Structures et fonctions des lipides

Faculté de Médecine ierre et Marie Curie ACES 2013-2014 UE1 Structures et fonctions des lipides r François Couraud 1 Structures et fonctions des lipides Les lipides constituent un groupe hétérogène de molécules hydrophobes insolubles dans l eau et solubles dans les solvants non polaires (benzène, chloroforme ) lipos : insoluble dans l eau. A. rincipales fonctions des lipides B. Les lipides énergétiques B.1 Acides gras B.2 Triglycérides C. Les lipides structuraux C.1 Constituants des membranes C.2 récurseurs de médiateurs D. Lipides ayant des fonctions biologiques spécifiques: Coenzymes, hormones, médiateurs, vitamines 2

A. rincipales fonctions des lipides A.1 Réserve d énergie: les triglycérides 1 glycerol et 3 acides gras (AG) glycérol AG AG AG triglycérides - Molécules hydrophobes et anhydres : facilité de stockage - Structure commune au monde végétal (graines, huiles) animal (graisses,tissu adipeux) - État d oxydation très bas : très riche en énergie - Circulation entre les tissus dans des lipoprotéines compatibles avec un milieu aqueux 3 A.2 Certains lipides s organisent en bicouche pour former les membranes biologiques Ils sont amphiphiles artie polaire artie apolaire - Étanchéité - Fluidité membranaire artie polaire glycérol sphingosine AG sphingosine AG AG artie apolaire AG alcool choline glycéro phospholipides sphingomyéline glycolipides H cholestérol artie polaire 4

A.3 Les lipides membranaires sont une source de médiateurs - roduits de l hydrolyse des glycérophospholipides et des sphingomyélines - Impliqués dans la signalisation cellulaire A.4 Rôles spécifiques : - Coenzymes - Émulsifiants - Hormones - Vitamines - Ancres lipidiques des protéines 5 B. Les lipides énergétiques B.1 Les acides gras B.1.1 ropriétés générales des acides gras Chaîne hydrocarbonée fonction acide carboxylique ôle hydrophobe Molécule amphiphile CH3-(CH2) n-2 - CH ôle hydrophile Acides gras naturels: nombre pair d atomes de carbone de C4 à C24 Les acides gras libres sont ionisés à ph 7 6

Formation de sels de Na ou de K : savons ropriétés détergentes, moussantes, émulsionnantes C- Na hydrophobe hydrophile Molécule amphiphile, tensioactive huile eau détergent! toxique pour les cellules 7 Les acides gras naturels sont le plus souvent liés - par liaison ester avec le glycérol! triglycérides, phospholipides le cholestérol! esters de cholestérol - par liaison amide avec la sphingosine! sphingomyéline - par liaison thioester avec le coenzyme A B.1.2 Les acides gras saturés CH3- (CH2) n-2 - CH Méthyle terminal = Cn CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH Chaîne hydrocarbonée (16 carbones) Acide palmitique Carboxyle = C1 8

B.1.3 Les acides gras insaturés Acide oléique 18 16 14 12 10 9 7 5 3 17 15 13 11 8 6 4 2 CH3- (CH2) 7 - CH= CH- (CH2) 7 CH CH le plus abondant dans les graisses végétales et animales C 18 :1 (" 9) nombre de carbones nombre de doubles liaisons C 18 :0 acide stéarique Double liaison cis position de la 1ère double liaison en partant du CH3 terminal ( 16 14 12 10 9 7 5 3 1 15 13 11 8 6 4 2 16 :1 (" 7) CH ( acide palmitoléique 9 Les acides gras polyinsaturés (1) Famille " 6 (linoléique) indispensable, carence (besoins quotidiens : 3-4g/j) 18 16 14 11 8 6 4 2 17 15 13 12 10 9 7 5 3 1 CH CH3 (CH2) 4 - CH= CH- CH2- CH= CH- (CH2) 7 - CH osition malonique cis, malonyl Cis, conjugué 18 : 2 (" 6) acide linoléique désaturation CH 18 : 3 (" 6) acide # linolénique élongation désaturation 20 18 16 13 10 7 4 2 19 17 15 14 12 11 9 8 6 5 3 1 CH 20 : 4 (" 6) acide arachidonique Indispensable en l absence d acide linoléique dans l alimentation 10

