Biochimie Structurale des Composés...

Biochimie Structurale des Composés Lipidiques

Christophe Six

UMR UPMC CNRS 7144 Station Biologique de RoscoffBureau 354six@sb-roscoff.fr

. Molécules organiques insolubles dans l’eau (lipos) et solubles dans les solvants

I. Définition et Fonctions Biologiques

Comment définir les lipides ?

. Groupe hétérogène, composés variés, structures très différentes.

On en connaît près d’un millier.

. Pas de polymérisation au sens strict mais des agrégations/condensations de molécules

. Plusieurs classifications anciennes, basées sur les produits d'hydrolyse, abandonnées

au profit d'une classification basée sur la structure.

. Molécules organiques insolubles dans l’eau (lipos) et solubles dans les solvants

organiques peu polaires comme acétone, benzène, chloroforme, éther, alcools, etc…

. Présence d’une chaine aliphatique (-CH2-) dite chaine grasse, d’au moins 8 atomes

de carbone (exception : acide butyrique en C4)

. Les termes de « graisse » ou d’« huile » désignent des mélanges de lipides,

respectivement solides et liquides à T°C ordinaire.

. Sont rattachés aux lipides, en raison de leur insolubilité dans l’eau : le cholestérol,

les stéroïdes, la vitamine D, et d’autres dérivés polyisopréniques.

- Les lipides représentent environ 20 % du poids du corps.

- 2 acides gras polyinsaturés indispensables (car non synthétisés par l’organisme)

doivent être apportés par l’alimentation : acide linoléique et acide linolénique.

Fonctions Biologiques des lipides

� Toutes les membranes cellulaires ont une structure lipidique

� Ils sont une réserve énergétique mobilisable : 1g lipides → 9 Kcal

� Ils ont des rôles de précurseurs, de catalyseurs, d’hormones

Acides (mono)carboxyliques, linéaires, à nombre pair de carbone (4 à 40), saturés ou

insaturés (double liaisons).

II. Les acides gras

. Rarement en molécule libre, souvent engagés dans liaisons éther ou amide.

Les plus fréquent sont en C16 et C18

. Les acides gras à nombre de C impairs existent mais sont rares et très peu

abondants

. En moins gde quantité, on trouve des acides à 14 et 20 carbones.

Les autres sont plus rares et se rencontrent dans des tissus spécialisés.

1°/ Les acides gras saturés

Formule générique : [CH3 - (CH2)n - COOH]

4 C Acide butyrique :

16 C Acide palmitique :

18 C Acide stéarique :

24 C Acide lignocérique :

abondants

CH3 – (CH2)2 – COOH

CH3 – (CH2)14 – COOH

CH3 – (CH2)16 – COOH

CH3 – (CH2)22 – COOH

. Principal produit de la synthèse des lipides dans nos cellules. Aliment très énergétique

. 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

. Industriellement on l’utilise pour la fabrication des margarines, des savons durs

. 16 C Acide palmitique : CH3 – (CH2)14 – COOH

Les acides gras saturés les plus courants dans le monde vivant :

. 18 C Acide stéarique : CH3 – (CH2)16 – COOH

. Solide blanc, qui fond à 70°C

. Son nom signifie graisse en grec : il est abondant dans toutes les graisses

animales (surtout chez les ruminants) ou végétales

. L’acide stéarique sert industriellement à faire des bougies, des savons.

Numérotation conventionnelle : Le premier carbone est toujours le carboxyle

Exemple : Acide palmitique (16 C) :

CH3 - (CH2)14 - COOH

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2

COOH1

3

16

Notation chiffrée : 16 : 0

Chaine carbonnée‘grasse’

GroupementAcide

carboxylique

Acide palmitique (16:0)

Hydrophobe hydrophile

Le groupement carboxyle peut facilement perdre un atome d’hydrogène :

CH3 - (CH2)14 - COOH ���� CH3 - (CH2)14 – COO- + H+

2°/ Les acides gras monoinsaturés (=monodésaturés)

Dans les acides gras monoinsaturés, la position de la double liaison peut s’exprimer :

- soit en partant du carboxyle (1er C) ; le symbole est delta ∆

- soit en partant de l’extrémité méthyl (dernier C) ; le symbole est omégaω.

Insaturé = non saturé en hydrogène ���� double liaisons

En médecine clinique et en biologie, la désignation des acides gras insaturés la plus

courante est l’oméga ω.

