UE1 - Cours 12 - Les lipides (Chevalier) . PDF PDF

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Les lipides par pr. chevalier...

Description

Les lipides Classe de molécules biologiques hydrophobes comprenant les acides gras (AG) et leur esters

Définitions Solubilité : Molécules organiques (C, H, O) insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques apolaires (cyclohexane, méthanol, chloroforme, éther, acétone ... ) Caractérisés par la présence dans la molécule d'au moins un acide gras Les termes d'huiles, beurres, graisses, cires ne désignent que leur état physique liquide ou solide à la température ambiante Sont rattachés aux lipides, en raison de leur insolubilité dans l'eau : le cholestérol, les stéroïdes, des vitamines...

Ce sont des molécules biologiques actives et fonctionnelles ! Les lipides ne sont pas juste du stockage des graisses

Rôle biologique : Représentent environ 20% du poids du corps (consommation et stockage augmentent - pathologies associées) Réserve énergétique mobilisable : 1 g de lipides = 9 Kcal Acide palmitique (106 ATP) / Glucose (36 ATP) Rôle de précurseurs : stéroïdes, vitamines, prostaglandines, messagers intracellulaires ...

Structure lipidique des membranes cellulaires Les plaques d'athérome constituées de dépôt lipidique entraînent le durcissement des artères (athérosclérose) : rôle bénéfique et néfaste Deux acides gras polyinsaturés sont des facteurs nutritionnels essentiels (ils ne sont pas synthétisés par l'organisme et doivent lui être apportés par l'alimentation recommandations) Acide linolénique (ω3 - 2g/j) Acide linoléïque (ω6 - 10g/j)

Objectifs du cours de 3 heures * Classification et structures des familles de lipides * Relations entre structures et activités * Préparer à la biochimie métabolique * Bases de la compréhension des pathologies liées aux lipides et des applications pharmacologiques

La classification la plus utilisée est la suivante : 1) Les lipides vrais résultent de la condensation d'acides gras avec des alcools par une liaison ester, on les subdivise en : - lipides simples (neutres) * Glycérides : l'alcool est le glycérol * Cérides : les alcools sont à longue chaîne (alcool gras) * Stérides : l'alcool est un stérol (polycyclique)

- lipides complexes (polaires) contiennent du phosphore, de l'azote, du soufre ou des sucres. 2) Les composés à caractère lipidique (lipoïdes) - eicosanoïdes : des médiateurs dérivés d'un acide gras polyinsaturé arachidonique - isoprénoïdes, dérivés d'unités isoprène : on trouve aussi le groupe des composés terpéniques (terpènes) et les dérivés du stérol (quinones, vitamines, stéroïdes, acides biliaires...) 3) Les associations de lipides et les lipides conjugués Les lipides participent à des édifices supramoléculaires non covalents qui incluent des protéines

" Les lipides vrais sont caractérisés par la présence dans la molécule d'au moins un acide gras"

1. Les acides gras "libres" Monoacides R-COOH, linéaires (R de type hydrocarbures; hydrophobe - gras), à nombre pair de carbone, soit saturés, soit insaturés.

Les acides gras sont les unités de base des lipides

CH3-(CH2)n-COOH sont composés de deux parties : * Une partie hydrophobe représentée par une chaîne hydrocarbonée terminée par un groupe méthyle * Une partie hydrophile correspondant à un groupe acide carboxylique

Organisation des Acides gras en phase liquide

Les acides gras sont les unités de base des lipides

Nomenclatures

Cx : yn-z

X:yn-z

x : Nombre d'atomes de carbone y : Nombre de doubles liaisons z : position de la première double liaison / bout de chaîne

Les Acides gras libres La longueur de la chaîne carbonnée constituée d'un nombre pair d'atomes de C : * Moins de 6 carbones, on parle d'acides gras à courte chaîne * Entre 6 et 12 carbones, d'acides gras à moyenne chaîne * Au delà de 18 carbones, d'acides gras à longue chaîne Le nombre d'insaturations (doubles liaisons éthyléniques : -CH=CH- ) entre les deux C : Les acides gras ne comportant pas de doubles liaison sont appelés acides gras saturés - Une double liaison sont dits monoinsaturés - Plus d'une double liaison sont les acides gras polyinsaturés (AGPI) A l'état naturel, on trouve entre 0 et 6 insaturations Elles sont distantes de trois atomes de carbones : -CH=CH-CH2-CH=CHNb : -CH=CH-CH=CH- pour AG conjugués : pas de liaison méthylène CLA (acide linoléique conjugué)

