Biosynthèse du cholestérol et des stéroïdes dérivés PDF

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Cours de biologie sur la biosynthèse du cholestérol et des stéroïdes dérivés....

Description

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Biosynthèse du cholestérol et des stéroïdes dérivés Le cholestérol est un des lipides les plus importants dans le corps humain. Tous les stéroïdes possèdent la même structure de base, le noyau stérol. Stéroïdogenèse : genèse des stéroïdes, hormones ayant la même structure qu'un stérol.

Exemples de cellules stéroïdogènes Les cellules de Leydig synthétisent les stéroïdes sexuels mâles (testostérone), les cellules ovariennes synthétisent les œstrogènes et la progestérone. Quand aux cellules cortico-surrénales, elle synthétisent des corticoïdes et de l'aldostérone.

Le cholestérol possède un noyau stéroïde A,B,C,D. Sa formule brute est C27H46O, il est donc très hydrophobe, c'est le composant majeur des membranes cellulaires qui contribue à les stabiliser et à maintenir leurs structures (en s'intercalant entre les phospholipides). C'est aussi le précurseur de nombreuses molécules hormonales mais aussi des vitamines (D3 pour la calcification des os), des hormones stéroïdes et stéroïdes sexuelles (voir premier paragraphe) et des sels biliaires. Il va rarement exister sous forme libre et va souvent être sous forme d’ester de cholestérol, de plus, un acide gras souvent fixé dessus. Sa structure est donc très hydrophobe. C'est une molécule qui va être transporté par différentes lipoprotéines qui vont être appelés des LDL (Low Density Lipoprotein) ou des HDL (High Density Lipoprotein). Les LDL sont des lipoprotéines de faible densité et représentent le mauvais cholestérol car elles transporte le cholestérol des lieux de sécrétion vers les cellules de l'organisme. Les HDL sont des lipoprotéines à haute densité et représentent le bon cholestérol, elles font l'inverse des LDL, elles déchargent les artères ramène le cholestérol vers le foie où il est dégradé. Les chylomicrons transportent des lipides (dont le cholestérol) de l'intestin vers les autres tissus. Le cholestérol est caractéristique aux animaux, chez les plantes ou micro-organismes on en trouve pas mais on trouve des structures analogues (ergostérol, stigmastérol,...)

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C'est une molécule qui va être synthétisée dans l'organisme à partir d'acétyl-CoA et donc à partir de sucre. Cette synthèse se fait dans le foie, les cellules de Leydig, les cellules corticosurrénales mais aussi l'intestin. La synthèse est complexe et coûteuse, il est nécessaire de réguler sa synthèse endogène afin qu'il ne soit qu'un complément au cholestérol alimentaire. 50% du cholestérol nécessaire est synthétisé et 50% de ce synthétisé provient des cellules hépatiques. Sa synthèse se fait entièrement à partir de l'acétyl-CoA qui est formé essentiellement dans la mitochondrie par oxydation du pyruvate par la pyruvate déshydrogénase. Mais aussi par catabolisme des squelettes carbonés des acides aminés, de la β-oxydation des acides gras dans les mitochondries.

Biosynthèse du cholestérol : On a quatres grand étapes qui demande beaucoup d'énergie, c'est long et compliqué. 1. 2. 3. 4.

Synthèse du mévalonate à partir de l'acétate Conversion du mévalonate en 2 isoprènes activés Formation du squalène Conversion du squalène en noyau stéroïde

Tous les carbones du cholestérol proviennent de l'acétyl-CoA. Le squelette à 27 carbones est synthétisé à partir de résidus d'acétyl-CoA et à l'aide de 30 réactions. Squalène : C'est une chaîne aliphatique linéaire de 30 carbones à partir duquel on obtient le cholestérol. Acétate C2 → Isoprénoïde C5 → Squalène C30 → Cholestérol C27 Étape 1 : De l'acétyl-CoA au mévalonate (Connaître les structures et l'enzyme et les noms) On a une condensation en série de 3 acétyl-CoA pour former l'HMG-CoA, cette réaction est réversible et peut être inhibé par le cholestérol.

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Avec deux acétyl-CoA on forme du CoA-SH libre et de l'acétoacétylCoA puis on va avoir l'ajout du troisième acétyl-CoA pour former l'HMG-CoA.

