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CHAPITRE 3LES LIPIDES

2

Introduction

COOHCH3

acide palmitique1

216

Les lipides se définissent par leur très faible sol ubilité dans l'eau et leur grande solubilitédans les solvants organiques peu polaires comme le chloroforme ou le benzène. Cette propriété est la conséquence d'une composition riche en chaînes aliphatiques non hydroxylées. Les constituants lipidiques les plus s imples et les plus fréquents sont les acides gras, souvent estérifés à des alcools comme l e glycérol formant des triglycérides et des phospholipides. Les molécules lipidiques sont i mportantes car elles possèdent l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes :- sources d'énergie et de vitamines,- constituants majeurs des membranes cellulaires,- vecteurs d'informations comme hormones ou messager s intra-cellulaires. La connaissance des molécules lipidiques est essent ielle en médecine. Parmi de nombreux arguments, on peut citer ici : l'athéroscl érose, maladie caractérisée par le dépôt de cholestérol dans l'intima des artères, les préoc cupations de nutrition et de diététique, l'exploration de la coagulation et la gestion de l' imprégnation hormonale dans les procréations médicalement assistées.Dans ce cours, sont étudiés successivement :- les acides gras et les glycérides, - les stéroïdes,- les vitamines terpéniques,- les phospholipides.Le cours comporte ensuite la description de deux st ructures où l'implication des lipides est primordiale :- les lipoprotéines et les membranes.

3

Principaux acides gras

" "acide arachidique20

" "acide stéarique18

graisses animalesacide palmitique16

" "acide myristique14

huiles végétalesacide laurique12

lait des ruminantsacide butyrique4

origine principalenomcarbones

1. Principaux représentants

Les acides gras saturés les plus importants sont répertoriés dans le tableau ci-dessus. Chez les animaux, le métabolisme synthétise d'abord l'acide palmitique, à partir duquel s'élaborent par coupure et/ou élongation les autres acides.

4

Nomenclature des acides gras

• la série palmitoléique n - 7

• la série oléique n - 9

C16, ∆6,9∆∆∆∆6 désaturase

67 COOH

COOH

CH 3

Saturé 16 carbones : l’acide palmitique CH3

COOH109

∆∆∆∆9 désaturaseacide

palmitoléiqueC16, ∆∆∆∆9

ou C16, n-7

cis

45°

Les acides gras soumis à l'action des désaturases comportent au moins 16 atomes de carbone car l'introduction d'une double liaison s'effectue à partir de l'acide palmitique et de l'acide stéarique.

Les désaturases animales reconnaissent l'extrémité carboxylique et sont désignées par ∆ suivi du numéro du carbone oxydé (celui de numéro le plus faible, ainsi la ∆9 désaturase génère une oxydation des carbones 9 et 10). Sachant qu'il n'y a pas de désaturase animale possédant une amplitude supérieure à ∆9, les acides gras insaturés animaux appartiennent donc à 2 séries :

• la série palmitoléique : n-7

• la série oléique : n-9

Les liaisons éthyléniques des acides gras insaturés naturels sont en configuration cis, cette caractéristique n'est donc pas précisée, contrairement à l'existence d'une liaison en configuration trans, qui est obtenue par chauffage Cette isomérisation est importante car elle entraîne la linéarisation de la molécule qui forme normalement un angle de 45°à chaque double liaison. Le métabolisme des acides gras trans est très réduit et ceux-ci s'accumulent dans l'organisme. La pathogénécité de ces acides gras n'est pas démontrée mais il est recommandé que leur présence dans l'alimentation reste modérée (< 5%).

5

Acides gras saturés

Dans le cas des acides gras polyinsaturés, les doubles liaisons sont séparées par un groupe méthylène : ces doubles liaisons sont en position malonyle l'une par rapport à l'autre.

Les désaturases végétales reconnaissent l'extrémité du méthyle, ainsi, les huiles et graisses végétales contiennent des acides gras appartenant à deux autres séries :

• la série linoléique : n-6

• la série linolénique : n-3 ou w3

Plusieurs conventions sont utilisées pour indiquer la position des doubles liaisons, ainsi C18 ∆9,12 ou C18 : 2 n-6 correspondent à l'acide linoléique.

6

Acides gras indispensables

• la série linoléique n - 6 ou w 6COOHCH3

12 918n - 6

élongase

∆5 désaturase

COOHCH3

14 1120 8 5

acide linoléique C18, ∆∆∆∆9,12

acide arachidonique C20, ∆∆∆∆5,8,11,14

• la série linolénique n - 3 ou ωωωω 3acide linolénique C18, ∆∆∆∆9,12,15

∆6 désaturase

acide γγγγ linolénique C18, ∆6,9,12

acide dihomo γγγγ linolénique C20, ∆8,11,14

n - 6

La notion de série est capitale car les acides gras en n-6 et n-3 ou du moins les "têtes de séries" - les acides linoléique et linolénique - doivent figurer dans la ration alimentaire : ils sont dits "essentiels" ou "indispensables" . Cette caractéristique, générée par l'absence d'interconversion d'une série à l'autre, peut être illustrée en examinant l'importante transformation de l'acide linoléique en acide arachidonique.

