Biochimie Structurale - Cours des Lipides

SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi Université Sidi Mohamed Ben Abdellah Faculté des Sciences Dhar El Mehraz – Fès Département de Biologie Année universitaire: 2013-2014 SVI-S3 Module: Biochimie Structurale Cours de Lipides I- Généralités: 1) Définition: Du latin: Lipos, - Les lipides sont des esters formes par l'union d'un alcool avec un ou plusieurs acides gras. - Ce sont des molécules organiques insolubles dans l'eau, et solubles dans les solvants organiques apolaires tels que: benzène, chloroforme, éther…. 2) Rôles biologiques:    Réservoirs énergétiques: Ils sont une réserve énergétique mobilisable, 1g de lipides correspond à 9 kcal, soit 8 ATP/atome de carbone (Dans les glucides ≈ 6 ATP/atome de carbone) Rôle structurale: Ils présentent environ 20% du poids du corps, La matière blanche du cerveau est de nature lipidique, Ils entrent dans la composition des membranes biologiques, …… Précurseurs: La majorité des hormones sont synthétisées a partir des lipides, Les lipides ont un rôle de précurseurs: stéroïdes, vitamines, prostaglandines. 3) Les acides gras (AG): Ils sont monoacides, linéaires, a nombre pair de carbone, soit saturés soit insaturés. 1 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi 3.1- Les A.G saturés: Formule générale: H3C – (CH2)n – COOH nb de C 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Nom usuel: acide –ique ac. butyrique ac. caproïque ac. caprylique ac. caprique ac. laurique ac. myristique ac. palmitique ac. stéarique ac. arachidique ac. béhénique ac. lignocérique Formule CH3 – (CH2)2 – COOH CH3 – (CH2)4 – COOH CH3 – (CH2)6 – COOH CH3 – (CH2)8 – COOH CH3 – (CH2)10 – COOH CH3 – (CH2)12 – COOH CH3 – (CH2)14 – COOH CH3 – (CH2)16 – COOH CH3 – (CH2)18 – COOH CH3 – (CH2)20 – COOH CH3 – (CH2)22 – COOH Le premier carbone est le carboxyle (COOH). 3.2- Les A.G insaturés: 3.2.1- Nomenclature: Il existe deux types de nomenclature:  Physiologique: En partant du dernier carbone (le méthyle). Cn: k ɯ n' Où; n= nb d'atomes de C, k= nb de double-liaisons, et n'= la position de la 1ère d.L  Chimique: En partant du 1er carbone (le carboxyle). Cn: k Δ n' Où; n= nb d'atomes de C, k= nb de double-liaisons, et n'= la position de la 1ère d.L Remarque: La désignation des AG insaturés la plus courante est celle des physiologistes. Elle est utilisée en médecine clinique et en biologie. 3.2.2- Les AG monoinsaturés: nb de C 16 18 22 2 ‫الصفحة‬ Acide ac. palmitoléique ac. oléique ac. érucique Formule H3C – (CH2)5 – CH = CH – (CH2)7 – COOH H3C – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – COOH H3C – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)11 – COOH http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi La présence d'une d.L dans un AG entraine une isomérie cis-trans; les AG naturels sont cis: Trans Cis 3.2.3- Les AG polyinsaturés: Les plus importants sont l'ac. linoléique et l'ac. linolénique qui sont des acides gras indispensable ( l'organisme est incapable de les synthétiser et doivent lui être apportés par l'alimentation.  Famille linoléique (ɯ6): - L'acide linoléique: C18: 2 ɯ6 C'est un AG en C18 avec 2 d.L (ɯ6,9) Besoins quotidiens: 3 – 4 g H3C – (CH2)4 – (CH = CH – CH2)2 – (CH2)6 – COOH - L'acide arachidonique: C20: 4 ɯ6 Il possède 4 d.L en ɯ6,9,12,16 Il synthétisé (par voie enzymatique) dans l'organisme a partir de l'ac. linoléique. H3C – (CH2)4 – (CH = CH – CH2)4 – (CH2)2 – COOH En l'absence de l'ac. linoléique dans l'alimentation, l'ac. arachidonique devient indispensable.  Famille linolénique (ɯ3): - L'acide linolénique: Il possède 3 d.L en position ɯ3,6,9 H3C – CH2 – (CH = CH – CH2)3 – (CH2)6 – COOH 3.3- Les AG "cycliques": Les prostaglandines sont des AG à 20 atomes de C qui présentent un cycle à 5C. Il existe pour ces AG particuliers plusieurs classes: PGA, PGB, PGE … etc. (En indice est indiqué le nb de d.L situées en dehors du cycle), la lettre caractérise le cycle. 3 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi II- Propriétés des AG: 1) Propriétés physiques: 1.1- La solubilité: - Il sont solubles jusqu’à 4C dans l'eau. - La solubilité diminue quand le nb de C augmente. - Ils sont insolubles à partir de 10C. Remarque: Ils sont solubles dans les solvants organiques apolaires. 