1.1. Les acides gras saturés [CH3-(CH2)n-COOH] Nomenclature : Le premier carbone est le carboxyle Exemple : Acide palmitique CH3 - (CH2)24 - COOH ou n-hexadécanoïque (n - normal - pas d'insaturation) C16H32O2

Longueur relative

nC

Nom systématique

Nom courant de l'acide

Chaine courte

4 6 8 10

n-butyrique n-hexanoique n-octanoique n-décanoique

Butyrique caproique caprylique caprique

Beurre lait de chèvre …

Chaine moyenne

12 14 16 18

n-dodécanoique n-tétradécanoique n-héxanoique n-octadécanoique

Laurique (laurier) myristique (muscade) palmitique (palmier) stéarique (suif)

Huile, graisses animales et végétales

Chaîne longue

20 22 24 26 28 30 32

n-isosanoique n-docosanoique n-tétracosanoique n-hexacosanoique n-octacosanoique n-triacontanoique n-dotriacontanoique

Arachidique béhénique lignocérique cérotique montanique mélissique lacéroique

graines Cires des plantes, bactéries, insectes

Acide palmitique

16:0, donc 16 C et aucune liaison éthylénique : acide gras saturé. C'est un solide blanc, qui fond à 64°C Son nom vient de l'huile de palme, mais il est abondant dans toutes les graisses et huiles animales ou végétales. C'est un excellent aliment énergétique. Utilisé dans l'industrie pour la fabrication des margarines, des savons durs.

Acide stéarique CH3 - (CH2)16 – COOH

18:0 est également un solide blanc, qui fond à 70°C Origine végétale Son nom signifie graisse en grec, il est abondant dans toutes les graisses animales (surtout chez les ruminants) ou végétales (fabrication de bougies et savons) Solides à 37°C donc contraintes physiologiques & physiopathologies

1.2. Les acides gras monoinsaturés Dans les acides gras insaturés, la position de la première double liaison peut s'exprimer : - soit en partant du carboxyle (1er carbone) ; le symbole est Δ - soit en partant du méthyl (dernier carbone); le symbole est ω En médecine clinique et en biologie, la désignation des acides gras insaturés la plus courante est celle qui fait appel au ω

Numérotation : Il existe donc deux types de numérotation (représentés en rouge ou en vert) Carbone 1 : Carbone du groupement carboxylique COOH Carbone 2 ou carbone α Carbone 3 ou carbone β Carbone n : Carbone méthylique CH3 : ou carbone ω

Acide oléique L'acide oléique possède 18C, une double liaison en oméga 9 (ω9) ce qui s'écrit C18:1 ω9 ou 18:1 n-9

Le plus abondant des AG à chaîne longue dans notre organisme. Son nom vient de l'huile d'olive, mais il est abondant dans toutes les huiles animales ou végétales (régime méditerranéen) L'huile (principalement acide oléique : 15°C) se solidifie si T < 4°C

Les Acides gras libres Nomenclature : - la conformation des doubles liaisons (isomérie géométrique)

- la double liaison carbone-carbone -HC=CH- peut adopter 2 configurations dans l'espace : CIS et TRANS * Les hydrogènes H sont du même côté, la liaison est dite CIS (AG naturels) configuration en bateau (formation d'un coude) * de part et d'autres de la double liaison, la liaison est dite TRANS (hydrogénation industrielle) => Pas des lipides naturels (important en terme d'activité biologique) Implication dans la fluidité des membranes

Liaisons de Van Der Waals stabilisent les molécules

Les doubles liaisons introduisent des angles qui minimisent les liaisons de VdW => facilite la

fluidité membranaire

1.3. Les acides gras polyinsaturés : 2 familles Famille linoléique (ω6) Acide linoléique C18 : 2 ω6 ou 18:2 n-6 Un acide gras essentiel, en C18 avec 2 doubles liaisons (ω6,9)