Les acides gras polyinsaturés (2) Famille " 3 (linolénique) - indispensable 18 16 15 13 12 10 9 7 5 3 1 CH 17 14 11 8 6 4 2 18 : 3 (" 3) acide $ linolénique as d interconversion possible entre " 3 et " 6 18 16 14 11 8 5 3 1 CH 17 15 13 12 10 9 7 6 4 2 18 : 3 (" 6) acide # linolénique 11 B.1.4 ropriétés physicochimiques des acides gras - Solubilité : diminue lorsque la chaîne s allonge - oint de fusion - augmente avec le nombre d atomes de carbone - diminue quand le nombre de doubles liaisons augmente pt fusion ( C) C4 butyrique -8 (C6 caproïque -3) (C8 17) (C10 31) (C12 laurique 44 ) (C14 myristique 54) C16 palmitique 63 C18 stéarique 70 (C20 arachidique 75) (C22 80) (C24 lignocérique 84) C18 : 0 stéarique 70 C18 : 1 oléique 13.4 C18 : 2 linoléique - 9 C18 : 3 linolénique - 17 C20 : 0 arachidique 75.4 C20 : 4 arachidonique - 49.5 Structure ordonnée Structure désordonnée 12

B.2 Les triglycérides (ou triacylglycerols): - Esters d acides gras et de glycerol 1 glycérol 3 acides gras 1 CH2 - C -C- - 2 -C-H 3 CH2 - C - lipides neutres = très apolaires, très hydrophobes Graisses de réserve : - adipocytes des vertébrés. Chez l'homme, réserve énergétique = qqs mois Forment des gouttelettes lipidiques dans le cytosol - graines des plantes Dans l'alimentation : huiles végétales produits laitiers graisses animales = triglycérides diffèrent par leurs acides gras Molécules anhydres: valeur énergétique deux fois supérieure à celle des glucides Acides gras (% total) 100 80 60 40 20 chaînes longues Saturés 15 80 Insaturés 35 40 Huile d olive beurre Saturés chaînes courtes 50 45 Graisse animale 13 C. Les lipides structuraux C.1 Constituants des membranes - Les membranes biologiques séparent deux compartiments aqueux. - Les constituants lipidiques des membranes forment la barrière de perméabilité. - Molécules amphiphiles possédant à la fois une partie hydrophobe et une partie hydrophile Acides gras à longues chaînes Tête hydrophile hosphatidylcholine C = C = CH 2 CH H 2 C Glycérol hosphate = - CH 2 CH 2 N Choline Queue hydrophobe 14

C.1.1 Glycérophospholipides Esters d Acide hosphatidique et d Alcool Acides hosphatidiques : Glycérol 2 AG H 3 4 acides gras à longue chaîne C16 à C20 R1 saturé R2 insaturé R 1 C 1 CH 2! R 2 C * 2 CH! -!! 3CH 2 -!!! Au ph sanguin (7,35-7,45), les 2 fonctions acides sont ionisées. 15 Nature de l alcool Sérine H CH 2 CH NH 3 C- Ethanolamine - C 2 H CH 2 CH 2 NH 3 Choline inositol 3 H H CH 2 CH 2 N H H 2 3 1 H 6 H 5 4 H Ammonium quaternaire 16

rincipales classes de glycérophospholipides hosphatidylcholines ou lécithines (C) saturé insaturé R 1 C 1 CH 2! R 2 C * 2 CH! -!! 3CH 2! CH 2 CH 2 N!! - R 1 =! R2 =! Acide gras saturé à longue chaîne Acide gras insaturé à longue chaîne Émulsionnants, surfactant 17 hosphatidyl éthanolamines (E) R 1 C 1 CH 2! R 2 C * 2 CH! -!-! 3 CH 2! CH 2 CH 2 NH 3!! 18

hosphatidylinositols (I) R 1 C 1 CH 2! - -! R 2 C 2 CH!! 3CH 2!!! 1 2 3 4 6 5 phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate 19 hosphatidylsérines (S) R 1 C 1 CH 2! -! CH2 CH NH3 3 CH 2!! C -! - R 2 C * 2 CH! -! Remarque importante : la grande diversité des acides gras et des têtes polaires est à l origine de la très grande diversité des glycérophospholipides membranaires 20

C.1.2 Sphingomyélines sphingosine (CH 2 ) 12 CH = CH 3 CHH NH 2 2 CH Fixation d un AG 1 CH 2 H Les plus simples des sphingolipides : les céramides ou acyl sphingosines (CH 2 ) 12 CH = CH CHH (CH 2 )n -2 C NH CH Acide gras saturé à longue chaîne CH 2 H Liaison amide Ce sont des amides de sphingosine 21 Sphingomyélines: Céramide (Sph. AG) hosphorylcholine. le plus souvent : AG saturé à longue chaine (CH 2 ) 12 CH = CH CHH (CH 2 ) 22 C NH CH neutre à ph 7 CH 2 CH 2 CH 2 N - - CH3 Constituants importants des membranes cellulaires et des gaines de myéline. 22

