aminés (adrénaline) ou encore des stéroïdes (oestradiol, testostérone, etc.). 2.1 Hormones hypophysaires L'hypophyse comporte trois parties : le lobe antérieur, le lobe intermédiaire, non fonctionnel ou absent chez l'être humain, et le lobe postérieur. Le lobe antérieur est souvent considéré comme la clef de voûte du système endocrinien, car son action influence toutes les autres glandes endocrines. Il contrôle la croissance du squelette, régule le fonctionnement de la thyroïde, influe sur l'action des gonades et des glandes surrénales, produit des substances qui interagissent avec celles sécrétées par le pancréas et influence les glandes parathyroïdes. Il sécrète aussi la prolactine, une hormone stimulant la production de lait par les glandes mammaires, sauf quand elle est inhibée par la sécrétion de progestérone du placenta, ainsi que l'intermédine, une hormone qui stimule les mélanocytes, les cellules productrices de pigments. Les hormones produites ou stockées dans le lobe postérieur agissent en faisant augmenter la pression sanguine, en évitant une sécrétion excessive d'urine (vasopressine, ou hormone antidiurétique) et en stimulant la contraction du muscle utérin (ocytocine). Plusieurs des hormones hypophysaires ont des effets qui s'opposent à ceux d'autres hormones. L'une d'elles, par exemple, l'ACTH, a un effet diabétogène qui inhibe l'effet de l'insuline. 2.2 Hormones thyroïdiennes et parathyroïdiennes Les hormones thyroïdiennes stimulent le métabolisme général. Elles accroissent l'activité de divers organes, en particulier celle du système nerveux central ( voir Cerveau). La sécrétion hormonale thyroïdienne est principalement contrôlée par le lobe antérieur de l'hypophyse, mais est aussi influencée par les hormones ovariennes. L'hormone sécrétée par les parathyroïdes, la parathormone, contrôle la concentration en calcium et en phosphate du sang. 2.3 Hormones surrénales Les glandes surrénales sont formées de deux parties, la corticosurrénale et la médullosurrénale. La corticosurrénale produit des hormones contrôlant la concentration en sels minéraux et en eau des liquides corporels. Ces hormones, essentielles au maintien de la vie, interviennent également dans le métabolisme des sucres. La corticosurrénale sécrète également des hormones affectant les caractères sexuels secondaires. La médullosurrénale, fonctionnellement et embryologiquement indépendante de la partie corticale, produit l'adrénaline, qui accroît le taux de glucose sanguin, stimule le système circulatoire et le système nerveux sympathique ( voir Nerveux, système). Elle libère également de la noradrénaline (voir Neurophysiologie). 2.4 Hormones gonadiques Les gonades, sous l'influence du lobe antérieur de l'hypophyse, sécrètent des hormones impliquées dans le contrôle du développement des organes sexuels et des divers processus de la reproduction sexuée. Ainsi, les hormones sécrétées par les testicules contrôlent la production du sperme et l'apparition des caractères sexuels secondaires chez l'homme (voir Androgènes ; Testostérone). Les hormones sécrétées par les ovaires sont principalement produites par les follicules ovariens ; elles sont appelées oestrogènes, et sont synthétisées par les cellules de la granulosa. Elles comprennent l'oestradiol, l'hormone la plus importante, et l'oestrone (ou folliculine), apparentée chimiquement à l'oestradiol, dont l'action est similaire, mais moins puissante. Les oestrogènes interagissent avec les hormones du lobe antérieur de l'hypophyse afin de contrôler le cycle de l'ovulation. Au cours de ce cycle, le follicule se transforme en corps jaune, qui produit de la progestérone. Cette dernière prépare, entre autres, la muqueuse utérine à l'éventuelle nidation de l'embryon. À la fin du cycle, si l'ovule n'a pas été fécondé, le corps jaune régresse et les menstruations (saignement de la muqueuse utérine) apparaissent. En revanche, s'il y a fécondation puis nidation, le corps jaune