Exemple : l’acide oléique C18 : 1 ω9 (abondant dans les graisses animales et végétales)

L’acide oléique possède : - 18 C

- 1 seule double liaison

- localisée au 9ème C en partant du méthyl terminal

∆ : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Acide oléique C18 : 1 ω9 = C18 : 1 ∆9

18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ω

= C16 : 1 ∆9

∆ : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

cis - Acide palmitoléique

C C C C C C C C C C C C C C C C

H H H H H H H H H H H H H H H

H H H H H H H H H H H H H

H

O

O

16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ω

C16 : 1 ω7

CH CH

C C

C C

HH

H

CH2CH2

H2C

cis

Ce qu’implique une double liaison…

Isomère : même formule générale mais

conformation différente

C CH CH2

trans

Isomères cis et trans

de l’acide oléique

Les acides gras naturels sontdes isomères cis

Les isomères trans sont peu utilisables par l’organisme.

Acide oléique

C18 : 1 ω9

Acide stéarique

C18 : 0

MonoinsaturéSaturé

Groupe carboxylique

Ce qu’implique une double liaison…

(cis)

Department of Biochemistry and Molecular Biophysics, University of Arizona

Chaine carbonnée

. L’acide oléique est le plus abondant des acides gras insaturés dans notre organisme

. Son nom vient de l’huile d’olive, mais il est abondant dans toutes les huiles animales

ou végétales

L’acide oléique

ou végétales

. Aliment énergétique

. A la température de notre corps, c’est un liquide ; solidification à 4°C

. Comme beaucoup d’acides gras usuels, il est utilisé pour la fabrication des

savonnettes

3°/ Les acides gras polyinsaturés (=polydésaturés)

� Plusieurs double-liaisons

Dans le monde du vivant :

. Mammifères : jusqu’à 22 carbones et 6 insaturations

. Végétaux : Jusqu’à 18 C et 4 insaturations

• La famille linoléique (ω6)

Acide linoléique C18 : 2 ω6,9

9

Acide linoléique C18 : 2 ω

C’est un acide gras en C18 avec 2 doubles liaisons cis aux carbones 9 et 12

. A la température de notre corps c’est un liquide ; solidification à -12°C.

. En présence d’air, il s’oxyde rapidement (rancissement)

. L’acide linoléique est un acide gras indispensable : il ne peut pas être synthétisé

. Son nom vient de l’huile de lin, mais il est abondant dans toutes les huiles végétales

Acide linoléique C18 : 2 ω6,9

. L’acide linoléique est un acide gras indispensable : il ne peut pas être synthétisé

par les organismes animaux (besoins quotidiens humains : 3-4 g).

. L’acide linoléique est essentiel à la formation de la barrière imperméable de la peau

(épiderme).

. Dans l’organisme, il conduit à l’acide arachidonique par voie enzymatique.

3°/ Les acides gras polyinsaturés

• La famille linoléique (ω6)

Acide arachidonique C20 : 4 ω6,9,12,15

Il possède 20 C avec 4 doubles liaisons cis aux carbones 5, 8, 11 et 14

6

9

ω

En l’absence d’acide linoléique dans l’alimentation, l’acide arachidonique devient

indispensable à l’organisme

12

15

ω

• La famille linolénique (ω3)

Acide linolénique C18 : 3 ω3,6,9

Il possède 18 C avec 3 doubles liaisons cis aux carbones 9, 12 et 15

HOOC 6ω

3°/ Les acides gras polyinsaturés

9 3

. A la température de notre corps c’est un liquide ; solidification à -11°C

. Les acides gras polyinsaturés s’oxydent à l’air en se saturant ce qui élève leur point

de fusion et les rend solides. Cette propriété permet la fabrication des peintures à

l’huile, du linoléum, etc...

• L’indice d’iode

- L'indice d'iode d'un lipide est la masse de diiode (I2) exprimée en g capable de se

fixer sur les insaturations pour 100 g d’acide gras (pas d’unité)

- L’indice d’iode d’un acide gras saturé est nul

- on détermine l'indice d'iode par la méthode de Wijs

�si l'on connaît la masse molaire de l'acide gras et son indice d'iode,

on peut déterminer le nombre de doubles liaisons de cet acide gras

- on détermine l'indice d'iode par la méthode de Wijs

���� Réactif de Wijs = monochlorure d’iode

Saindoux : 52-68Olive : 83-87Mais : 110-128Tournesol : 120-136Sardine : 170-190

- Exemples d’indices d’iode

pour des graisses et huiles:

4°/ Acides gras hydroxylés

. Les végétaux synthétisent des acides gras portant un ou plusieurs

groupements hydroxyle

Acide ricinoléique (acide 12-hydroxy-9-cis-octadecenoïque) 18 : 1 ω9

9

.