Un acide gras à chaîne longue qu'on trouve dans les huiles végétales (huile de lin) Un liquide (huile) qui ne se solidifie qu'à -12°C Les insaturations rendent les lipides plus

liquide En présence d'air, il s'oxyde rapidement (rancissement) Essentiel à la formation de la barrière impérméable de la peau (épiderme) Précurseur de l'acide arachidonique

Acide arachidonique 20:4n-6 (C20 : 4 ω6) Il possède 4 doubles liaisons en ω6, 9, 12, 15

Synthétisé par l'organisme à partir de l'acide linoléique Il est le précurseur direct des eicosanoïdes (= molécules inflammatoires)

Famille linolénique (ω3) Acide linolénique C18 : 3 ω3 ou 18:3n-3 Il possède 3 doubles liaisons en ω3, 6, 9

Un acide gras à chaîne longue qu'on trouve dans les huiles végétales et de poissons. Il est reçu exclusivement par voie alimentaire A 37°C, c'est un liquide (huile) qui ne se solidifie qu'à -11°C En présence d'air, il s'oxyde rapidement (rancissement) Les acides gras polyinsaturés sont siccatifs : ils s'oxydent à l'air en se saturant ce qui élève leur point de fusion et les rend solides (peintures à l'huile, du linoléum,... et donc imperméables)

C'est le précurseur du DHA : L'acide docosahexaénoïque (DHA) : 22 : 6 n-3 Constituants des membranes des neurones (40% d'AG insaturés du cerveau) Faibles taux de DHA associés à la dépression et à la maladie d'Alzheimer

- Les sources alimentaires d'omega-3 : - algues

- lin

- colza

- noix

Les algues fabriquent les omega-3 mais pas les poissons

- poissons

Exemple de composition en lipides

Huile : - 18:1 = acide oléique - 18:2 = Acide linoléique Beurre : essentiellement des acides gras saturés (50% de 16:0)

1.4. Propriétés des acides gras 1.4.1. Propriétés physiques : Solubilité : L'acide butyrique à 4C est soluble dans l'eau, puis la solubilité des acides gras baisse progressivement et ils sont insolubles à partir de 10C Ils sont solubles dans les solvants organiques apolaires : benzène, chloroforme... Applications en biochimie analytique, synthèse, purification Le point de fusion (passage à l'état liquide) - augmente avec le nombre de C Ils sont liquides à 20°C si n < 10 C solides si n > 10 C - diminue quand le nombre de doubles liaisons augmente A 37°C :

acide stéarique (70°C) donc solide acide oléïque (15°C) donc liquide

--> exemple de Δ de 55°C pour 1 double liaison --> impact sur la fonction cellulaire/stockage

1.4.2. Propriétés chimiques : Oxydation des doubles liaisons L'oxydation par l'oxygène de l'air conduit au rancissement des graisses

(ex : alimentation : oxydation d'un avocat !) L'oxydation enzymatique intracellulaire de l'acide arachidonique par la cyclooxygénase (cyclisation + oxydation) conduit aux prostaglandines qui sont des médiateurs très actifs et très rapidement dégradés

AINS = blocage de la cyclooxygénase

Effets biologiques des prostaglandines. Elles interviennent : dans la contraction des muscles lisses (intestin, utérus, vaisseaux); dans la régulation des métabolismes; dans l'agrégation plaquettaire. L'inhibition de la cyclooxygénase des plaquettes par l'aspirine est utilisé comme antiagrégant plaquettaire. Formation de sels de sodium ou potassium (détergents) Ce sont des savons à des propriétés moussantes, mouillantes et émulsionnantes. Dans l'eau les savons se dissocient en Na+ + R-COOL'anion a 2 pôles :

Ces molécules, amphiphiles ou amphipathiques, sont tensioactives : elles forment des agglomérats (micelles, cf membranes cellulaires)

Obtenus par estérification des trois groupements hydroxyle du glycérol par des acides gras Formation d'ester (avec le Glycérol et le Cholestérol) et de thioester (avec le Coenzyme A)