7

les eicosanoïdes ou icosanoïdes

O

OH OH

COOH

acide eicosapentaénoïque

PGE3

COOH

Classe 3

COOHO

OH OH

COOH

Classe 1

PGE1

acide dihomoγlinolénique

COOH

acide arachidonique

cyclooxygénaselipoxygénase O2 2O2

COOH

O

leucotriène A4

COOHO

OH OH

PGI2 ou prostacycline I 2

O

OH OH

COOH

PGE2

TXA2 ou thromboxane A 2

OH

O

O

COOH

Classe 2

Autres acides gras : les eicosanoïdes ou icosanoïde s

Formés par 20 atomes de carbone, ils comprennent les prostaglandines (PG), les thromboxanes (TX) et les leucotriènes. L'indice 1, 2 ou 3 indique le nombre des doubles liaisons extérieures au cycle et correspond aux classes 1, 2 et 3 et àl'acide gras permettant la biosynthèse à savoir respectivement les acides dihomoglinolénique, arachidonique et eicosapentaénoïque.

8

Eicosanoides et coagulation

L’aspirine inhibiteur irréversible de la cyclooxygénaseest antithrombotique seulement à basse concentration

car il n’y a pas synthèse de cyclooxygénase dans les plaquettes (éléments du sang non nucléés).

équilibre de la coagulation

PGI2 TXA2PGI2 est vasodilatateur, anti-agrégant plaquettaireTXA2 est vasoconstricteur, agrégant plaquettaire

thrombose

aspirine

plaquette circulante

PGI2

PGI2

C20∆∆∆∆5…

C20∆∆∆∆5…C20 ∆∆∆∆5… TXA2

plaquette agrégée

Présents dans tous les tissus à faibles concentrations, les eicosanoïdes sont doués d'actions pharmacologiques multiples sur la lipolyse, l'agrégation plaquettaire, la contraction des fibres lisses, l'inflammation...

Au niveau de la régulation de l'activité plaquettaire, le phénomène essentiel est l'antagonisme du thromboxane A2 (plaquettaire) pro-agrégant et de la prostacycline PGI2 (endothéliale) anti-agrégante. L'aspirine, inhibiteur de la cyclooxygénase, possède une action anti-thrombotique car la synthèse du thromboxane A2 est diminuée plus longtemps que celle de la prostacycline, en effet les plaquettes ne sont pas nuclées.

Autres variétés d'acides gras

- Les acides gras à nombre impair d'atomes de carbone comme l'acide undécylénique du cuir chevelu qui joue un rôle protecteur vis à vis de la teigne par des propriétés fongicides.

- Les acides gras hydroxylés comme l'acide cérébronique, dérivé a hydroxyléde l'acide en C24, qui entre dans la constitution des lipides du système nerveux,

- Les acides gras ramifiés comme l'acide phytanique produit par le catabolisme des végétaux à partir du phytol, alcool qui provient de la chaîne latérale de la chlorophylle.

9

Solubilité dans l’eau

Formation de micelles phaseaqueuse

groupe polaire ou

hydrophile

GroupeApolaireou hydrophobe

phase apolaire

COO

NaNa

Na

NaNa

Na

Na Na

Na

NaNa

Na

Na

Na

Na

Na

Na

Na ++

++

+

++

+ +

+

+

+

++

+

+Na

Na+

tensioactivité

2. Propriétés physiques

2.1. Solubilité

Les acides gras sont des composés amphiphiles ou amphipathiques c'est à dire des composés à double polarité : hydrophobe par la chaîne carbonée, hydrophile par le carboxyle. L'hydrophobicité de la chaîne aliphatique augmente avec le nombre des carbones et devient rapidement supérieure à l'hydrophilie du carboxyle. Les acides gras sous forme de sels de Na+ ou de K+ sont appelés les savons.

Les carboxyles chargés négativement sont au contact de la phase aqueuse, les chaînes hydrocarbonées apolaires sont orientées vers l'intérieur, l’ensemble génère une micelle. Ces micelles ont une charge négative nette et restent en dispersion stable, la configuration énergétique obtenue étant minimale.

10

Solubilité dans l’eau

Désorganisation par les cations bivalents

Assemblage des zones homologuesmoussage

eau

air bulle d'air

zone polaire zone apolaire

CO

OC

O

O

Ca2+

Chaque micelle peut incorporer dans sa partie hydrophobe un nombre élevé de molécules apolaires comme des triglycérides. Ces molécules se trouvent ainsi émulsionnées, on a dans ce cas des micelles mixtes : le pouvoir détersif des savons résulte de cette propriété.

Des détergents comme le dodécylsulfate de sodium sont synthétisés sur le même modèle.•

Les savons insolubles

La bivalence du calcium et du magnésium empêche la formation de micelle, ces savons ne peuvent mousser, observation classique si l'eau est riche en calcaire.

CO

OC

O

OCa ..... .....

2+

11

Isomérisation et point de fusion

111° 123°COOH

18 : 1 trans - acide élaïdique

+ 69 °Cacide stéarique18 : 0

+ 44 °Cacide élaïdique18 : 1 trans

+ 16 °Cacide oléique18 : 1

- 5 °Cacide linoléique18 : 2

- 11 °Cacide linolénique18 : 3

Fusion : effet de l’insaturation

+ 84 °Cacide lignocérique24 : 0

+ 63 °Cacide palmitique16 : 0

- 8 °Cacide butyrique4 : 0

Fusion : effet de la longueur de la chaîne

2.2. Isomérisation

Le chauffage isomérise les formes cis en formes trans thermodynamiquement plus stables.