Certains de ces acides gras servent à la formation de la cutine des végétaux

1

12

18

�Constitue 90% de l’Huile de ricin

Nbreuses applications

(Purgatif puissant utilisé pour torturer ; Italie fasciste)

5°/ Acides gras ramifiés

. Beaucoup d’acides gras présentent des ramification méthyl et/ou éthyl

. On trouve ce type d’acides gras en abondance dans les parois bactériennes

Acide 15-méthylhexadécanoïque

HOOC

6°/ Acides gras à longue chaine6°/ Acides gras à longue chaine

. Présents dans tout le monde vivant : bactéries, végétaux, animaux, etc…

. Généralement de 25 à 40 C, nbre de C pair ou impair

. Linéaires, ramifiés et/ou hydroxylés…

Acides mycoliques

� Jusqu’à 70 C !

7°/ Prostaglandines et leukotriènes

. Prostaglandines et leukotriènes = dérivés d’acides gras polyinsaturés à 20 C

ω3 et ω6 = eicosanoïdes

Acide arachidonique

Cyclooxygénase Lipoxygénase

E2

E1H1

Prostaglandines

A4

B4

Leukotriènes

7°/ Prostaglandines et leukotriènes

. Chez les mammifères, ce sont des composés à actions hormonales diverses

- Les Prostaglandine F et leukotriènes BCD activent la contraction de muscles lisses

. Généralement de courte durée de vie : vite métabolisés en composés inactifs

- Les leukotriènes sont d’importants acteurs de la réponse inflammatoire (B4) ; ils

sont impliqués dans l’asthmesont impliqués dans l’asthme

Inflammation

Leukotriène B4 produit

par les globules blancs

Activation et adhésion des

globules blancs à l’endothélium

7°/ Prostaglandines et leukotriènes

Prostaglandine D2Leukotriène B4

8°/ Quelques propriétés des acides gras

• Propriétés physiques

• Solubles dans les solvants organiques apolaires : benzène, chloroforme…

• L’acide butyrique à 4C est soluble dans l’eau, puis la solubilité des acides gras

baisse progressivement

Acide stéarique 18:0 : 70°CAcide stéarique 18:0 : 70°CAcide oléique 18:1 : 13°CAcide linoléique 18:2 : -5,8°CAcide linolénique 18:3 : -11°CAcide arachidonique 20:2 : -49,5°C

• Point de fusion augmente avec le nombre de C et diminue quand le nbre de

doubles liaisons augmente.

• Ils sont liquides à 20°C si n <10 C, solides si n > 10 C

- Formation de sels de sodium ou potassium

Ce sont des savons à propriétés moussantes, mouillantes et émulsionnantes. Dans

l’eau les savons se dissocient en : Na+ + R-COO-

• Propriétés chimiques

Hydrophobe hydrophile

Ces molécules dites amphiphiles ou amphipathiques, sont tensioactives : elles

abaissent la tension superficielle de l’eau

L’anion a 2 pôles :

- Estérification et saponification

L’estérification est la condensation d’un alcool et d’un acide carboxylique

R C

O

OH

R ’ OH+ R C

O

O R ’

+ H2O

(réaction de Fisher)

. Réaction lente, limitée, athermique

La saponification est l’hydrolyse d’un ester en milieu basique, donnant un ion

carboxylate et un alcool.

R C

O

O R ’

+ OH- + Na+ R C

O

O-

R ’ OH++ Na+

. Réaction lente, totale et exothermique

Le savon est soluble dans l'eau, a des propriétés détergentes et un pouvoir moussant

- Indice de saponification

- Indice d’acide

On peut doser les acides gras à l'aide d'une solution de potasse (KOH) alcoolique, en

présence de phénolphtaléine. Ceci permet d'évaluer la quantité globale d'acides gras

- Indice d’ester

présence de phénolphtaléine. Ceci permet d'évaluer la quantité globale d'acides gras

libres.

On obtient un indice d'acide, correspondant aux mg de potasse nécessaires pour

neutraliser l'acidité libre contenue dans 1 g de matière grasse

C’est la quantité (mg) de potasse nécessaire pour estérifier 1 g de matière

grasse.

Indice de saponification = indice d'acidité + indice d'estérification

III. Glycérolipides

Ce sont des lipides dont la structure est basé sur l’estérification d’acides gras et d’un

alcool : le glycérol

� liquide translucide, très visqueux, inodore, non toxique, au goût sucré

Glycérol (glycérine)Propan-1,2,3-triol

- Les glycérides = acyl-glycérols

- Les Glycérophospholipides :

- Les Glycosylglycérides

- Etc…

On distingue un grand nombre de classes de glycérolipides :

1°/ Les Glycérides

HC

H2C OH

OH

. Ce sont des esters du trialcool glycérol et d’acide(s) gras, insolubles dans l’eau

solubles dans l’acétone car très apolaires, ≠ phospholipides.