1.2- Le point de fusion: - Augmente avec le nb de C. - Diminue quand l nb de d.L augmente. Ils sont liquides à 20˚C si n < 10C Ils sont solides à 20˚C si n > 10C 2) Propriétés chimiques: 2.1- β-oxydation: Coupure de l'AG en molécules constituées de 2C, suivie d'une oxydation pour donner l'ac. acétique (qui entre dans le cycle de Krebs  Catabolisme). 2.2- Oxydation des d.L: Des oxydants tel que: KMnO4 en milieu très basique permettent de localiser la d.L. R – (CH2)n – CH=CH – (CH2)n' – COOH + KMnO4 R – (CH2)n – COOH + HOOC – (CH2)n' – COOH - L'oxydation par O2 de l'air conduit au rancissement des graisses. - L'oxydation enzymatique intracellulaire de l'ac. arachidonique par la cyclooxygénase (cyclisation + oxydation) conduit aux prostaglandines qui sont des médiateurs très actifs, rapidement dégradées. Remarque: Action biologique des prostaglandines. Elles interviennent dans: * La contraction des muscles lisses (intestin, utérus, vaisseaux), * La régulation du métabolisme, 4 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi * L'agrégation plaquettaire, (l'aspirine est un antiagrégant plaquettaire). 2.3- L'addition de l'iode: L'ouverture de la d.L permet la fixation de 2 atomes d'iode. La détermination de la quantité d'iode fixée permettra de connaitre le nb de d.L (indice d'iode: I.I). 2.4- Saponification: formation de sels de sodium ou de potassium Ce sont des savons à propriétés moussantes, mouillantes et émulsionnantes. Dans l'eau, les savons se dissocient en R – COO- et Na+ (ou K+), l'anion a 2 pôles: R ------------- COOHydrophobe hydrophile La réaction de saponification est: R – COOH + KOH -----------> R – COO-K+ + H2O Ces molécules appelées amphiphiles ou amphipathiques sont tensioactives: elles abaissent la tension superficielle de l'eau, d'où leurs propriétés. 2.5- Estérification: Les lipides réagissent avec les alcools (glycérol, stérol….), avec le Coenzyme A, pour former des esters. III- Classification des lipides: 1) Les lipides simples: Sont des lipides constitués de C, H et O. 3 types d'alcools sont estérifiés par des AG: o o o Glycérol ----> Glycérides Cholestérol ----> Stérides Alcools a PM élevés ----> Cérides (non étudiés ici) 1.1- Les glycérides: -fig- Si les 3 AG sont identiques, le triglycéride est homogène. S'ils sont différents, il est hétérogène. Le C2 devient asymétrique. 5 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi - Ce sont les lipides naturels les plus nombreux, présents dans le tissu adipeux (graisses de réserves) et dans de nombreux huiles végétales. Ils représentent une réserve énergétique importante chez l'Homme. - Ils sont solubles dans l'acétone, ce qui les différencie des phospholipides. Hydrolyse des triglycérides: - La lipase, enzyme de suc pancréatique  Monoglycéride + 2 AG -fig- La lipase hormonosensible (dans le tissu adipeux)  Glycérol + 3 AG (hydrolyse complète) 1.2- Les stérides: Le stéride est formé par estérification d'un AG sur la fonction OH en C3 du cholestérol. Le cholestérol: -figLe cholestérol est apporté par l'alimentation et synthétisé dans le foie. C'est un constituant des membranes (rôle dans la fluidité). Il sert dans l'organisme à la synthèse de 3 groupes de molécules: les hormones stéroïdes (cortisol, testostérone ….), la vitamine D3, les acides biliaires. La vitamine D3 ou Cholécalciférol: -figElle est synthétisée à partir d'un précurseur, le 7-déhydrocholéstérol présent dans la peau, qui se transforme en vitamine D3 (un prohormone) sous l'effet des UV. C'est une vitamine liposoluble qui prévient le rachitisme en favorisant la fixation du calcium sur l'os. 1.3- Les cérides: Lipides qui constituent les cires. On les trouvent dans:    Cires d'abeille Plumes des oiseaux La paroi des bactéries. 2) Les glycérophospholipides: 2.1- L'acide phosphatidique: Glycérol + 2 AG + H3PO4 -----> Ac. phosphatidique. 