Chapitre 2 : Généralités sur les lipides
Les lipides sont des molécules naturelles, insolubles dans l’eau mais solubles dans certains solvants organiques comme le méthanol, le chloroforme et l’acétone. Certains sont une source d’énergie et de protection thermique (triglycérides) et d’autres sont des constituants membranaires des cellules et organites (phospholipides, sphingolipides et cholestérol).
Les lipides sont présents dans les sels biliaires, les hormones (stéroïdes et eicosanoïdes), les vitamines liposolubles (A, D, E et K), des pigments (mélanine), des cofacteurs enzymatiques, des transporteurs d’électrons, des ancres hydrophobes et servent parfois de messagers intracellulaires. (Aissaoui A 2017)
I. Classification, structure et fonction des lipides principaux
Ils sont diverses; abondants chez certains êtres vivants et présents en faible quantité chez d’autres, et diffèrent les autres des autres en fonction de leur nature chimique, leur structure et leur place dans le fonctionnement cellulaires
Les principaux lipides de l’organisme sont les acides gras, les triglycérides et le cholestérol.
Les acides gras
Les acides gras constituent l’unité fondamentale des lipides. Ils sont des acides carboxyliques (R-COOH) ayant une chaine hydrocarbonée de longueur variable, hydrophobe et non cyclique.
Structure
Ils comportent une tête polaire hydrophile (–COOH) et une chaine hydrocarbonée apolaire.
Figure 4: Structure d’un acide gras insaturé
On distingue des acides gras dit « saturés », sans doubles liaisons entre carbone de la chaine et les acides gras « non saturés », qui possèdent plus d’une double liaison.
Les acides gras saturés
Leur chaine hydrocarbonée ne comporte que des liaisons simples et un nombre pair d’atome de carbones.
Les acides gras insaturés
Ils comportent soit une double liaison (AG mono insaturés) ou plusieurs doubles liaisons (AG polyinsaturés
Les acides gras Omega
Ce sont des acides gras présentés dans la notation ω, le groupement méthyle terminal est noté ω 1 . Les acides gras ω 3 et ω 6 sont dit « essentiels ». Cependant, les mammifères ne possèdent pas l’enzyme nécessaire pour produire ce type d’acides gras. Ils doivent donc provenir des végétaux qui en synthétisent.
Figure 5: Structure acide gras saturé (gauche) et insaturé (droite) sous la notation oméga.
Les triglycérides
Les triglycérides sont des esters de glycérol et d’acides gras. L’estérification du glycérol conduit successivement à des mono-, di- et tri-acylglycérols.
Structure et classification
Selon le degré d’estérification du glycérol, on distingue :
Monoacylglycérols ou Mono glycérides (MG)
Diacylglycérols ou diglycérides (DG)
Triacylglycérols ou triglycérides (TG)
Dans les triacylglycérols les trois fonctions alcool du glycérol sont estérifiées par des acides gras R 1 , R 2 , R 3 .
A B C
Figure 6: Structure Monoglycéride (A) , Diglycéride (B) et Triglycéride (C)
Les stérols et les stéroïdes
Le gonane un des 64 stéréoisomères du cyclopentanoperhydrophénanthrène (C 17 H 28 ) ou stérane, le noyau de base des stérols et des stéroïdes. On distingue le 5α-gonane et le 5β gonane, deux diastéréoisomères en C5.
Ces molécules sont c onstituées trois cycles hexanes (A, B, C) et un cyclopentane (D) et comptent six centres chiraux, d’où le nombre de stéréo-isomères (26 =64).
Figure 7: Le stérane et ses deux diastéréo-isomères
Cholestérol
Le cholestérol est le principal stérol des tissus animaux. Il est aussi le précurseur des sels biliaires.
I.3.1.1 Structure
Le cholestérol (3-hydroxy-5,6-cholestene) est construit sur le squelette du stérane. Il porte un groupement hydroxyle en C3, une double liaison entre C5 et C6, deux groupes méthyle axiaux, (18 en 13β et 19 en 10β) et une chaîne saturée à 8 atomes de carbone (2-méthyl heptane) en 17 β. Cette structure présente huit carbones asymétriques (carbones 3, 8, 9, 10, 13, 14, 17, et 20); il existe donc, en principe, 28 = 256 stéréo-isomères, mais un seul est rencontré dans la nature.
Figure 8: Structure du cholestérol
Autres stéroïdes
Les hormones stéroïdiennes
C’est un groupe de 5 familles d’hormones participent à la reproduction (androgènes, oestrogènes et progestatifs), au métabolisme glucidique, protéique et lipidique et les équilibres salins dans les tissus (corticoïdes). Les acides biliaires (dont l’acide cholique et l’acide désoxycholique), contribuent à la digestion et à l’absorption intestinale des lipides alimentaires.