+ R3HOOC HC

H2C O

O

R

R

CO

CO3 H2O +Triglycéride homogène

� Mono, di et triglycérides GroupementAcyl

A/ Structure

H2C OH

+

H2C O R

CO

CO

homogène

HC

H2C

H2C

OH

OH

OH

+

R1HOOC

HC

H2C

H2C

O

O

O

R1

R2

R3

CO

CO

CO

R2HOOC

R3HOOC

Triglycéride hétérogène

3 H2O +

. Pour indiquer la position des acides gras, on numérote les 3 atomes de

carbone du glycérol

HC

H2C

H2C

O

O

OH

CO

CO

(CH2)14 CH3

(CH2)7 CH CH (CH2)7 CH3

1-palmitoyl 2-oléyl glycérol1

2

3

Diglycéride

1Triglycéride

HC

H2C

H2C

O

O

O

CO

CO

(CH2)14 CH3

(CH2)7 CH CH (CH2)7 CH3

1

2

3CO (CH2)16 CH3

1-palmitoyl 2-oléyl 3-stéaroyl glycérol

Triglycéride

Isomère de type I

1

CH

H2C

H2C

O

O

O

CO

CO

(CH2)14 CH3

(CH2)7CH CH(CH2)7H3C2

3CO (CH2)16 CH3

Isomère de type II : le plus courant dans la nature

. Ce sont les lipides naturels les plus nombreux : 90% des tissus adipeux, bcp d’huiles

végétales. Réserve énergétique importante chez bcp d’organismes : 10% du poids

d’un animal non obèse

. D’importantes quantités de triglycérides peuvent être stockés par les organismes, car

ils sont hydrophobes et n’affectent pas l’équilibre osmotique (≠ sucres)

B/ Les glycérides comme réserve énergétique

d’un animal non obèse

. Présents dans les cellules sous forme liquide à l’état d’inclusions cytoplasmiques

Adipocyte

Catabolisme : l'ensemble des réactions de dégradations moléculaires

Anabolisme : l’ensemble des réactions de synthèse

Catabolisme + Anabolisme = Métabolisme

C/ Digestion des glycérides

. Durant la digestion, des molécules complexes sont dégradées en molécules

plus facilement assimilables � catabolisme

. Durant la digestion, l’absorption des lipides � enzymes lipolytiques + émulsification

. Agents émulsifiants = sels biliaires (glycocholate de sodium)

plus facilement assimilables � catabolisme

. Les enzymes lipolytiques

Les lipases pancréatiques hydrolysent spécifiquement les esters du glycérol :

Triglycérides ���� monoglycéride + 2 acides gras

(Fonction estérase)

R1 – COOHR2 – COO

R3 - COOH

R2 – COO

Les lipases pancréatiques agissent uniquement sur les lipides émulsionnés

2°/ Les glycérophospholipides ou phosphatides

. Ce sont les éléments de base des glycérophospholipides, résultant de l’estérification

du glycérol par 2 acides gras et par l’acide phosphorique :

A/ Les acides phosphatidiques

. Ce sont les représentants les plus nombreux de la grande famille des phospholipides

. Composants essentiels des membranes cellulaires de tous les êtres vivants

. Molécule asymétrique � isomérie

HC

H2C

CH2

O

O

R1

R2

CO

COOO-

O- OP

CH2OH

CH3OH

CH3OHO

R1

R2

COOH

COOH

O-

O- O-P + +

Acide phosphatidique(Isomère naturel)

+ 3 H2O

HC

H2C

CH2

O

O

R1

R2

CO

COOO-

O-

OP

Acide phosphatidique

. Les deux acides gras ont une chaîne longue (≥ 14C), l’acide gras en position 2 est

souvent insaturé.

. L’acidité de la molécule provient des 2 H+ libres de l’acide phosphorique. Au pH

sanguin (7.35 – 7.45), les 2 fonctions acides sont ionisées.

. L’acide phosphatidique est un second messager intracellulaire.

Selon l’alcool, on obtient des classes différentes de lipides :

Phosphatidyl-sérines = Acides Phosphatidiques + Sérine

Phosphatidyl-éthanolamines = Acides Phosphatidiques + Ethanolamine

Phosphatidyl-cholines = Acides Phosphatidiques + Choline

Phosphatidyl-inositols = Acides Phosphatidiques + Inositol

B/ Les classes de glycérophospholipides

. Estérification entre une molécule d’alcool et une fonction acide de

l’acide phosphorique (liaison phosphodiester)

HC

H2C O R1

R

CO

COOO-

Phosphatidyl-éthanolamine

HC

H2C

CH2

O

O

R1

R2

CO

COOO-

O OPCH2CH2N+

H3C

H3C

H3C

Phosphatidyl-choline ou lécithine

Choline

. Dans le cerveau, le foie,

le jaune d’œuf, etc…

HC

CH2

O

R2COOO-

O OPCH2CH2NH3

+

HC

H2C

CH2

O

O

R1

R2

CO

COOO-

O OPCH2

Phosphatidyl-sérine

CHNH3+

COO-

L’inositol est un hexaalcool cyclique qui a 9 isomères possibles.