La HMG-CoA réductase travail à partir de la HMG-CoA, c'est une glycoprotéine transmembranaire dont le site actif est tourné vers le cytosol. La transformation en mévalonate est une réduction qui consomme deux NADPH,H+, elle est irréversible, sont activité détermine donc la vitesse de synthèse du cholestérol.

On a la HMG-CoA puis on va passer par la mévaldéhyde pour avoir du mévalonate. Cette enzyme engage les réactions vers le synthèses du cholestérol, elle peut être désactivée par phosphorylation ou par le cholestérol de manière allostérique. Cela veut dire que la quantité d'enzymes dans les cellules est étroitement contrôlée (synthèse). Il y a une régulation hormonale par l'insuline qui augmente l'activité de la HMG-CoA réductase et le glucagon qui baisse l'activité de la même enzyme.

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Étape 2 : Transformation du mévalonate en isopentényl-pyrophosphate (Connaître les noms des enzymes et des molécules) Elle se fait grâce à deux phosphorylations du mévalonate suivi d'une décarboxylation ATP dépendante puis par la formation d'une double liaison.

La mévalonate kinase va transférer le phosphate de l'ATP sur la mévalonate pour avoir la 5-phosphomévalonate puis la kinase en transfert un nouveau pour avoir le 5-pyrophosphorylmévalonate. Quasiment toutes les kinases travaillent avec du magnésium.

La 5-pyrophosphoryl-mévalonate-décarboxylase donne la isopentényl-pyrophosphate grâce à une déshydratation. L'ATP est là pour apporter de l'énergie (formation d'une double liaison et décarboxylation). Étape 3 : De l'isopentényl pyrophosphate au squalène Une isomérase catalyse la transformation de l'isopentényl pyrophosphate en son isomère, le diméthylallyl pyrophosphate, on élimine ensuite le pyrophosphate et on forme l'intermédiaire oxocarbénium (hautement réactive). Cette molécule va être attaquée par une autre molécule d'isopentényl pyrophosphate, on aura donc une condensation pour obtenir une molécule C10 qui est le géranyl pyrophosphate. Cette molécule en C10 va se condenser avec une autre molécule d'isopentényl pyrophosphate pour obtenir de la farnésyl pyrophosphate, une molécule en C15. Pour finir on aura la formation du squalène en C30 par condensation de deux molécules en C15. 4

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Étape 4 : Du squalène au noyau stéroïde (cholestérol) Il y a de nombreuses et complexes étapes encore mal connues de nos jours. On passe par un intermédiaire accumulé, le lanostérol (molécule cyclique) pour passer finalement au cholestérol.

(A CONNAITRE)

II Devenir du cholestérol La plus grande partie de la synthèse du cholestérol est effectué dans le foie et l'exportation va se faire sous trois formes. La première est la forme cholestérol tel que dans la bile, la deuxième est effectuée sous forme d'acides biliaires et sels biliaires (solubilise et élimine les graisses). L'acide cholique est le principal acide biliaire et l'acide taurocholique est l'un des principaux sels biliaires. Ce sont des dérivés du cholestérol relativement hydrophiles , ils forment des micelles pour aider à la digestion. Cela augmente l'activité des lipases et accélère l'absorption des lipides.

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La troisième forme de transport est sous forme d'ester de cholestérol, ils sont formés dans le voie par l'ACAT (acyl-CoA-cholestérol acyl-transférase). On peut par exemple transférer un acide gras sur le -OH du cholestérol pour le rendre encore plus hydrophobe. Les esters de cholestérol sont stockés dans le foie ou sont transportés vers les tissus qui les utilisent (synthèse membranaire, production d'hormones, stéroïdes, précurseurs de la vitamines D...) dans des particules lipoprotéiniques.