se maintient. La progestérone contribue alors au maintien de la grossesse, au cours de laquelle elle est également synthétisée en grandes quantités par le placenta. Avec les oestrogènes, elle provoque le développement des glandes mammaires et commande à l'hypothalamus d'inhiber la sécrétion de prolactine par l'hypophyse. Diverses hormones similaires à la progestérone sont utilisées comme contraceptifs oraux afin d'inhiber l'ovulation. Le placenta sécrète aussi la gonadotrophine chorionique, dont le rôle est d'inhiber l'ovulation. Cette hormone, similaire à une hormone hypophysaire, est présente dans le sang. Elle est à la base de certains tests de grossesse (voir Naissances, contrôle des). 2.5 Hormones de l'intestin grêle Un groupe particulier d'hormones est sécrété par la muqueuse de l'intestin grêle. Ces hormones coordonnent les activités digestives et contrôlent la mobilité du pylore, du duodénum, de la vésicule biliaire et du canal biliaire. Elles stimulent également les sécrétions exocrines et endocrines du pancréas, de même que la libération de sucs digestifs dans l'intestin grêle et de bile par le foie. La gastrine est produite par l'estomac. Elle est libérée dans le sang par l'intermédiaire d'influx nerveux déclenchés par la déglutition ou par la présence de nourriture dans la cavité stomacale. Elle stimule la sécrétion de pepsine, une enzyme qui fragmente les protéines, et d'acide chlorhydrique. Elle provoque les contractions de la paroi gastrique et stimule la sécrétion d'insuline par le pancréas et de bile par le foie. Voir Digestif, appareil. 2.6 Hormones pancréatiques Le pancréas sécrète au moins deux hormones, l'insuline et le glucagon, qui régulent le métabolisme des glucides (voir Sucre, métabolisme du). La composition de l'insuline a été déterminée en 1965, tandis que celle du glucagon a été découverte en 1968. 3 HORMONES VÉGÉTALES Synthétisées en très petites quantités à un endroit donné de la plante, ces hormones, ou facteurs de croissance végétaux, circulent ensuite dans l'ensemble du végétal. Contrairement aux hormones animales, toutes, sans exception, sont de petites molécules qui peuvent traverser la paroi cellulaire. Une même hormone peut avoir des effets différents selon la nature du tissu sur lequel elle agit. Les deux principales hormones des végétaux sont les auxines et les gibbérellines. 3.1 Auxines L'acide indole-acétique, généralement baptisé du nom générique d'auxine (du grec auxè, « croissance «), est le plus important. C'est une hormone de croissance dont l'existence n'a été mise en évidence qu'en 1928. Sa formule chimique est relativement simple. Elle est fabriquée dans l'extrémité des tiges en croissance à partir d'un acide aminé, le tryptophane. L'auxine migre ensuite depuis les tiges jusqu'aux racines. Le long des tiges, elle favorise l'allongement des cellules et la différenciation des tissus conducteurs des tiges. Dans les racines, en revanche, son action inhibe l'allongement, mais favorise la formation de nouvelles racines. Par ailleurs, elle retarde la chute (ou abscission) des fleurs, des fruits et des feuilles. Les auxines dans leur ensemble, qui agissent en très faibles quantités, sont toxiques à forte dose. 3.2 Gibbérellines Les gibbérellines ont été découvertes en 1926 chez un champignon parasite du riz, Gibberella fujikuroi. Ce champignon sécrète une substance qui provoque le gigantisme de son hôte. Des substances analogues ont ensuite été mises en évidence chez les plantes à fleurs. On connaît actuellement une trentaine de gibbérellines qui sont, du point de vue chimique, plus complexes que l'auxine. Elles contrôlent l'allongement des tiges et participent à la germination des graines. Elles y déclenchent en effet la production des enzymes nécessaires à l'hydrolyse de l'amidon en sucres simples, destinés à nourrir la plantule. 