Le myoinositol est le plus fréquent dans les lipides.

HC

H2C

CH2

O

O

R1

R2

CO

COOO-

O OP

Phosphatidyl-inositol

1

23

45

6

Myoinositol

Il existe beaucoup d’autres groupes de glycérophospholipides…

. Alkényl-phosphatides : l’acide gras au carbone 1 est remplacé par un aldéhyde gras

. Alkyl-phosphatides : l’acide gras au carbone 1 est remplacé par un alcool gras

. Phosphonolipides : présence d’une liaison Phosphore-Carbone

. Etc…

C/ Propriétés des glycérophospholipides

• Ce sont des molécules amphiphiles car elles présentent 2 pôles :

- l’un hydrophobe dû aux AG

- l’autre hydrophile dû à l’ester phosphorique.

HC

H2C O R1

R2

CO

COOO-H3C

Phosphatidyl-choline ou lécithine

• Une molécule ayant deux charges opposées (amphiphile) a des propriétés

tensioactives, c'est-à-dire qu'elle permet de stabiliser des émulsions.

• Ce sont des molécules amphotères car elles possèdent à la fois :

- une fonction acide apportée par H3PO4

- une fonction basique apportée par l’AA alcool (sérine, thréonine) ou par la choline.

CH2

O

O OPCH2CH2N+H3C

H3C

D/ Digestion des glycérophospholipides

Chez tous les être vivants, ces lipides sont dégradées par plusieurs types

d’enzymes lipolytiques :

. Les phospholipases détachent les acides gras des glycérophospholipides

���� Plusieurs classes de phospholipases aux activités différentes :

H2C O R1CO

O-

Phosphatidyl-choline ou lécithine PL A1

HC

CH2

O

R2COOO-

O OPCH2CH2N+

H3C

H3C

H3C

PL A2

PL CPL D

. Certains venins de serpent contiennent des phospholipases A : � hydrolyse membranes

� hémolyse

. Les acides gras seront activés et subiront la β-oxydation dans les mitochondries

� 8 ATP par atome de carbone (contre 6 pour le glucose)

HC

H2C

CH2

OH

OHO-

O OPCH2CH2N+

H3C

H3C

Glycéryl-phosphoryl-choline

. Les phosphodiestérases hydrolysent les liaisons phosphodiester en agissant

sur la glycéryl-phosphoryl-choline obtenue après action des phospholipases A

Elles peuvent rompre : - soit la liaison ester entre l’acide phosphorique et la choline

- soit la liaison ester entre l’acide phosphorique et le glycérol

OH3C

CH2OHCH2N+

H3C

H3C

H3C

Glycérophosphate

Choline

HCOH

H2COH

CH2

O

O-

OPO-+CHOHH2OHC CH2OH

CH2CH2N+

H3C

H3C

H3C

Glycérol

O

O-

PO O-

+

Phosphorylcholine

H20

. Les phosphomonoestérases (ou phosphatases) finissent l’hydrolyse des produits libérés

par les phosphodiestérases

Glycérophosphate

HCOH

H2COH

CH2

O

O-

OPO-CH2CH2N+

H3C

H3C

H3CO

O-

PO O-

Phosphorylcholine

CH2OHCH2N+

H3C

H3C

H3CCholine

+

CHOHH2OHC CH2OH

Glycérol

+

O

O-

O-PO-Acide

phosphorique O

O-

O-PO-Acide

phosphorique

3°/ Les glycosyldiglycérides

. Ils résultent de la fixation, sur la fonction alcool libre d’un 1,2-diacylglycérol, d’une

ou plusieurs molécules d’ose (jusqu’à 10).

. Les oses les plus fréquents sont le glucose

et le galactose.

Un Digalactosyl-diacyl-glycerol . Composant essentiel des systèmes

membranaires bactériens et des organites

issus d’endosymbiose

et le galactose.

IV. Les Sphingolipides

. Chez ces lipides, l’alcool n’est plus le glycérol mais un aminoalcool à longue chaine.