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Le cholestérol possède une certaine importance biomédicale, d'un côté c'est le constituant essentiel des membranes et des lipoprotéines plasmatiques. Un excès de cholestérol peut être enlevé des tissus par les lipoprotéines et transporté vers le foie pour être transformé en sels biliaires. Il intervient dans la genèse de l'athérosclérose. Exemple de sel biliaire : le cholate

Ce composé est plus hydrophile que le cholestérol grâce à ces nombreux groupements -OH et -COOH. La polarité de cette molécule est apporté par les moments dipolaires crées par les oxygènes ce qui permet de créer des liaisons hydrogènes, cette molécule est donc miscible dans l'eau. Utilité du cholestérol dans différents tissus Le foie récupère le cholestérol provenant de l'intestin est des tissus périphériques mais permet également sa synthèse endogène. L'intestin va absorber le cholestérol alimentaire et biliaire dans le cycle entéro-hépatique, il va également participer à sa synthèse endogène et à sa transmission vers le foie. Les tissus périphériques quand à eux vont récupérer le cholestérol des lipoprotéines et l'utiliser poyr synthétier des composés biologies de structure stéroïde, ils vont également renvoyer le cholestérol en excès vers le foie. On a donc un certain cycle du cholestérol qui nous permet de préserver un équilibre entre apport et élimination.

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III Régulation de la synthèse du cholestérol L'enzyme clé de la régulation est la HMG-CoA car c'est celle qui amène l'acétyl-CoA vers la synthèse du cholestérol (réaction non réversible). Il y a différents types de régulations, une de court terme qui est assez rapide et dépend de l'alimentation. Elle va être régulé de manière allostérique par le cholestérol mais aussi par le ménalovate (produit final de réaction).

Mais elle est également régulé de manière covalente par phosphorylation de l'enzyme et donc va entraîner un changement de conformation dans l'espace. C'est une kinase qui va venir la phosphoryler et une phosphatase qui peut venir la déphosphoryler. L'insuline va venir activer la phosphatase, qui va rendre la HMG-CoA réductase active et d'entraîner la synthétise du cholestérol. Le glucagon quand à lui va plutôt inactiver la HMG-CoA réductase en cas de baisse du taux de glucose en activant la kinase par phosphorylation.

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Mateusz Rauch

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La régulation à long terme va se faire au niveau des gènes, on inhibe ou on active la synthèse de nos enzymes de manière génétique pour le cas d'un régime à long terme par exemple (riche en cholestérol). ACAT est une enzyme qui va former des esters de cholestérol pour pouvoir les stocker. Le récepteur LDL se situant à la surface des cellules reconnaît les lipoprotéines de faible densité et va les internaliser pour libérer le cholestérol à l'intérieur. Ce récepteur est inhibé si la cellule est riche en cholestérol. Résumé : • • • • • • •

La HMG-CoA réductase est une enzyme clé de cette voie métabolique. La synthèse de l'HMG-CoA réductase est inhibée directement par le cholestérol et ses dérivés ainsi que les LDL. HMG-CoA réductase est une enzyme allostérique inactivée par phosphorylation. L'insuline et les hormones thyroïdiennes stimulent l'activité de l'HMG-CoA réductase par déphosphorylation. Le glucagon et les glucocorticoïdes inhibent l'enzyme. L'augmentation du cholestérol alimentaire inhibe la synthèse hépatique de cholestérol endogène et vice versa. La réduction de l'apport alimentaire peut être efficace pour diminuer la cholestérolémie.

IV Les lipoprotéines Ce sont des agrégats lipidiques plus ou moins grands permettant le transport des lipides dans la circulation sanguine grâce aux protéines. Les protéines de transport ou apolipoprotéines agissent comme des signaux orientant les lipoprotéines vers un tissu donnée ou en activant des enzymes qui agissent sur les lipoprotéines. Elles sont également constitués de phospholipides, de cholestérol et esters de cholestérol ainsi que de triglycérides.

On a différents groupes de lipoprotéines, dont les pourcentages de composition en protéine et lipides vont varier. RETENIR LE POURCENTAGE DE PROTEINE QUI LES DEFINIT

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Les lipoprotéines sont classés comme moins denses lorsque le rapport graisse/protéine augmente.

Les chylomicrons sont des lipoprotéines qui se forment en période de digestion et assurent le transport des lipides de l'intestin vers les tissus. Les lipoprotéines de densité intermédiaire sont formées à partir de la dégradation des lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Elles ont en général, de 25 à 35 nm de diamètre et contiennent principalement des triglycérides et des esters de cholestérol. Ils sont transportés du plasma vers le foie puis sont internalisés par endocytose ou encore dégradés pour former des LDL. Les VLDL servent à transporter des triglycérides sécrété par le foie pour les transporter vers les tissus adipeux et musculaires. Les triglycérides sont libérés par l'enzyme lipoprotéine lipase puis les VLDL retournent dans la circulation sous forme de IDL. Les IDL ont perdus la majorité de leur triglycérides mais ils conservent les esters de cholestérol. Certaines IDL sont rapidement absorbés par le foie, d'autres restent en circulation où ils subissent encore une hydrolyse pour être transformé en LDL.

