Biologie Cellulaire: Membranes et Lipides

Biochimie Métabolique

• La biochimie métabolique étudie les voies métaboliques impliquées dans le métabolisme des organismes vivants
• Divers processus comme le métabolisme des glucides complexes, des lipides complexes, des acides aminés, des nucléotides sont étudiés

Voies métaboliques

• Le métabolisme des glucides complexes

• Le métabolisme des lipides complexes

• Le métabolisme des acides aminés

• Le métabolisme des cofacteurs et vitamines

• La biodégradation des xénobiotiques

• La biosynthèse des métabolites secondaires

• Le métabolisme du glycogène

• La néoglucogenèse et le contrôle de la glycémie

• La voie des pentoses phosphates et autres voies métaboliques

• L'oxydation des acides gras et la cétogenèse

• La biosynthèse des acides gras

• Le métabolisme des acylglycérols et des sphingolipides

• La synthèse, le transport et l'excrétion du cholestérol

• La vue d'ensemble du métabolisme

• Le métabolisme de l'azote

• Nucléotides et acides nucléiques

• Métabolisme des nucléotides puriques et pyrimidiques

• Structure et fonction des acides nucléiques

• Organisation, réplication et réparation de l'ADN

• Synthèse, maturation et métabolisme de l'ARN

• Synthèse protéique et code génétique

• Génie génétique

• Les lipides, comme les composés organiques (graisses, huiles, stéroïdes, cires), sont aussi importants sur le plan physiologique qu'ils sont variés.

Concepts importants

• Les cellules contiennent quatre types principaux de biomolécules.
• Les liaisons non-covalentes (liaisons hydrogène, interactions ioniques, forces de Van der Waals) agissent sur les biomolécules.
• Les effets hydrophobes, dont le moteur est l'entropie, excluent de l'eau les substances non polaires.
• Les molécules amphiphiles forment des micelles ou des bicouches.
• Un polypeptide replié adopte une structure III avec une surface hydrophile et un cœur hydrophobe.

Lipides importants sur le plan physiologique

• Importance biomédicale des lipides
• Propriétés des lipides
• Différentes catégories de lipides
• Lipides comme messagers cellulaires, cofacteurs ou pigments
• Rôle des antioxydants contre la peroxydation lipidique
• Agrégats et membranes biologiques
• Techniques relatives aux lipides

Chapitre 4 Lipides Importants

• Importance biomédicale
• Propriétés physico-chimiques communes
• Graisses comme aliments importants (valeur énergétique, vitamines liposolubles, acides gras essentiels)
• Autres rôles: tissus adipeux (réserve/thermique), gaînes myéline (isolant électrique), membranes cellulaires, mitochondries, signalisation cellulaire, lipoprotéines (LDL/HDL - transport)
• Pathologies associées: obésité, diabète sucré, athérosclérose

Propriétés des lipides

• Propriétés physiques (pas de carbone chiral, souvent incolores, pas de spectre d'absorbance en UV, viscosité dépendant de la température, point de fusion)
• Propriétés physico-chimiques (faible solubilité dans l'eau, grande solubilité dans les solvants organiques)
• Propriétés chimiques (dépendent des groupements fonctionnels qui les constituent [groupement ester, ester de cholestérol, formation des triglycérides], du niveau d'insaturations des chaînes d'acides gras [insaturations chimiques des chaînes hydrogénées])
• Propriétés biologiques (tissus adipeux, gaînes myéline, membranes, signalisation cellulaire, lipoprotéines, usage thérapeutique, pharmacologique, cosmétiques, préparation de liposomes)

Classification des lipides

• Arrangement des principaux types de lipides selon leur parenté structurelle (lipides simples = les acides gras, lipides complexes = triacylglycérols, glycérophospholipides, sphingolipides, stéroïdes, vitamines liposolubles).

Les acides gras

• Les plus simples des lipides
• Acides carboxyliques aliphatiques (saturés ou insaturés)
• Les plus courants chez les plantes et les animaux
• Nomenclature (nom hydrocarbure dérivé + -oïque, numérotation)

Cas des acides gras insaturés

• Convention Cn:Xm,n,o
• Nombre de carbone (n)
• Nombre de double liaisons (x)
• Positions des doubles liaisons (m, n, o)
• Différentes catégories d'acides gras insaturés (monoinsaturés et polyinsaturés)
• Familles d'acides gras ω9, ω6, ω3

Cas des acides gras saturés

• Pas de double liaison

Conformation/Configuration des acides gras

• Changement de conformation des acides gras saturés (chaîne étirée en zig zag, flexibilité des groupes CH2)
• Changement de conformation des acides gras insaturés (empêche la rotation autour de ces liaisons, induit une flexion)
• Isoméries cis/trans

Les Triglycérides ou triacylglycérols

• Graisses et huiles des plantes et animaux = principalement des mélanges de TG

• Non-polaires et insolubles dans l'eau

• Triesters d'acides gras et de glycérol

• Forme principale de réserve des acides gras.