Le plus souvent, c’est l’aminodiol appelé sphingosine :

Sphingosine

12

34

5

6

7

8

9

10 12 14 16 18

13 15 1711

1°/ Sphingosine et céramides

.18 Carbones et une double liaison entre C4 et C5

Sphingosine

. On peut aussi trouver :

- la dihydrosphingosine (= sphingosine saturée)

- la phytosphingosine (= sphingosine saturée et hydroxylée)

� Surtout dans les végétaux et les invertébrés

Les sphingolipides sont des amides de la sphingosine : ils se forment par liaison du

carboxyle de l’acide gras sur le -NH2 de la sphingosine (liaison amide)

R1+ COOHH2N CH

CHOH

CH2OH

CH CH(CH2)12H3C

NH CH

CHOH

CH2OH

CH CH(CH2)12H3C

C

O

R1

Céramide

Formation d’un acylsphingosine = céramide

Acyl

Sphingosine

A partir de cette structure de céramide, on distinguera ici deux groupes principaux

de sphingolipide :

- les sphingomyélines

- les sphingoglicolipides

Acide lignocérique

L’acide gras est généralement saturé

à longue chaîne.Exemple :

2°/ Les Sphingomyélines

. Le céramide est lié par sa fonction alcool primaire (carbone 1) à une molécule de

phosphorylcholine :

Choline

Acidephosphorique

. Les sphingomyélines existent dans la plupart des organismes. Elles sont présentes

dans les membranes cellulaires, en particulier la membrane plasmique

Sphingomyéline

CholineAcide gras

Sphingosine

. L’acide gras le plus fréquent est l’acide lignocérique (C24:0).

. Les sphingomyélines sont les constituants fondamentaux de la gaine de myéline

des cellules nerveuses

� Augmentation de la vitesse de propagation de l’influx nerveux : 10 à 75 m.s-1

(Soma)

Axone

Dendrites

Sclérose en plaques : Maladie neurologique auto-immune chronique du système

nerveux central.

� Démyélinisation des fibres nerveuses du cerveau, de la moelle épinière et du nerf

optique.

3°/ Les Sphingoglycolipides

. Ce sont des lipides caractérisés par la présence dans leur molécule d’un ou plusieurs

oses liés au carbone 1 d’un céramide. L’ose est toujours fixé sur le céramide par

sa fonction réductrice.

Monogalactosylcéramide = Sphingosine + Acide gras + 1 β-D-galactose

Céramide

. Galactosylcéramides (ou cérébroside) : tissus rénal, nerveux et cérébral des vertébrés

Monogalactosylcéramide

. Grande variété de structures de sphingoglycolipides :

- Jusqu’à une dizaine de sucres peuvent être fixés

Exemple :

- On peut trouver plusieurs sucres : glucose, galactose, mannose, fucose,

glucosamine, galactosamine, etc…

Lactose = glucose + galactose Groupement acyl = palmitoyl 16:0

. Chez les mammifères, le premier sucre est un glucose : groupe des glucosylcéramides

β-D-galactosyl-(1-4)-β-D-glucosyl-céramide = Lactosylcéramide

. On retrouve les glucosylcéramides depuis les procaryotes jusqu’aux mammifères

où ils peuvent représenter jusqu’à 20% des lipides totaux.

Sphingosine

. Des sphingoglycolipides particuliers : les Gangliosides

- Leur structure est celle d’un lactosylcéramide sur lequel sont fixées une ou

plusieurs molécules d’oses.

- L’ose caractéristique des lipides gangliosides est l’acide neuraminique.

Acide neuraminique

- Le cerveau des vertébrés est riches en

gangliosides complexes

Acide neuraminique

GM2 ganglioside

Neuraminic acid

V. Les lipides polyisopréniques

H2C

CH2

C

HC

CH3Isoprène

1°/ Hydrocarbures polyisopropéniques

. Un grand nombre de composés présents surtout chez les végétaux, mais aussi

chez les animaux et bactéries, sont formés par la polymérisation d’unités isoprène

Limonène = 2 unités

Huiles essentielles

d’agrumes

Squalène = 6 unités

Sebum humain,

Huile de foie de requin

Lycopène = 8 unités

Pigment végétal rouge

2°/ Les caroténoïdes

A/ Carotènes et xanthophylles

. Molécules trouvées abondamment chez les végétaux (photosynthèse)

et les champignons, et aussi parfois chez les animaux

. 2 fonctions majeures chez les vgtx : Absorber la lumière et photoprotéger

β-carotène (8 unités isoprène)

Antioxydant végétal

Biosynthèse des carotènes chez les végétaux

D’après Liang et al. 2006

���� Beaucoup de végétaux accumulent ces composés

Pamplemousse Pastèque Goyave Papaye

Lycopène

β-carotène

. Les xanthophylles sont des carotènes oxygénés

Lutéine

Astaxanthine

CanthaxanthineCanthaxanthine

Zéaxanthine

Fucoxanthine

B/ Les vitamines A

. Dérivent directement des carotènes

. Sensibles à l’oxygène, la lumière et la chaleur

β-carotène

. Effet sur la croissance animale (os)