2.3. Point de fusion

Il augmente avec la longueur et le degré de saturation des chaînes. Ainsi, les acides gras saturés à longues chaînes sont solides à la température ambiante, alors que les acides gras insaturés habituels sont liquides.

12

Propriétés dues à la fonction carboxyle

Formation avec les cations de savons

Amidification avec les amines : formation des sphingolipides

Estérification avec le glycérol : formation des mono-, di- et triglycérides

CO

ONa+

CH2 - OH

CH OH

CH2 - OH αααα

ββββ

αααα’ CH2 - OH

CH OH

CH2 – O – C

O

monoacyl-glycérideR- COOH +

αααα

αααα

R- COOH + R’- NH2 R’ – NH – CO – R + H2O

2.4. Absorption de la lumiere

Qu'ils soient saturés ou non, les acides gras n'absorbent la lumière, ni dans le visible, ni dans l'UV à 280 nm car les doubles liaisons ne sont pas conjuguées. Les acide gras polyinsaturés chauffés en milieu alcalin s'isomérisent en acides gras à doubles liaisons conjuguées et absorbent dans l'UV.

3. Propriétés chimiques

3.1. Propriétés dues à la fonction carboxyle

• Formation de savons avec les cations monovalents ou bivalents : les savons naturels sont des sels de sodium.

• Estérification avec le glycérol : formation des mono-, di- et triglycérides.

• Amidification avec la sphingosine : formation des sphingolipides.

3.2. Propriétés dues aux doubles liaisons

• Réduction

Elle se réalise en présence de catalyseurs, par un courant d'hydrogène. Elle conduit à l'acide gras saturé à même nombre de carbones, l'acide oléique donnant ainsi l'acide stéarique. Cette réaction est utilisée dans l'industrie alimentaire car la conservation des graisses ainsi "réduites" est améliorée mais les acides gras saturés sont athérogènes.

• Oxydation

Plusieurs types d'oxydation sont possibles :

- L'oxydation forte comme celle obtenue par le permanganate de potassium.

Elle provoque la rupture de l'acide gras au niveau chaque double liaison, les carbones de la double liaison s'oxydant jusqu'à la fonction acide

COOH COOH HOOC COOH+

13

Fixation des halog ènes

l'indice iode : nombre de centigrammes d'iode fixé par gramme de matière grasse en solution chloroformique. 274 cg/gacide linolénique18 : 3

181 cg/gacide linoléique18 : 290 cg/gacide oléique18 : 1

valeurs d'indices d'iode

HalogénationII

+ I2

• Fixation des halogènes

A la température ordinaire, l'iode se fixe sur la ou les doubles liaisons donnant un dérivé halogéné de l'acide gras insaturé (2 atomes d'iode par double liaison). Cette réaction est utilisée pour établir la proportion d'acides gras insaturés d'une matière grasse :

14

Glycérides

4. Propriétés biologiques

Il convient de bien réaliser que les acides gras qu'il s'agisse de l'alimentation, ou des formes biologiques (circulation plasmatique ou stockage dans les adipocytes) sont le plus souvent estérifiés sous forme de triglycérides. Après la lipolyse qui survient dans les tissus adipeux, il existe toutefois dans l'organisme une circulation d'acides gras non estérifiés dits "libres", qui sont transportés par l'albumine.

LES GLYCÉRIDES

Parmi ces constituants, les triglycérides sont les plus importants car c'est sous cette forme que s'effectue l'apport alimentaire en lipides (environ 100 g/jour) et que se réalise le stockage lipidique dans le tissu adipeux.

1. Description

Les glycérides sont des mono-, di- ou triesters d'acide gras et du glycérol qui est un trialcool à 3 carbones. Le glycérol n'a pas de carbone asymétrique et est soluble en toutes proportions dans l'eau : ce n'est donc pas lui-même un lipide.

L'estérification rapide porte sur les fonctions alcools primaires (ɑ, ɑ '), l'estérification lente porte sur la fonction alcool secondaire (β ).

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Estérification

On peut avoir :

-des monoglycérides ɑ, ɑ ' (isomères ɑ) ou β (isomères β ) ou monoacylglycérols.

- des diglycérides ɑ ɑ ', ou ɑ β ou ɑ ’ β . Ces diacylglycérols sont homogènes (contenant le même acide gras) ou hétérogènes (contenant des acides gras différents).

- des triglycérides ou triacylglycérols homogènes ou hétérogènes.

Les triglycérides ou "graisses" représentent 95 % des lipides alimentaires de l'homme, 10 à 15 % de son poids corporel dont 90 % sont en réserve dans le tissu adipeux.

Les triglycérides homogènes sont exceptionnels car il faut qu'un même acide gras représente au moins 75% du pool des acides gras présents, situation qui n'est trouvée que dans les végétaux, notamment dans les fruits.

Chez l'homme, la distribution des acides gras suit le principe de l'hétérogénéité maximum. Selon les concentrations respectives des acides gras dans le milieu, on a donc des triglycérides hétérogènes à 2 acides gras différents ou des triglycérides hétérogènes à 3 acides gras différents.

En règle générale :

Le carbone a fixe préférentiellement les acides gras les plus abondants et les acides gras saturés.

L'estérification, en a a' par 2 acides gras différents, fait du carbone β un centre d'asymétrie, d'oùl'existence d'isomères, le type L correspond aux triglycérides naturels.