3.3 Autres hormones Parmi les autres hormones végétales, les cytokinines, par exemple, favorisent l'extension du végétal en activant les bourgeons latéraux et en induisant la formation de nouveaux bourgeons. Elles s'opposent à l'action d'allongement de l'auxine. Par ailleurs, les végétaux produisent de l'éthylène, qui contribue à la maturation des fruits et à leur chute. Celle-ci est également stimulée par l'acide abscissique, dont le rôle principal est d'être un inhibiteur de la croissance et du développement. 3.4 Hormones de synthèse On trouve dans le commerce des préparations à base d'auxine de synthèse, qui facilitent le bouturage et l'enracinement, même sur des végétaux comme les conifères, chez lesquels le bouturage était autrefois impossible. Les auxines de synthèse, souvent différentes de l'auxine naturelle, sont dangereuses quand elles sont employées inconsidérément. C'est le cas du 2,4-D (acide 2,4 dichlorophénoxyacétique), utilisé comme désherbant. Son emploi est interdit dans les régions viticoles, la vigne y étant particulièrement sensible. Le 2,4,5-T (acide trichlorophénoxyacétique) est également un herbicide de synthèse. Ces deux produits, qui ont été massivement utilisés comme défoliants durant la guerre du Viêt Nam, ont provoqué des dégâts considérables dans la végétation. 4 MODE D'ACTION DES HORMONES Chez les animaux, les hormones, une fois libérées dans le flux sanguin, sont liées à des protéines plasmatiques spécifiques qui assurent leur transport, empêchent leur dégradation ou leur absorption immédiate par les tissus, leur permettant de n'agir que là où elles sont nécessaires. Les cellules des tissus cibles possèdent des récepteurs membranaires qui « piègent « sélectivement les hormones qui leur sont destinées. Chez les végétaux, les hormones, ou facteurs de croissance, peuvent agir soit dans les cellules adjacentes aux cellules productrices, soit à distance, transportées par la sève. L'auxine, quant à elle, diffuse dans tout le végétal en passant de cellule en cellule (à la vitesse d'environ 1 cm par heure). Les hormones affectent les tissus cibles selon trois modes d'action. Certaines hormones modifient la perméabilité de la membrane cellulaire externe. C'est ainsi que l'insuline facilite l'absorption du glucose par les cellules musculaires. Chez les plantes, l'auxine, qui contrôle l'allongement des cellules, agit en modifiant la plasticité des parois (ce qui autorise ensuite la modification de la taille de la cellule). D'autres hormones interviennent sur l'activité des enzymes intracellulaires (en rendant le précurseur enzymatique actif ou, au contraire, en inactivant l'enzyme). L'adrénaline, par exemple, qui provient de la glande médullosurrénale, déclenche le fractionnement du glycogène en sucres à six carbones dans le foie et les muscles, en activant l'adényl-cyclase, une enzyme membranaire. Ce processus est rendu possible grâce à l'existence de molécules non hormonales, appelées seconds messagers, situées dans les cellules cibles. Quand les hormones se lient aux récepteurs cellulaires, les seconds messagers sont libérés et, à leur tour, ils inhibent ou stimulent une fonction cellulaire. Le troisième mode d'action des hormones consiste à modifier l'activité de synthèse des cellules (c'est-à-dire à modifier quantitativement l'expression des gènes) en agissant sur le noyau cellulaire. Les récepteurs impliqués sont intracellulaires et peuvent mettre en jeu un second messager. On a ainsi démontré que certaines hormones entraînent une augmentation de la production d'ARN messager (ARNm), à l'origine de la fabrication des protéines ( voir Génétique). C'est probablement de cette façon que, dans les graines, les gibbérellines végétales induisent la synthèse d'enzymes hydrolytiques de l'amidon. L'action des différentes hormones végétales sur leurs cellules cibles est toutefois moins bien connue que celle des hormones animales. 