. Système reproducteur

. Croissance/protection des tissus épithéliaux,

apoptose : acide rétinoïque

« Vitamères »

. Cofacteur dans le processus de la vision

Composant de la rétine

Acide rétinoïque

. Carence sévère �cécité, peau pâle et sèche, mort

. Les surdoses sont toxiques

. Absorption d’un photon entraine une isomérisation (� dépliement) :

11-cis-rétinal � tout-trans rétinal � Influx nerveux dans le nerf optique

Régénération par voie enzymatique : rétinal tout-trans� Rétinol tout-trans � 11-cis-rétinal

. La vitamine A est un constituant de la photopile de l’œil. Dans les bâtonnets de l’œil :

11-cis-rétinal + opsine � rhodopsine

Rétine

CelluleBatonnet

Cone

Nucleus

Howgego & May, Bristol University, UK

3°/ Stérols et Stéroides

. Ce sont des composés nombreux et très variés, dérivant d’un noyau polycyclique :

le cyclo-pentano-phénanthrène= stérane (17 C)

A B

C D1

2

3

108

9

11

12

14

1317

16

15vCarbone asymétrique

3

4

5

6

7

. La stéréochimie et la nomenclature des stéroïdes est très complexe � noms usuels

. Quasiment tous les dérivés sont substitués par un méthyl en C10 et C13.

. Les stéroïdes ont des activités biologiques diverses.

Une petite modification de structure/substituants � modification de l’activité

A/ Les stérols

. Groupe d’alcools important, présents chez tous les eucaryotes. On en connaît une

centaine

Stérol

A B

C D

Principal stérol des vertébrés Principal stérol des champignons

Cholestérol

A B

C D

A B

C D

Ergostérol

Les procaryotes ne savent pas

synthétiser le cholestérol

Présent aussi chez les végétaux

et les invertébrés

. C’est un constituant majeur des membranes : rôle dans la stabilité, le maintien, la

perméabilité et la fluidité

. Il s’intercale entre les phospholipides des membranes

. Il est un précurseur fondamental de la synthèse de 3 groupes de molécules : les

hormones stéroïdes, les acides biliaires et les vitamines D

Le cholestérol

. Environ un tiers du cholestérol provient de l'alimentation (viandes, œufs, abats,

produits laitiers, etc.) tandis que les 2/3 restants sont synthétisés par l'organisme

dans le foie et l’intestin (dans le cas d'une alimentation équilibrée)dans le foie et l’intestin (dans le cas d'une alimentation équilibrée)

. Le cholestérol n’est pas soluble ds le sang � transporteurs = lipoprotéines de basse

(LDL) et de haute (HDL) densité

. Récepteurs aux LDL sont sensibles � si oxydation des LDL, dépôt de cholestérol

sur les parois (Athérome)

. Les HDL conduisent le cholestérol au foie où il est dégradé

. Estérification des stérols par un acide gras � les stérides

. Petites quantités dans

les tissus, un peu dans

les membranes

biologiques+

B/ Les Stérides

. L’accumulation de stéride dans les parois des vaisseaux sanguins est pathologique

(Athérome)

Un exemple de stéride :Le palmitate de cholestéryle

A B

C D

+ H2O

. Le stéride le + rencontré

dans le sang est le

linoléate de cholestéryle

. L'oléate de cholestérol est un stéride présent dans beaucoup de cellules animales

où il constitue une réserve de cholestérol

- Hormones testiculaires mâles : la testostérone, l’androstérone

Testostérone

C/ Les hormones stéroïdes

� Hormone importante impliquée dans la régulation de nombreux processus :

- le développement embryonnaire

- le fonctionnement sexuel & caractères sexuels secondaires (ex: puberté)

- la voix

- la production de cellules sanguines

- le comportement général

- la force musculaire

- etc…

- Hormones ovariennes et placentaires :

. Les hormones œstrogènes : l’œstradiol, l’œstrone, l’œstriol

Œstradiol

- Développement et maintien du sein.