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Propriétés physiques

+ 69 °Cacide stéarique18 : 0

+ 44 °Cacide élaïdique18 : 1 trans

+ 16 °Cacide oléique18 : 1

- 5 °Cacide linoléique18 : 2

- 11 °Cacide linolénique18 : 3

Fusion : effet de l’insaturation

+ 84 °Cacide lignocérique24 : 0

+ 63 °Cacide palmitique16 : 0

- 8 °Cacide butyrique4 : 0

Fusion : effet de la longueur de la chaîne

Effet de la température

2. Propriétés physiques

Les diglycérides et les triglycérides sont solubles dans l'éther, le chloroforme, l'acétone, le benzène et le tétrachlorure de carbone, ils sont très peu solubles dans l'eau, sauf après traitement par la soude ou la potasse à chaud.

Les triglycérides, molécules non orientées, se regroupent en gouttelettes huileuses ; les mono- et diglycérides s'organisent, en partie, en micelles grâce àleurs hydroxyles libres.

Le point de fusion dépend de la composition en acides gras et est d'autant plus bas que la teneur en acides saturés est faible, et que la chaîne carbonée est courte. En fonction de ce point de fusion, les triglycérides se présentent sous forme liquide ou cristalline

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Indice de saponification

L’indice de saponification est le nombre de mg de potasse nécessaire pour transformer en savons 1 gramme de graisse ou d'huile.

172triarachidine3xC20

208tripalmitine3xC16

556tributyrine3xC4

Exemples d'indices

CH

CH 2 R1

CH 2 O - C - R3

CH OH

CH 2 OH

CH 2 OH

COOK

R2 COOK

R3 COOK

O - C - R1

O - C - R2 + 3 KOH +

O

O

O

Hydrolyse alcaline

3. Propriétés chimiques

Hydrolyses

• Hydrolyse alcaline

- L'hydrolyse alcaline ou saponification donne du glycérol et des savons d'acides gras.

On appelle "INDICE DE SAPONIFICATION" le nombre de mg de potassenécessaire pour transformer en savons 1 gramme de graisse ou d'huile.

Pour les triglycérides, le nombre des liaisons à rompre est constant puisqu'égal à3, donc l'indice de saponification est inversement proportionnel à la masse moléculaire du triglycéride et par conséquent renseigne sur la longueur moyenne des acides gras constitutifs.

Au cours de cette détermination, on s'intéresse aussi à l'insaponifiable ou partie extractible par l'éther après hydrolyse prolongée en milieu alcalin. L'insaponifiable correspond à l'existence de cires, stérols et alcools supérieurs éventuellement ajoutés dans un contexte de fraudes.

18

Hydrolyse enzymatique

Hydrolyses enzymatiques

lipase pancréatique

TG alimentaires

chylomicrons

ββββ−−−−MGAG TG

TGVLDL albumineTG

lipoprotéine lipase

triglycéride lipase

AG

Hydrolyse acide

L'hydrolyse est réalisée en milieu acide (H2SO4 à 5 %) dans l'industrie pour la fabrication des savons, des bougies et des produits pharmaceutiques.

• Hydrolyse enzymatiqueDans le duodénum, elle est le fait de la lipase pancréatique . La surface de contact, donc d'action du site actif de la lipase, est augmentée par les sels biliaires qui, par leur pouvoir émulsionnant, permettent la formation de micelles mixtes (sels biliaires + triglycérides), et par conséquent une action plus complète de l'enzyme. L'hydrolyse débute au niveau des carbones ɑ et ɑ '. Le βmonoglycéride obtenu est hydrolysé sous forme b ou après isomérisation préalable en a monoglycéride.

Au niveau périvasculaire pour alimenter les tissus, la lipoprotéine-lipase libère les acides gras par hydrolyse des triglycérides des chylomicrons ou des VLDL.

A partir des sites de stockage et notamment des adipocytes, la triglycéride lipase libère des acides gras qui sont pris en charge par l'albumine pour être distribués dans les tissus demandeurs d'énergie comme les muscles (voir figure à compléter en annexe).Oxydation Le rancissement des glycérides résulte de l'oxydation des doubles liaisons des acides gras insaturés constitutifs.

RéductionLes glycérides dont les acides gras ne sont pas saturés peuvent fixer de l'hydrogène, donnant les glycérides à acides gras saturés correspondants.

HalogènationComme pour les acides gras, la quantité d'iode fixée est proportionnelle au nombre des doubles liaisons.

19

Propriétés biologiques

cellules spumeuses

artère

intima

plaque fibreuse

‘

4. Propriétés biologiques

Parmi tous les constituants biologiques, les triglycérides possèdent un des meilleurs rendements caloriques par unité de poids, mais ils ne peuvent pas franchir les membranes plasmiques d'où la nécessité d'une activité lipasique, lipase pancréatique - lipoprotéine lipase - triglycéride lipase, suivie d'estérification à chaque franchissement.

20

Cholestérol

HO

12

34

56

7

89

10

1112

13

1415

16

17

18

19

20

21

22

23

24

2526 27

A B

C D

Configuration cis dérivé 5βcoprostanol

3

HO

CH3CH

R

H

H

3

HO

CH3CH

R

H H

Configuration trans dérivé 5αcholestanol

Les stéroïdes et les vitamines terpéniques

1. Le cholestérol

Presque tous les cycles des stéroïdes naturels prennent la forme "chaise" car c'est la configuration la plus stable. Les charnières entre les cycles B & C et C & D sont toujours en configuration trans. Il reste donc l'isomérie concernant les cycles A et B donnant lieu à des composés appelés 5 a (au dessous du plan) ou 5 b (au dessus du plan) selon que le substituant en 5 est en trans ou cis du méthyle C19, celui-ci étant au dessus du plan.