4.1 Pathologies Une déficience ou un excès de sécrétion hormonale entraîne des maladies métaboliques ou des malformations morphologiques qui perturbent l'équilibre essentiel à une bonne santé et à une croissance normale. Dans les cas extrêmes, un tel dérèglement peut même mettre la vie en danger. Les troubles endocriniens les plus connus sont, entre autres, le diabète insulino-dépendant, la tumeur de l'hypophyse, l'hirsutisme. Dans cette dernière affection, une pilosité en des zones normalement glabres chez la femme (barbe, moustaches) est provoquée par l'existence en quantité anormale d'hormones mâles comme la testostérone. De même, si la gynécomastie (développement des glandes mammaires chez le mâle) est banale et régressive chez le nourrisson, c'est, chez l'adulte, une anomalie morphologique se manifestant par une féminisation de la glande mammaire. C'est la conséquence d'un désordre des hormones féminisantes oestrogène et progestérone. Le dysfonctionnement hormonal a des origines diverses : tumeur, insuffisance de sécrétion ou altération des récepteurs spécifiques de l'hormone ou de sa cible, stress nerveux ou encore destruction de l'hormone par un mécanisme auto-immune, phénomène pathologique au cours duquel l'organisme reconnaît par erreur comme étrangers certains de ses propres tissus en élaborant des anticorps pour les détruire. 4.2 Thérapies hormonales Un traitement hormonal consiste à introduire l'hormone manquante dans l'organisme par voie orale, par injection ou par un système de pompe, afin de corriger ou de réguler le fonctionnement de l'organisme. Ce traitement est appelé hormonothérapie de substitution. Il est préconisé dans les cas de déficiences hormonales dont l'origine est physiologique (traitement de la ménopause chez la femme), tumorale (cancer de l'hypophyse) ou métabolique (diabète insulino-dépendant). L'hormonothérapie est curative quand un cancer manifeste une dépendance hormonale : cancer du sein et cancer de la prostate. L'hormonothérapie cancéreuse a été appliquée pour la première fois par C. Huggins au cancer de la prostate, lors de travaux qui lui valurent le prix Nobel de médecine. Les hormones impliquées dans le traitement du cancer de la prostate sont les anti-androgènes. Certains cancers du sein possèdent des récepteurs d'oestrogènes au sein de leurs cellules ; dans ce cas on envisage le contrôle de la tumeur par des anti-oestrogènes. Des dérivés de la progestérone sont utilisés en soins palliatifs pour les patients en phase terminale. 5 GÉNIE GÉNÉTIQUE ET PRODUCTION D'HORMONES À l'aide des technologies du génie génétique, les chercheurs ont développé des méthodes fondées sur l'utilisation de bactéries génétiquement modifiées pour produire l'insuline destinée aux diabétiques ; le gène de l'insuline est alors incorporé au génome bactérien (voir organismes génétiquement modifiés). Des méthodes similaires sont mises en oeuvre pour produire l'hormone de croissance (hormone somatotrope ou somatotrophine), substance destinée à traiter les enfants présentant des troubles de la croissance. L'utilisation de bactéries transgéniques permet de produire de grandes quantités d'hormones en très peu de temps, alors que si l'hormone est extraite de l'hypophyse, une année de traitement nécessite le don post mortem de cinquante hypophyses humaines ! En outre, cette technique fournit une substance « pure «, évitant les éventuelles contaminations par diverses maladies. Le traitement par injection d'hormones de croissance « naturelles « s'est ainsi trouvé à l'origine d'un « scandale «, lorsque l'on s'est aperçu qu'il pouvait transmettre une forme de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (si l'hypophyse provenait d'un individu malade). La recherche médicale fonde beaucoup d'espoirs dans le développement de ces nouvelles techniques, qui permettent une vaste utilisation des hormones. Certains cancers sont déjà partiellement traités par hormonothérapie. Les hormones choisies ont, dans ce cas, un rôle inhibiteur destiné à endiguer la prolifération anarchique des cellules caractéristiques de l'état tumoral.