- Force, croissance et densité osseuse

- Apport de lipides aux seins, hanches, cuisses lors de la puberté

- Développement de l'utérus et de l'endomètre

- Développement et maintien des muqueuses et des sécrétions vaginales

- Hormones ovariennes et placentaires :

. Les hormones lutéales : la progestérone

Progestérone

- Sécrétée par le corps jaune des ovaires

- Impliquée dans le cycle menstruel féminin, la grossesse et l'embryogenèse

� Cette hormone peut être convertie en œstradiol ou en testostérone

- Hormones corticosurrénales : la corticostérone, le cortisol, l’aldostérone

. Synthétisée et secrétée par le cortex de la

glande surrénale, à partir du cholestérol

. Stimule l'augmentation du glucose sanguin :

elle permet donc de libérer de l'énergie à partir

des réserves de l'organisme

. Rythmes circadien et annuel de sécrétion

Cortisol

Le rôle fondamental du cholestérol en tant que précurseur dans la

http://healthwriter.eu/testosterone-effects-low-testosterone-causes-and-symptoms/

précurseur dans la biosynthèse des hormones

D/ Autres dérivés stéroïdes

. Les acides biliaires : les acides choliques et desoxycholique

- Très faible solubilité dans l’eau

- Présents dans la bile intestinale, conjugués à des acides aminés (glycine, taurine, etc…)

Acide glycocholique

stérol

Acide cholique

glycine

stérol

- Production dans le foie à partir du cholestérol, stockés dans la vésicule biliaire, puis

déversé avec la bile dans l’intestin

- Facilitent la digestion des graisses en déstabilisant leurs liaisons hydrophobes

- Les vitamines D sont un groupe de molécules d’origine stéroïde

- 2 précurseurs de la forme active : D2 (ergocalciférol) � végétaux, invertébrés, champignons

D3 (cholécalciférol) � animaux (huile de foie de poisson)

- Action hormonale : régulation du taux de calcium sanguin � action au niveau de

l’absorption du calcium et du phosphore par les intestins et les reins

- Incorporation du calcium par les os (prévient notamment le rachitisme)

. La vitamine D ou calcitriol

Calcitriol

7-déhydro-cholestérol

- Un précurseur est formé à partir d’un dérivé du cholestérol

- Ce précurseur se transforme en vitamine D3 sous l’effet des UV au niveau de la

peau

- Première hydroxylation (foie) puis seconde hydroxylation (reins)

Vitamine D3

Vitamine D fonctionelle (calcitriol)

Vitamine D3

A/ Les hopanoïdes

- Les procaryotes sont incapables de synthétiser du cholestérol

- Certains utilisent des dérivés voisins des stéroïdes : les hopanoïdes

2°/ Autres dérivés polyisopréniques

- Structure de base = hopane (30 C)

- On connaît une 50aine de composés dérivés

- Rôle dans l’adaptation aux milieux extrêmes

B/ Les quinones à chaine isoprénique et dérivés

. Ubiquinone50 = Coenzyme Q10 : chaine latérale à 50 C (10 unités isoprène)

Plastoquinone

. Quinone = dicétone éthylènique cyclique :

2H+ + 2e-

Benzoquinone

Naphtoquinone

Ubiquinone Ubiquinol = Hydroubiquinone

. Les vitamines K

- K1 (végétale) = naphtoquinone + une chaine phytyle (4 unités isoprène)

Phylloquinone (Vitamine K1)

- K2 = ménaquinones = jusqu’à 10 unités isopréniques

- Synthétisée par bactéries intestinales et à partir de la phylloquinone (alimentation)

- K2 Impliquée ds la maturation de facteurs de coagulation sanguine (prothrombine)

- K2 : Fixation du calcium sur l’ostéocalcine, une protéine constituant des os

� carboxylation de protéines

- Antidote en cas d’ingestion de mort aux rats

(action anti hémorragique)

VI. Cérides et hydrocarbures

1°/ Les cérides

. Ce sont les constituants des cires : cires végétales, cires d’insectes (hyménoptères),

plumage des oiseaux, sebum cutané, humain, etc…

. Substances solides, incolores et chimiquement inerte : protections biologiques

. Secrétées par des mycobactéries � tuberculose

. Esters jusqu’à 50 C, entre des acide gras et des alcools à longue chaine. Esters jusqu’à 50 C, entre des acide gras et des alcools à longue chaine

Exemple : le palmitate de cétyle

OC(CH2)14H3C

O

(CH2)15 CH3

Présent dans le « blanc de baleine » = spermaceti

du cachalot Physeter macrocephalus (sperm whale)

Spermaceti

D’après Clark, 1979

Un appareil stabilisateur du Cachalot à base de cérides

Inhalation d’eau froide

Etat solide : diminution du volume

Plongée

Circulation du sang à 37°C

Etat liquide : augmentation du volume

Remontée en surface

2°/ Les hydrocarbures

. Composés de structure générale : CH3H3C (CH2)n

. Uniquement composé de C et de H Peuvent être ramifiés, désaturés, (alcanes, alcènes, alcynes), etc…

. Très hydrophobe

. En faible concentration dans les organismes vivants

. Exemple : la cuticule des insectes contient des alcanes à 40 C. Exemple : la cuticule des insectes contient des alcanes à 40 C