2. Classification des lipides 2.1. Les lipides simples : Glycérides, Stérides et Cérides Composés ternaires constitués de C, H, O Ce sont des esters d'acides gras + Alcool 3 types d'alcool sont estérifiés par des acides gras : - Glycérides ou Acylglycérols : esters de glycérol - Cholestérol Stérides : esters de stérols (alcool polycyclique) - Alcool à PM élevé = Cérides (cires animales, végétales, bactériennes) : esters d'alcools à longues chaîne (alcool gras)

2.1.1. Les glycérides ou acylglycérol Ce sont des esters d'Acides Gras et de Glycérol

Les 3 AG sont identiques : triglycérie homogène ; sinon, il est hétérogène. Lipides naturels les plus nombreux (huiles végétales) Présents dans le tissu adipeux (adipocytes, graisses de réserve) : Réserve énergétique importante chez l'homme. La nomenclature doit permettre d'écrire la formule développée d'un glycéride sans ambiguité :

La numérotation stéréo-spécifique

La molécule de glycérol est numérotée sur ses atomes de carbone en fonction des groupements substitués (stéréo-isomérie) Stereospecific numbering ou sn sn1 : acide gras ou alcool gras sn2 : acide gras ou alcool gras = celui du milieu sn3 : phosphate et autre, dont acide gras ou alcool gras

Hydrolyse des triglycérides La lipase, enzyme du suc pancréatique, hydrolyse les triglycérides :

Dans le tissu adipeux, l'hydrolyse est complète car elle fait intervenir la lipase hormonosensible (différente de la lipase de l'alimentation), puis une monoglycéride lipase pour donner : Glycérol + 3 AG

Ce schéma représente l'hydrolyse par la lipase hormonosensible = lipolyse sous l'action d'hormones : Adrénaline, Noradrénaline et Glucagon => Activation de l'adénylate cyclase Hydrolyse des triglycérides initiée par une lipase hormono-sensible (forme phosphorylée active) puis terminée par d'autres lipases = Lipolyse

La lipolyse permet de destocker les TG et renvoyer vers le foie les acides gras et les lipides monosaturés

Origine et métabolisme général des AG

Les AG peuvent être estérifiés pour former des triglycérides. Acétyl-CoA est la voie d'entrée du cycle de Krebs. L'acétyl-coA peut reformer des acides gras par lipogenèse.

Réserve énergétique Avantages par rapport aux glucides : 1) neutres et très hydrophobes, leur stockage se fait sous une forme physique compacte et sans eau (les lipides se stockent beaucoup mieux que les glucides) 2) Alors que le glycogène est une source rapide de glucose épuisable en une journée, les glycérides sont une réserve à long terme de quelques mois.

Isolant thermique Le tissu adipeux sous-cutané est un isolant thermique très efficace chez les animaux à sang chaud des régions polaires & chez les hibernants : fonction de "calorifère" par dégradation sur place par les mitochondries

Le métabolisme des glucides et des AA aboutit également à l'acétyl-CoA. Devenir de l'acétyl-CoA :

Cholestérol = précurseur des hormones stéroidiennes. Deuxième type de lipides : corps cétoniques : très important pour le cerveau (comme réserve énergétique) Pas de glycogène dans le cerveau, il fonctionne grâce aux corps cétoniques.

2.1.2. Les Stérides : Cholestérol Stérides : esters de stérol (alcool polycyclique) Ce sont des esters de stérols, dont le cholestérol (C27H45OH) Cholestérol : 3 cycles hexagonaux + un cycle pentagonal correspondant au noyau cyclopentanoperhydrophénanthène. - une fonction alcool secondaire en C3 - une double liaison Δ5 - méthyl (-CH3) en 18, 19, 21, 26, 27

Le cholestérol est apporté dans l'alimentation et synthétisé par le foie ; il est transporté dans le sang dans les lipoprotéines. C'est un constituant des membranes (rôle dans la fluidité) Le cholestérol sert dans l'organisme à la synthèse de 3 groupes de molécules : - La vitamine D3 - Les hormones stéroïdes (cortisol, testostérone...) - Les acides biliaires Le stéride est formé par estérification d'un AG sur la fonction alcool en C3 du cholestérol

L'oléate de cholestérol est un stéride présent dans beaucoup de cellules animales où il constitue une réserve de cholestérol.