Le cholestérol est un des stérols les plus importants chez les animaux supérieurs, tant quantitativement qu'en raison des dérivés auxquels il donne naissance notamment les acides biliaires et les hormones stéroïdes.

21

Acides biliaires

hydroxyles en

• acide cholique 3, 7, 12• acide chénodésoxycholique 3, 7

• acide désoxycholique 3, 12• acide lithocholique 3

acides biliaires primaires et secondaires

0,5 g/j

synthèse 0,5 g/j

circulation20 g/j

acides biliaires

cholestérol cholestanolcoprostanol

0,5 g/j

alimentation 0,3 g/j

synthèse 0,7 g/j

cholestérolAPPORTS

ELIMINATION

micelle intestinale de glycérides entourés

d’acides biliaires

HO OH

OH

COOH3 7

12

acide cholique

COOHCH3

CH3

OH

OH

OH

2 COOH…CO-NH CH

CH 2 CH 2 SO H3

le glycocolle

la taurine

amidification avec :

…CO-NH

Acides biliaires primaires

Acides biliaires secondaires

Propriétés biologiquesL'importance du cholestérol est considérable au titre de :

- constituant indispensable des membranes, sous forme libre ou estérifié,- précurseur des acides biliaires, des hormones stéroïdes,- facteur de risque athérogène.

Représentation schématique d'une plaque d'athérome avec notamment le capuchon fibreux, le thrombus plaquettaire et le centre mou formé de débris cellulaires et de lipides.2. Les acides biliairesLes acides biliaires sont quantitativement les dérivés les plus importants du catabolisme du cholestérol. Ils possèdent le même squelette : l'acide cholanique saturé en C 24.

La bile humaine renferme 4 acides biliaires mono, di- et trihydroxylés, tous les hydroxyles sont en ɑ et l'hydrogène en 5 est en β , ce qui rattache ces acides àl'épicoprostanol.

Ces acides n'existent pas à l'état libre dans la bile, mais à l'état de dérivés conjugués formés par amidification du carboxyle par le groupement aminé du glycocolle ou de la taurine.

Au pH de la sécrétion biliaire (pH voisin de 8), ces acides sont sous forme de sels de sodium ou de potassium, solubles dans l'eau ou "sels biliaires " : ils se comportent comme des agents mouillants et émulsionnants.

22

Les hormones stéroïdes

17OH-Progestérone

hydroxylation en 17

OH

O

O

coupure de la chaîne latérale

TestostéroneO

OH19

HO

Progestérone

Cholestérolcoupure

isomérisationoxydation

O

O27

21

Aldostérone

OH en 21, 11, 18oxydation en 18

HO CHOCH2OH

O

O

zone gloméruléede la surrénale

OH en 21 puis 11

Cortisol

HOCH2OH

OH

O

O

z. fasciculée

Molécules résistantes, durée de vie longue

Avec protéine de transport,Hydrophobes,

franchissant les membranesAction globale

EstradiolHO

OH18

aromatisation du cycle A

3. Les hormones stéroidesCes hormones dérivent du cholestérol comme indiqué schématiquement ci-dessous.La progestéroneObtenue après coupure de la chaîne latérale du cholestérol, elle est cétonique en 3 et 20. Synthétisée dans de nombreuses glandes endocrines comme intermédiaire à la formation des autres hormones, la progestérone est une hormone quand elle est sécrétée par le corps jaune de l'ovaire et par le placenta. Elle favorise alors l'implantation et le maintien de l'oeuf.Le cortisolObtenu à partir de la progestérone par les hydroxylations en 17, puis 21, puis 11 opérées dans la zone fasciculée du cortex surrénalien. Hormone anti-stress, le cortisol augmente la glycémie et le catabolisme protéique.L'aldostéroneObtenu à partir de la progestérone par hydroxylations en 21, puis 11, puis 18. L'hydroxyle 18 subit ensuite une oxydation en aldéhyde. Ces réactions ont lieu dans la zone glomérulée du cortex surrénalien. L'aldostérone règle l'équilibre ionique de la pré-urine au niveau du tubule distal en provoquant une rétention de sodium et une élimination de potassium.La testostéroneHydroxylée en 17, cétonique en 3, la testostérone est essentiellement d'origine testiculaire (95 %) et faiblement cortico-surrénalienne (5 %), d'où sa présence, en faible concentration, chez la femme. Elle est anabolisante et contribue au développement des caractères sexuels masculins, même si c'est en fait une pré-hormone, l'hormone vraie étant la dihydrotestostérone DHT.L'estradiolDeux fois hydroxylés en 3 et en 17, l'aromatisation du cycle A confère à l'hydroxyle en 3 un statut original de phénol. C'est la principale hormone estrogénique, sécrétée par les ovaires et le placenta.