C.1.3 Glycolipides 1 céramide 1 ose ou 1 oligoside Selon la nature de la partie glucidique, on distingue : Les cérébrosides : ne contiennent qu un seul ose (glucose ou galactose) Les gangliosides : contiennent plusieurs oses (oligosylcéramides ) Structure oligosidique complexe, très diversifiée, comparable aux chaines osidiques des glycoprotéines Un exemple de gangliosides : les antigènes des groupes sanguins (CH 2 ) 12 CH=CH CHH (CH 2 ) 22 C NH CH CH 2 gal $% &% galnac NANA &% gal $% &% glc &% 23 C.1.4 le Cholestérol Noyau stérane A B C D H 2 11 1 19 9 A 3 5 10 B 21 12 18 C 13 14 D 8 15 7 17 20 16 24 25 4 6 26 27 22 23-27 C - 1 '% - 1 H tête polaire corps apolaire 24

Cholesterol régulateur de la fluidité membranaire nm 3 2 1 0 Stéride ou ester de cholestérol : fixation d 1 acide gras sur l H as dans les membranes, mais dans les lipoprotéines C- 2 3 5 1 A 19 11 9 10 B 12 C 13 7 18 14 8 16 4 6 26 27 D 15 17 21 20 24 25 25 22 23 rigine : alimentation ou synthèse par le foie Transport : sous forme de complexe lipoprotéique dans le sang (athérome) Elimination : dans la bile Low Density Lipoprotein (LDL) Cholestérol libre hospholipides Esters de cholestérol, TG Apo B - Rôles : constituant des membranes, précurseur des hormones stéroïdes, de la vitamine D3 et des acides biliaires 26

C.2 Les lipides précurseurs de médiateurs Les phospholipides membranaires, hydrolysés par des enzymes spécifiques, donnent naissance à des médiateurs actifs C.2.1 Hydrolyse des glycérophospholipides par une phospholipase A1 R 1 C CH 2 A 1 hospholipase A1 R 2 C *CH - CH 2 CH 2 CH 2 N lyso 1 L acide gras saturé CH2H C CH CH2 -- HC X 23 C.2.2 Hydrolyse des glycérophospholipides par une phospholipase A2 R 1 C CH 2 20 : 4 ("6) acide arachidonique R 2 C *CH A 2 - CH 2 CH 2 CH 2 N hospholipase A2 CH acide gras insaturé (acide arachidonique) Libre, précurseur de médiateurs CH 2 -C H- CH CH 2 -- X lyso 2 L prostaglandines (eicosanoïdes) 28

C.2.3 Hydrolyse du phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate par une phospholipase C!: R 1 C CH 2! R 2 C *CH! phospholipase C -!! CH 2!!! C Diglycéride (Diacylglycérol) phosphatidylinositol 4, 5 diphosphate (I 2 ) 2! 3! 1! 6! 5! Inositol 1, 4, 5 triphosphate 4! 2! 3! 6! 5! 4! - L inositol 1,4,5 triphosphate (I 3 ) est un médiateur soluble - Les diglycérides sont des médiateurs hydrophobes 29 C.2.4 Hydrolyse des glycérophospholipides par une phospholipase D R 1 C CH 2 R 2 C *CH - acide phosphatidique CH 2 CH 2 CH 2 N D R 1 C CH 2 R 2 C *CH - CH 3 H CH 2 CH 2 N CH 2 - - II alcool (choline) 30

C.2.5 Hydrolyse des sphingomyélines par une sphingomyélinase (CH 2 ) 12 CH = CH CHH (CH 2 ) 22 C NH CH CH 2 CH 2 CH 2 N - sphingomyélinase Céramide phosphorylcholine Les céramides sont des médiateurs hydrophobes 31 C.2.6 xydation des acides gras polyinsaturés - oxydation chimique par l'oxygène de l'air : rancissement - oxydation enzymatique intracellulaire CH acide arachidonique libre cyclo-oxygénase CH Hydrolyse d un glycérophospholipide membranaire par une phospholipase A2 eicosanoïdes prostaglandines, leucotriènes. médiateurs très actifs, dégradés très rapidement. CH H H prostaglandine E2 Rôles physiologiques: action locale - contraction des muscles lisses( intestin, utérus, vaisseaux,) - régulation des métabolismes - agrégation plaquettaire Rôles physiopathologiques - inflammation, fièvre (aspirine) 32

D. Lipides ayant des fonctions biologiques spécifiques Coenzymes (Coenzyme Q) Émulsifiants (hosphatidylcholine, acides biliaires) Hormones (dérivés du cholestérol) Vitamines (vitamine D) Ancres lipidiques des protéines 33 Vitamine D3 ou cholécalciférol 7 déhydro cholestérol Liposoluble, naturelle A B C D H H 1 H 3 A Métabolisme : synthèse à partir du 7 déhydrocholestérol dans la peau dans le foie : 25-Hydroxylase 1,25-dihydroxy cholécalciférol = Dans le rein : 1-Hydroxylase, Calcitriol (Hormone) H 25 révient le rachitisme (favorise la fixation osseuse de Calcium) 34