V La synthèse des hormones stéroïdiennes

CONNAITRE LA STRUCTURE DU CHOLESTEROL

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Le cholestérol provient du cholestérol circulant (alimentaire) associé aux LDL, mais il peut aussi provenir du stock intracellulaire présent dans les gouttelettes lipidiques ou encore de la synthèse de novo. Les LDL circulant dans l'organisme vont être fixés sur leurs récepteurs membranaire LDL spécifiques puis ils vont être internalisés. L'utilisation des stocks de cholestérol passe par une désestérification par la cholestérol ester hydrolase (ECH).

ACAT : acyl-CoA cholesterol acyl transferase ECH : désestérification par cholestérol ester hydrolase

Synthèse des hormones stéroïdes dans les cellules stéroïdogènes Pour synthétiser des hormones stéroïdes on va transformer le cholestérol en pregnénolone grâce au cytochrome P450scc localisé la membrane mitochondrial interne. Le cholestérol est transporté à la mitochondrie à l'aide de StAR, c'est l'étape limitante de la synthèse des hormones stéroïdes. Une fois convertit en pregnénolone, elle doit être exporté vers le réticulum endoplasmique pour être transformée en différent stéroïdes. L'expression de StAR va donc réguler la synthèse hormonale, son expression est induite par les hormones corticotropes et gonadotropes, grâce à la synthèse de l'AMPc mais est aussi corrélée avec la synthèse des stéroïdes. On peut se rendre compte de l'importance de ces éléments à l'aide de mutations sur StAR et sur P450scc qui nous donne des déficits colossaux de toutes les hormones stéroïdes.

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Implication des PBR dans la biosynthèse des stéroïdes

Historiquement, ce récepteur à été découvert comme faisant entrer une autre molécule, la benzodiazépine. Les stéroïdes sont formés par une succession de transformation enzymatiques du cholestérol, la première étape a lieu au niveau de la membrane interne de la mitochondrie, elle est commune à tous les stéroïdes.

Le cytochrome P450 va réaliser une double hydroxylation puis un clivage de la chaîne latérale du cholestérol pour obtenir la pregnénolone. Les benzodiazépine sont des molécules chimiques anti-stress qui ont pour cible des récepteurs central au niveau du cerveau. Les récepteurs PBR peuvent en fixer mais vont présenter des effets secondaire comme une augmentation de la synthèse de pregnénolone et donc d'hormones. Une fois que le récepteur est activé, on a une synthèse d'AMPc à partir d'ATP qui va activer une protéine kinase A qui va ensuite activer la protéine StAR qui permet l'entrée du cholestérol dans la mitochondrie. Cette protéine kinase A permet également l'activation de la cholestérol-estérase.

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Comment agit une hormone ? Elle va être synthétisée au niveau des glandes endocrines en réponse à un message du système nerveux. C'est un messager chimique qui va être libéré dans le sang et va donc pouvoir accéder à toutes les cellules de l'organisme, c'est le messager primaire qui ne pénètre pas dans les cellules mais reste à la surface sur des récepteurs spécifiques. Il y a donc activation du récepteur qui est couplé à une protéine G et on va avoir une transduction du signal. Le récepteur est membranaire et un message est envoyé à la cellule grâce à la protéine G on a alors la libération de messagers secondaires qui vont faire l'intermédiaire entre les hormones et les protéines intracellulaires, c'est la transduction du signal.

Les récepteurs couplés aux protéines G sont des protéines à 7 domaines transmembranaires. L'activation de toute la signalisation se fait à l'aide de changements conformationnels, la protéine G est trimérique (α, β, γ) est associée au récepteur transmembranaire. Une fois qu'il est activé, la sous-unité α se dissocie et active l'adénylate cyclase qui permet de réaliser une cyclisation de l'ATP en AMPc (second messager). 13

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La protéine kinase A possède 4 sous-unités, deux régulatrices et deux catalytiques, quand 4 AMPc se fixent sur les sous-unités régulatrices, il y a dissociation dû à des changements de conformation et une activation des sous-unité catalytiques. Cette dissociation est dû à des changements de conformation dû à l'AMPc.

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