23

Le calcitriol ou hormone antirachitique

Besoins 10 µg/jourCalcification de l’os :• augmentation de l’absorption intestinale Ca/P• minéralisation de l’osRachitisme en cas de carence

calcitriolHO

OH

OH

rein : OH en 1

UV dans lederme de la peau

7-déhydro-cholestérol

HOB

cholécalciférol

HOB

foie : OH en 25

HO

calcidiolOH

Le calcitriol ou hormone antirachitique

Il dérive du cholestérol, lequel, par deshydrogénation conduit au 7-déhydro-cholestérol qui par irradiation UV dans le tissu sous-cutané donne le cholécalciférol.Le 7-déhydrocholestérol est caractérisé par un groupement diénique D5,7 et un hydroxyle en 3.Rappelons que le rachitisme ou l'ostéomalacie sont caractérisés par une calcification insuffisante du cartilage et de l'os. Le dérivé le plus actif, le calcitriol, est le produit obtenu après hydroxylations en 25 puis en 1 qui ont lieu respectivement dans le foie et le rein.La notion de vitamine D est progressivement abandonnée puisque l'organisme peut synthétiser ces produits.

24

Les vitamines A

ouverture des canaux Na , Ca+

GMPc

PP

GTP

2+

Na+

Ca2+

Na+

fermeture des canaux

GMP

polarisation de la membranesensation lumineuse

Ca2+

Na+

PDE

3CH

photon CHCH3

CH3

CH3 CH3

NH…

tout-trans-rétinalCH=NH…

CH3

H C3

CH3

CH3

CH3

I

11-cis-rétinal

4. Les vitamines A

Les vitamines A sont des variantes du rétinol, alcool isoprénoïque de 20 carbones qui provient de la scission d'un dimère de 40 carbones, le b -carotène. Le rétinol est oxydé en rétinal qui se lie sous forme de 11cis-rétinal à une lysine de l'opsine, protéine de la rétine. Sous l'influence d'un photon, le cis-rétinal s'isomérise en trans-rétinal, ce qui entraine un changement de conformation, une succession d'amplification, la rupture de la liaison et la libération du trans-rétinal

L'amplification provoque une hyperpolarisation transmise au cerveau qui interprète les signaux et crée la vision. La régénération du cis-rétinal n'ayant pas un rendement de 100 %, les besoins en rétinol sont de l'ordre du milligramme par jour

25

Les vitamines E

vit C NADH, H

NAD

+

+vit C

O

HO

CH3CH3

CH3

H C3 ORROO

ROOHO I

OH

Antioxydants des huiles végétales, 10 mg/j

Les vitamines E ou tocophérols

Radical hydroperoxyl

5. Les vitamines E

La forme principale de la vitamine E est l' a-tocophérol qui comporte un noyau chromanol et une chaîne latérale isoprénique.

La fonction majeure des vitamines E est un rôle protecteur contre les peroxydes qui oxydent les doubles liaisons, en particulier celles des acides gras membranaires. Les tocophérols s'oxydent à la place des acides gras et se régénèrent par un mécanisme qui met en jeu la vitamine C et finalement le NADH,H+. Comme cette régénération est partielle, les besoins quotidiens (10 mg/j) sont couverts par l'alimentation (oeufs, foie, huiles).

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Les vitamines K

CH3CH3

CH3CHCH2 (CH )323

CH

CH3

CH

O

O

I I

2O 2, CO

DTTH2, NADPH

Synthétisées par la flore intestinale, 100 µg/j

Enzymes circulantes de la coagulation : prothrombine, facteur anti-hémophilique B

CH COOHCHCHCO

NH

22

2 CHCOO

CHCHCO

NHCaEnzymes activées

immobilisées

COO 2+

Les vitamines K

Les vitamines K sont des méthyl-naphtoquinones substituées en 3 par une chaîne de 20 carbones. Elles sont indispensables à la coagulation en participant à la carboxylation de restes glutamates de certains facteurs de la coagulation.

Ainsi, les 10 premiers résidus de glutamate de l'extrémité N-terminale de la prothrombine sont carboxylés, ce qui lui permet de chélater le calcium puis de s'associer aux phospholipides de la membrane plaquettaire activée.

Les vitamines K sont synthétisées par la flore intestinale et les besoins quotidiens sont d'environ 100 µg/j.

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LES GLYCÉROPHOSPHOLIPIDES ET LES SPHINGOLIPIDES

phase aqueuse

liposome65%

phosphatidylcholinesou lécithines

choline

- O - CH - CH -N CH3

CH

CH O - P

2O

2 2 2

O

CH3

CH3

+

- C - R1

O - CH 2R - C - O

O

O

Émulsion du jaune d’œuf, surfactant pulmonaire

25%

CH

P

CH2

CH2 O

O - C R1

R2 C - O

O

O NH3CH2 CH2

Phosphatidyl-éthanolaminesou céphalines

-

+O

O

O

éthanolamine

Feuillet interne, abondance relative dans le cerveau.

10%

- O - CH - NHCH O - P2 2

O

O - CH2R - C -

+3

COO

CH2 O - C - R1O

O

Osérine

phosphatidylsérines

Feuillet externe en apoptose

zone polaire

zone apolaireP+

LES GLYCÉROPHOSPHOLIPIDES ET LES SPHINGOLIPIDESAprès l'étude des homolipides, l'examen des hétérolipides remet en scène des esters d'acides gras. L'introduction du phosphore augmente localement la polarité de ces molécules ce qui leur permet de jouer un rôle essentiel comme constituants membranaires.

L'estérification d'une fonction alcool du glycérol par une fonction acide de l'acide orthophosphorique conduit à 2 isomères suivant que l'estérification porte sur la fonction alcool primaire ou secondaire. L'isomère naturel est l'acide La-glycérophosphorique correspondant àl'estérification de la fonction alcool primaire du glycérol.