• Différents selon la nature et la position de leurs résidus d'acides gras (simple, mixtes)

Les phospholipides

• Principaux constituants des membranes biologiques.

• Molécules amphiphiles (têtes polaires, queues non polaires).

• Acide phosphatidique = forme la base du glycérophospholipide

• Autres sphingolipides : sphingomyéline, cérébrosides, gangliosides

Les stéroïdes

• Composés polyprénoïdes synthétisés à partir de l'isoprène.
• Cholestérol = stéroïde le plus présent dans les membranes plasmiques des mammifères.
• Beaucoup d'hormones (œstrogènes, androgènes, corticoïdes surrénales).

Le cholestérol

• Constituant des membranes biologiques chez les animaux.
• Groupement –OH polaire = léger caractère amphiphile.
• Très rigide par sa structure cyclique fusionnée.
• Présent dans les lipoprotéines du plasma sanguin.
• Ester de cholestérol = 70% est estérifié.
• Précurseur des hormones stéroïdes.
• Associé à des maladies cardiaques et athérosclérose.

L'ergostérol

• Précurseur de la vitamine D.

La vitamine A ou rétinol

• Agit comme hormone et pigment.
• Dérivé de pigments végétaux comme le bêta-carotène.
• Régule l'expression de gènes impliqués dans le développement du tissu épithélial.
• Le rétinol est oxydé en rétinal.
• Sert de récepteur à la lumière dans l'œil.

Les vitamines lipidiques comme cofacteurs de réactions d'oxydo-réduction

• Dérivés isoprénoïdes.
• Molécules non synthétisées chez l'animal.
• Proviennent de l'alimentation.

La vitamine E

• Très hydrophobe.
• Incorporée dans les membranes cellulaires.
• Rôle d'antioxydant.
• Interagit avec les radicaux libres générés durant la peroxydation des lipides.

La vitamine K

• Rôle dans la coagulation.
• Participe à la carboxylation enzymatique des résidus Glu des protéines importantes dans ce processus.
• Permet l'activation de la prothrombine.
• Une partie de la dose consommée est produite par les bactéries de notre flore intestinale.
• Carence => saignements excessifs.

L'ubiquinone

• Dérivés isoprénoïdes.
• Rôle de transporteur d'électron au niveau de la chaîne respiratoire mitochondriale.

Le dolichol

• Dérivés isoprénoïdes.
• Cofacteurs des réactions permettant l'ajout de sucres au niveau de protéines (glycoprotéines) ou de lipides (glycolipides).

La peroxydation des lipides

• Action délétère des radicaux libres oxygénés sur les lipides.
• Auto-oxydation par exposition à l'oxygène.
• Provoque le rancissement des aliments.
• Induits des dommages aux tissus in vivo (inflammation, cancer, athérosclérose, vieillissement).
• Les radicaux libres oxygénés possèdent un électron célibataire.
• Sont très réactifs.
• Mécanismes de la peroxydation lipidique.
• Utilisation d'antioxydants pour la contrôler.

Les agrégats lipidiques et membranes biologiques

• Rappel des molécules amphiphiles (hydrophobes et hydrophiles).
• Micelles (agrégats globulaires). Ex: acides biliaires
• Bicouches lipidiques (arrangement bidimensionnel de molécules amphiphiles = base structurelle des membranes biologiques).

Rôles des bicouches lipidiques

• Barrière de perméabilité sélective.
• Frontière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.
• Compartimentation interne.
• Union des cellules entre elles.
• Échanges entre le cytosol et le liquide interstitiel.
• Transfert de molécules.
• Transduction de signaux.
• Interactions entre la membrane plasmique et le cytosquelette.
• Structure dynamique (mélanges, mouvements constants des constituants, etc.).
• Diffusion latérale et flip-flop.
• Asymétrie des bicouches.
• Fluidité membranaire et point de fusion (chaînes saturées/insaturées).

Les liposomes

• Suspension de phospholipides dans un milieu aqueux.
• Compartiments aqueux entourés d'une ou plusieurs bicouches lipidiques.
• Usage pharmacologique et cosmétique (transport médicaments, passage transdermique).

Techniques associées aux lipides

• Techniques d'extraction, de purification et d'analyse.
• Basées sur les propriétés physicochimiques, chimiques et biologiques.
• Solvants organiques.
• Méthode de Folch, chromatographie.

La lipidomique

• Étude fonctionnelle et structurelle du lipidome (ensemble des lipides dans un organisme ou une partie).
• Convergence de plusieurs techniques.
• Consortium LIPID MAPS.