6 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi -fig- C'est l'élément de base des glycérophospholipides. - Les 2 AG ont une chaine longue ( ≥ 14C), l'AG en C2 est souvent insaturé. - Au pH physiologique, les 2 fonctions acides ( 2 OH de H3PO4) sont ionisées. - L'ac. phosphatidique est un second messager intracellulaire. 2.2- Les glycérophospholipides: Ils sont formés par la fixation d'un alcool sur l'ac. phosphatidique. Selon l'alcool, on obtient des classes différentes de lipides: 2.2.1- Phosphatidylsérines: Ac. phosphatidique + Serine -fig2.2.2- Phosphatidyléthanolamines: Ac. phosphatidique + éthanolamine -fig2.2.3- Phosphatidylcholines ou Lécithines: Ac. phosphatidique + Choline -figOn le trouve dans le cerveau, le foie, le jaune d'œuf. 2.2.4- Phosphatidylinositols: Ac. phosphatidique + Inositol L'inositol est un hexalcool cyclique qui a 9 isomères possibles. Le myoinositol est le plus fréquent dans les lipides. C'est un mésoinositol inactif sur la lumière polarisée. Le Myoinositol: -figLe phosphatidylinositol: -fig2.3- Propriétés des glycérophospholipides: - Ce sont des molécules amphipathiques (comme les savons), car elles présentent 2 pôles:  L'un est hydrophobe, dû aux AG 7 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi  L'autre est hydrophile, dû à l'ester phosphorique. - Ce sont des composes amphotères. 2.4- Hydrolyse des phospholipides: Il existe 4 phospholipases spécifiques: -figPhospholipide + :     A1 = AG saturé + lyso-1-phospholipide A2 = AG insaturé + lyso-2-phospholipide C = Diglycéride + Ester phosphorique ( Diacylglycérol) D = Ac. phosphatidique + Alcool Remarque: l'hydrolyse des phospholipides membranaires permet la synthèse des médiateurs lipidiques: o o o Une phospholipase A2 conduit aux PG, leucotriènes, lysophospholipides. Une phospholipase C conduit aux DAG (Diacylglycérol = Diglycéride), IP3 (Inositol 1.4.5-triphosphate) Une phospholipase D conduit à l'ac. phosphatidique. 3) Les sphingolipides: Ce sont des amides de la sphingosine, qui se forment par liaison du carboxyl de l'AG sur le NH2 de la sphingosine. -fig- la sphingosine 3.1- Acylsphingosine ou Céramide: C'est le plus simple des sphingolipides. L'AG est saturé et à longue chaine ( le plus souvent est l'ac. lignocérique). La céramide est un second messager intracellulaire. -fig3.2- Les sphingomyélines: Sphingosine + AG + phosphorylcholine -figOn les trouve dans les tissus nerveux (graine de myéline) et dans les membranes. La déficience en sphingomyélinase entraine leur accumulation dans le cerveau, la rate et le foie. 3.3- Les glycolipides: 8 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi 3.3.1- Cérébrogalactosides ou galactosylcéramides: Sphingosine + AG + β-D-galactose -fig3.3.2- Cérébroglucides ou Glucosylcéramides: Sphingosine + AG + β-D-glucose (liaison β-osidique) 3.3.3- Les gangliosides ou Oligosylcéramides: Sphingosine + AG + Chaine de plusieurs oses et dérivées d'oses (NANA) => (oligoside). - Ils sont abondantes dans les ganglions , d’où leur nom. - Ils sont présent sur la face externe de la membrane plasmique. - Ils sont spécifiques, donc reconnus par des protéines (toxines bactériennes, lectines). Exemple: Antigènes des groupes sanguins. IV- Structures des membranes biologiques: 1) Les constituants membranaires: 1.1- Les lipides: - Phospholipides, - Cholestérol, - Glycolipides. 1.2- Les protéines: Elles sont en nombre très variable (25-75%) et ont des fonctions spécifiques: protéines structurales, enzymes, protéines de transport, récepteurs …. 1.3- Les glucides: Ils sont associes, soit aux protéines (glycoprotéines), soit aux lipides (glycolipides). 2) Propriétés des membranes biologiques: - Des structures en forme de feuillets, - Elles sont asymétriques, c.-à-d. que la composition des faces externe et interne est différente. - Les lipides membranaires sont amphiphiles, avec une partie hydrophobe (apolaire => queue), et une partie hydrophile (polaire => tête). Elles forment spontanément des bicouches lipidiques, véritables barrières s'opposant aux flux des molécules polaires. 9 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/ SVI-MAROC__AbdelHadi-Zennouhi - Elles ont une structure fluide. Cette fluidité est maintenue par la nature des AG, et par le cholestérol. 10 ‫الصفحة‬ http://svi-stu.blogspot.com/