1. Les acides phosphatidiquesL'estérification des 2 fonctions alcool de l'acide glycérophosphorique par le même acide gras ou 2 acides gras différents, conduit aux acides L a-phosphatidiques.

Les acides phosphatidiques sont les plus simples des phospholipides. Ils ont des propriétés voisines de celles des triglycérides, mais leur caractère acide est plus marqué.Cette structure est caractérisée par une chaîne hydrophile polaire et deux chaînes hydrophobes non polaires. Il en résulte une auto-agrégation orientée. La répulsion entre les chaînes hydrocarbonées (R1,R2) et l'eau tend à former des agrégats dans lesquels l'extrémité acide phosphorique est en contact avec l'environnement aqueux.

Les agrégats peuvent être de deux types :

-sphériques, comme nous l'avons vu précédemment pour la formation des micelles,- en double couche , du type de celle rencontrée dans la membrane cellulaire, ce sont les liposomes.

-A l'état libre, les acides phosphatidiques sont insolubles dans l'eau, mais solubles dans les solvants organiques. Dans les cellules, à l'état de traces, ils sont sous forme de sels de calcium ou de sodium solubles dans l'eau

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Phospholipase

4 catégories :

- O - CH - CH -N CH3

CH

CH O - P

2O

2 2 2

O

CH3

CH3

+

- C - R 1

A1

A2

DC

O - CH 2R - C - O

O

O

- O - CH - CH -N CH3

CH

CH O - P

2 O

2 2 2

O

CH3

CH3

+

- C - R1

CH-OH O

O

Phospholipase A2

lysolécithines

fragilisation membranairecytolyse

2. Les phosphatides azotés• Les lécithines ou phosphatidylcholinesElles dérivent des acides La phosphatidiques, par l'estérification d'une fonction acide de l'acide orthophosphorique par la fonction alcool de la choline (ou triméthyléthanolamine). La formule générale des lécithines est donc (les flèches indiquent les sites d'hydrolyse des phospholipases) :Les lécithines diffèrent entre elles par la nature des acides gras constitutifs. Ce sont des substances jaunes, cireuses, insolubles dans l'acétone et solubles dans le benzène et le chloroforme.Les lécithines et les phosphatides azotés n'adoptent pas facilement la structure micellaire classique des molécules amphiphiles car la partie polaire est très volumineuse ; ils s'assemblent donc en couche bimoléculaire.Les émulsions ainsi obtenues sont particulièrement stables, ce qui explique :

- les propriétés émulsionnantes du jaune d'oeuf (particulièrement riche en lécithines),- le fort pourcentage des phospholipides dans les membranes cellulaires. Le surfactant

pulmonaire , complexe multimoléculaire qui tapisse les alvéoles, est particulièrement riche en dipalmityl-phosphatidylcholine (52% de la composition totale),

- l'utilisation industrielle des liposomes, vésicules de lécithines formées d'une ou plusieurs bicouches emprisonnant le solvant, en cosmétologie et en pharmacologie.Les lécithines peuvent être hydrolysées :

- par les alcalins ou les acides. L'hydrolyse alcaline douce libère les acides gras sous forme de savons, mais laisse intact le squelette glycérol-acide phosphorique-choline. L'hydrolyse alcaline plus poussée libère la choline, mais le glycérol phosphate subsiste. Cette liaison ne peut être rompue que par hydrolyse acide à chaud.

- par les phospholipases A1, A2, C et D . La phospholipase A1 libère l'acide estérifiant la fonction alcool primaire. La phospholipase A2 (présente dans les venins de serpent et le suc pancréatique) donne, après libération de l'acide gras du carbone ß, les lysolécithines hémolysantes (d'où le préfixe lyso-) car elles peuvent déstabiliser la membrane et provoquer la lyse des globules rouges quand elles deviennent trop abondantes dans la membrane érythrocytaire.La phospholipase C génère la phosphorylcholine et un diglycéride.La phospholipase D (surtout végétale) donne un acide phosphatidique et la choline.• Les céphalines ou phosphatidyléthanolaminesCes phosphatides azotés accompagnent les lécithines dans tous les tissus, elles sont appelés céphalines en raison de leur abondance relative dans le cerveau. Ce sont des solides blancs, très solubles dans l'alcool. Par hydrolyse enzymatique, on peut obtenir des lysocéphalines.

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PP

P

inositol

3 Pi

IP32+

libérationde Ca

x2

ATP

ADP

PI ou phosphatidylinositol

DGou DAG

activationde laprotéinekinase c

acide phosphatidiqueCTP+ CMP

ATP

ADP

C - C - C

Les phosphoinositides

Phospholipase C

protéine G activée

PP

P

PIP2

1

45

C- C- C

3. Les phosphatidylinositols

Les phosphatidylinositols possèdent en commun de l'inositol, polyalcool cyclique, apparenté aux hexoses, à la place de la choline. Le myoinositol est l'isomère le plus fréquent. Ils sont présents dans les cellules animales au niveau des membranes plasmiques et mitochondriales.