La vitamine D
Les vitamines D sont des hormones dérivées des stérols dans lesquels le cycle B est rompu au niveau de la liaison 9-10.
II. Métabolisme des lipides
Le métabolisme des lipides est un ensemble de réactions de synthèse de molécules complexes et leur dégradation en des molécules plus petites utilisables par la cellule. Il fait appel à des enzymes de la digestion hydrosolubles, présents dans les interfaces lipides-eau des cellules, et passe par trois étapes essentielles :
Activation, par la lipase pancréatique ;
Absorption, par la muqueuse intestinale sous à l’action des sels biliaires ;
Transport, par les chylomicrons et les VLDL vers le foie, les reins, les muscles et le tissu adipeux.
Métabolisme des acides gras ou β-oxydation des acides gras
Elle se déroule dans les mitochondries et les peroxysomes. Les enzymes qui catalysent les réactions d’oxydation, agissent sur le carbone β des acides gras, d’où le préfixe bêta.
Cette réaction peut être divisée en trois grandes phases que sont l’activation, le transport et l’oxydation proprement dite.
Activation de l’acide gras
C’est la réaction de transfert d’un acyl-CoA sur l’AG, catalysée par les thiokinases (ou acyl- CoA synthétases), de la membrane du réticulum endoplasmique (RE) ou de la membrane
Figure 9: Activation de l’AG
Transport de l’acide gras dans la mitochondrie Il est rendu possible par la carnitine, transporteur d’acyl-CoA.
Ce processus se résume en quatre réactions successives présentées dans la figure ci-après:
Figure 10: Transport de l’acide gras dans la mitochondrie
La β-oxydation proprement dite
Au sein des mitochondries, les acylCoA gras sont soumis à une séquence répétitive de quatre réactions, dite β-oxydation, qui conduit à la formation de molécules d’acétylCoA, de NADH et de FADH2.
Bilan énergétique
Chaque tour d’hélice produit 1 acétylCoA, 1 NADH;H+, et 1 FADH2 Pour trouver le nombre d’ATP produit, il faut considérer que Nombre d’acétyl CoA produits = nombre de carbones de l’AG ÷ 2 Nombre de FAH 2 et NADH+H + produits = nombre d’acétyl CoA – 1 1 acétyl CoA → 12 ATP (Krebs)
1 NADH;H+ → 3 ATP (chaine respiratoire) 1 FADH 2 → 2 ATP (chaine respiratoire)
La régulation de l’oxydation des AG
Le tissu adipeux constitue avec carnitine palmitoyltransferase I (CPTI) les principaux sites de régulation de la synthèse des triacylglycérols et de la lipolyse. La CPTI est inhibée par le malonyl-CoA, impliqué dans la biosynthèse des AG ; ainsi la synthèse et l’oxydation des AG ne se passent pas simultanément.
Cependant, insuline et glucagon participent aussi à la régulation.
Oxydation des AG insaturés
Les ester de CoA de ces acides sont dégradés par des enzymes de la β-oxydation jusqu’à la formation d’un à 3 ou 4 atomes de carbone (3-cis-acyl-CoA ou 4-cis-acyl-CoA) est isomérisé ( 3-cis→ 2-trans- enoyl-CoA isomérase) en 2-trans-CoA.
L’oxydation des AG dans le peroxysome
Le peroxysome sert de système de raccourcissement de chaines et dégrade certains AG ramifiés, non reconnus par les enzymes mitochondriales. Les acyl-CoA d’AG partiellement dégradés prennent ensuite le chemin de mitochondrie pour une oxydation complète.
Contrairement à la voie mitochondriale, les électrons soustraits de l’acyl-CoA ne sont pas transférés à l’ubiquinone mais directement à l’oxygène moléculaire pour produire le H 2 O 2 .
Les corps cétoniques
Une fraction d’acétyl-CoA, non oxydée dans le cycle de Krebs peut être transformée en corps cétoniques (acétone, acéto-acétate et β-hydroxybutyrate) en cas de carence glucidique.
La cétogenèse se déroule exclusivement dans la matrice mitochondriale.
Les corps cétoniques constituent une forme d’AG facilement transportables, sans être complexée par le sérum albumine ou par les autres protéines qui lient les AG.
La biosynthèse des AG
La synthèse des AG comprend une série de réactions complètement distinctes du catabolisme.