Transportés dans le plasma par les lipoprotéines

2.1.3. Les cérides (cires) Alcool à PM élevé = Cérides (cires animales, végétales, bactériennes) : esters d'alcools à longues chaînes (alcool gras) Constitués d'AG estérifiant des alcools gras à chaîne longue (ou moyenne dans le cas de l'acide palmitique), le plus souvent saturés Température de fusion élevé (60 à 100°C) - très insoluble dans l'eau Le palmitate de cétyle ou "blanc de baleine" est un lipide de réserve très énergétique qui constitue la plus grande partie du tissu adipeux des cétacés.

La cire d'abeille est constituée d'acides et d'alcools gras à très longues chaînes (30C) La paroi des bactéries et des végétaux renferme des cérides. Certains fruits (pommes) sont recouverts d'une pellicule de cire, protectrice Le sébum est une sécrétion cutanée protectrice contenant des cires (lanoline)

2.2. Les lipides complexes : Glycérophospholipides et Sphingolipides 2.2.1. Glycérophospholipides (acide phosphatidique) L'acide phosphatidique est l'élément de base des glycérophospholipides = Glycérol + 2 Acides Gras + H3PO4

Les deux acides gras ont une chaîne de 14C,

L'acide gras en sn2 est souvent insaturé (par extrapolation : plusieurs acides phosphatidiques) L'acidité de la molécule provient des 2H+ mobiles de l'acide phosphorique L'acide phosphatidique est un 2nd messager intracellulaire.

Les différentes classes de glycérophospholipides : Le lipide se forme par fixation d'un alcool sur la partie acide de l'acide phosphatidique Selon l'origine de l'alcool, on obtient des classes différentes de lipides. Phosphatidylsérines = Acides phosphatidiques + Sérine Phosphatidyléthanolamines = Acides phosphatidiques + Ethanolamine Phosphatidylcholines = Acides phosphatidiques + Choline Phosphatidylinositols = Acides phosphatidiques + Inositol Constitués d'acide phosphatidique + alcool aminé

Fixation de la sérine par le groupement OH

Le groupement acide induit potentiellement une charge négative

Phosphatidylcholines (= Lécithines) On les trouve dans le cerveau, le foie et le jaune d'oeuf

Les phosphatidylinositols Structure de l'inositol : hexaalcool cyclique (9 isomères possibles)

Le myoinositol est le plus fréquent dans les lipides Structure du phosphatidylinositol :

Propriétés des glycérophospholipides Ce sont des molécules amphipathiques (ou amphiphiles) car elles présentent 2 pôles : hydrophobe : AG hydrophile : ester phosphorique Elles ont donc des propriétés à celles des savons (émulsionnants, ...) Organisation en micelles dans l'eau Ce sont des molécules amphotères car elles possèdent à la fois : une fonction acide : H3PO4 une fonction basique : l'AA alcool (sérine, thréonine), choline.

Les phospholipides - esters de phosphoglycérol et d'acides gras : --> Groupement -P estérifiant le glycérol peut être estérifié par ex par une éthanolamine, sérine, choline...

Hydrolyse des phospholipides par les phospholipases 4 phospholipases spécifiques : A1, A2, C et D

A1 coupe sn1 (plus spécifique des AG saturés) A2 coupe en sn2 (plus spécifique des AG insaturés)

Rôle des phospholipases L'hydrolyse des phospholipides alimentaires lors de la digestion est réalisée par la PLA2 pancréatique. (Stockage = réserve énergétique) L'hydrolyse des phospholipides membranaires permet la synthèse de médiateurs lipidiques (2nd messagers dans la cellule) : ils prennent le rôle de précurseur - PLA2 conduit aux prostaglandines, leucotriènes, lysophospholipides (eicosanoides) - PLC conduit aux DAG (Diacylglycérol), IP3 (inositol 1, 4, 5 triphosphate) - PLD "recycle" l'acide phosphatidique Hydrolyse du phosphatidylinositol 4,5 diphosphate par la PLC : inositol 1, 4, 5 triphosphate (IP3) qui est un 2nd messager dans la cellule facilitant la libérat...