Les phosphatidylinositols interviennent dans la formation de messagers intra-cellulaires qui sont libérés en réponse à un signal extra-cellulaire. D'une part l'inositol triphosphate (IP3) libère les ions calciums stockés dans le reticulum sarcoplasmique, d'autre part les diglycérides (DG) activent la protéine kinase C et augmentent la synthèse des eicosanoïdes. Les conséquences de ces activations varient selon les tissus : il s'agit, par exemple, de libération de glucose par le foie ou de la formation de la membrane de fécondation de l'oeuf. Le réapprovisonnement en messager s'effectue dans un cycle des inositides schématisé ci-dessous

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Les sphingolipides

zone polaire

zone apolairesphingosine

CH NH 2

CH

CH2 OH

HO

CH354

3

2

1

+ acide gras = céramides

+ phosphorylcholine =sphingomyélines 10%

- O -CH -CH -N CH3O - P 2 2

O

CH3

CH3

+C

O

OCH NH

CH

CH2 O

HO

4. Les sphingolipides

Les sphingolipides renferment dans leur structure une molécule de sphingosine , alcool azoté qui permet un assemblage ressemblant à celui des phosphatidylcholines.

La sphingosine est un amino-alcool éthylénique de 18 carbones possédant :- un hydroxyle en C1 et en C3,

- une fonction amine en C2,

- une double liaison en 4-5.En dehors de la sphingosine, les sphingolipides renferment des acides gras et, selon les cas, l'acide phosphorique, l'acide sulfurique, l'acide sialique, la choline ou des oses.

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Les lipoprotéines

4 – 7 g/ltotal0,06- 0,16Acides gras libres

4,5 - 6,01,0 - 2,6Cholestérol2,5 - 3,11,2 – 2,5Phospholipides1,1- 2,20,8 - 1,6Triglycérides

mmol/lg/lconcentrations

1%> 1,28tissu adipeuxAGL(albumine)

501,215 - 15foie etchylomicrons

HDL701,03419 - 23VLDLLDL920,9730 - 80foieVLDL980,93> 70intestinChylomicrons

lipides%

densitég/ml

diamètrenm

origineFraction

chylomicrons

VLDL

acides grasliés à

l'albumine

LDLHDL

dépôt

Les lipoprotéines : chylomicronsVLDL very low density lipoproteinsLDL low density lipoproteinsHDL high density lipoproteins

anode

LES LIPOPROTÉINES ET LES MEMBRANES

1. Les lipoprotéines

Les lipides circulent dans le sang en association avec des protéines spécifiques appelées apolipoprotéines : les complexes ainsi formés sont nommés lipoprotéines .Ces constituants font l'objet de nombreux travaux car les dyslipoprotéinémies sont étroitement associées à la maladie athéromateuse qui est à l'origine des accidents cardio-vasculaires, première cause de mortalité dans les pays industrialisés.

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Chylomicrons

HDLapoA

LDL

VLDL

acide gras

albumine

apoBcholestérol

chylomicrons

triglycérideslipasepancréatique

sels biliaires

triglycérides

LPLacides graset mono-

glycéridesTG

Les lipoprotéines peuvent être séparées en plusieurs catégories plus ou moins riches en lipides en fonction de leur densité ou de leur mobilité électrophorétique.

- Les chylomicrons , synthétisés par les entérocytes pendant la digestion, assurent le transfert des acides gras aux cellules musculaires et adipeuses. Les chylomicrons ne sont donc pas des constituants permanents du sang contrairement aux autres lipoprotéines. Après avoir libéré leurs triglycérides aux tissus sous l'action de la lipoprotéine-lipase, les chylomicrons se transforment en remnants .

- Les pré- b lipoprotéines ou lipoprotéines de très basse densité ou VLDL (Very Low Density Lipoproteins) sont synthétisées par le foie. Elles permettent la secrétion permanente des triglycérides de synthèse endogène. Elles sont très riches en triglycérides.

- Les b lipoprotéines ou lipoprotéines de basse densité ou LDL (Low Density Lipo-proteins) sont des formes d'évolution des VLDL. Elles contiennent principalement du cholestérol estérifiéqu'elles apportent aux cellules par l'intermédiaire d'un récepteur membranaire.

- Les alipoprotéines ou lipoprotéines de haute densité ou HDL (High Density Lipoproteins) ont une origine mixte hépatique et plasmatique (à partir de replis des chylomicrons). Elles assurent le retour du cholestérol des tissus vers le foie.

- L'albumine n'est pas une lipoprotéine, mais il faut la citer ici pour son rôle de transport des acides gras libres (non estérifié). Le turnover de ces acides gras est très rapide et compense leur faible concentration plasmatique.

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HDLapoA

LDL

VLDL

acide gras

albumine

apoBcholestérol

chylomicrons

triglycérideslipasepancréatique

sels biliaires

triglycérides

LPLacides graset mono-

glycéridesTG

Les apolipoprotéinesLes apo A sont les apolipoprotéines principales des HDL. Elles représentent 60% des protéines des HDL. L'apo AI joue un grand rôle dans le transport du cholestérol des tissus au foie d'où la caractéristique anti-athérogène qui lui est attribuée..

Les apo B100 et B48 (respectivement hépatiques et intestinales) sont les constituants majeurs des chylomicrons, des VLDL et des LDL. Au cours de la maturation des VLDL en LDL, le site reconnu par le récepteur aux apo B se démasque et les LDL alimentent les cellules en cholestérol.

Parmi les autres apolipoprotéines, l'apo C est importante car c'est un cofacteur nécessaire àl'activité de la lipoprotéine lipase.

34

FIN