La liaison thioester ; sur les protéines (synthèse) et les acylCoA (dégradation) ;
Le lieu ; cytosol (synthèse) mitochondries (dégradation);
Les enzymes ; sur une unique chaine polypeptidique (synthèse) et indépendants les unes des autres (dégradation);
Les coenzymes; NADPH pour la synthèse et FAD et le NAD+.
Toute biosynthèse comme la synthèse des lipides nécessite de l’ATP, du NADPH;H+ et de l’acétyl-CoA.
Métabolisme du cholestérol
Le cholestérol est un précurseur des hormones stéroïdes et de la vitamine D3. Il est soit récupérer au niveau des lipoprotéines plasmatiques, soit synthétiser par les cellules hépatiques.
Etapes de la synthèse du cholestérol
La biosynthèse du cholestérol s’effectue dans le cytoplasme et le réticulum endoplasmique par une série de réactions de condensation distribuées entre le cytosol et les microsomes. Tous les
carbones du cholestérol sont dérivés de l’acétyl-CoA. On peut subdiviser cette synthèse en 6 étapes:
Conversion du l’ acétyl coA en HMG- CoA ;
Conversion du HMG- CoA en mevalonate :
Conversion de mevalonate en isoprenyl pyrophosphates ;
Condensation de l’isoprenyl pour former le squalène ;
Conversion du squalène en lanostérol ;
Conversion du lanostérol en cholestérol.
Biosynthèse des acides biliaires
La transformation du cholestérol en acides biliaires se fait par le raccourcissement de la chaine latérale ou par β-oxydation des acides gras ramifiés et introduction d’hydroxyles (de stériochimie α) sur les carbones 7 ou 12.
Métabolisme des triglycérides
Biosynthèse des triglycérides
Les triglycérides et les principaux phospholipides ont pour précurseurs communs sont l’acyl- CoA et le glycérol 3-phosphate qui donnent successivement des mono, di et triacyglycérol ou triglycérides.
Dégradation des triglycérides
L’hydrolyse enzymatique, par des lipases, libère les acides gras dont la dégradation fournit l’énergie métabolique nécessaire à la cellule.
Lipase pancréatique ( triacylglycérol lipase)
Elle agit sur les triacylglycérols alimentaires dans l’intestin et catalyse l’hydrolyse des triacylglycérols en 1,2-diacylglycérols puis des 2-monoacylglycérols.
Les triacylglycérols sont dégradés en acides gras et monoacylglycérol, puis transportés dans la cellule et resynthétisés pour y être stockés.
Lipase adipocytaire sensible aux hormones
En cas d’hypoglycémie, le glucagon se lie à son récepteur spécifique et déclenche une cascade d’activations:
Synthèse, dans le cytosol de l’AMPc par l’adénylate cyclase membranaire ;
Activation d’une lipase kinase ;
Phosphorylation et activation de la lipase adipocytaire ;
Libération des acides gras qui diffusent dans le sang où ils se lient à l’albumine et sont alors transportés vers les tissus.
III. Les lipoprotéines
Les lipoprotéines sont des complexes macromoléculaires qui transportent les lipides (cholestérol et triglycérides) dans le sang.
Structure et fonctions
La structure de toutes les lipoprotéines est un noyau central hydrophobe constitué d’esters de cholestérol et triglycérides et une membrane de phospholipides, de cholestérol libre et d’Apo lipoprotéines (hydrophile) qui l’entoure.
Figure 11: Structure des lipoprotéines
Leur principale fonction est le transport des lipides du foie vers les tissus périphériques et des tissus périphériques vers le foie et l’intestin (transport inverse du cholestérol).
Classification
Les lipoprotéines peuvent être classées selon leurs propriétés physiques (densité et diamètre), leur composition en lipides et Apo lipoprotéine et leur mobilité électro phorétique.
Apoprotéines majeures
Lipides
majeurs
Taille
(nm)
Densité
(g/ml)
Lipoprotéine
Tableau II: Classification des lipoprotéines selon leurs propriétés physiques, composition en lipides et apoprotéines majeures
Chylomicrons ˂0.93075-1200Triglycérides
Apo B-48, Apo C, E, A (I, II, IV)
Résidus de chylomicrons
0.930-1.00630-80
Triglycérides, Cholestérol
Apo B-48, Apo E
VLDL0.930-1.00630-80TriglycéridesApo B-100, E, C
Triglycérides
IDL1.006-1.01925-35
Cholestérol
Apo B-100, E, C
LDL1.019-1.06318-25CholestérolApo B-100
Triglycérides
HDL1.063-1.2105-12
Cholestérol
Apo A-I, II, C, E
Lp (a)1.055-1.085: 30CholestérolApo B-A00, Apo (a)
Table I
Source : (Feinglod K. R. 2018)
