Métabolisme des lipoprotéines et des apolipoprotéines

Introduction aux Macromolécules

• Les hétéroprotéines sont des protéines avec une chaîne polypeptidique associée à une partie non protéique (groupement prosthétique) par liaisons covalentes ou non.
• La nature du groupement prosthétique permet de distinguer différents types d'hétéroprotéines.
• Exemples d'hétéroprotéines avec liaisons covalentes : glycoprotéines (groupement glucidique) et phosphoprotéines (estérifiées par acide phosphorique sur sérine ou thréonine).
• Exemples d'hétéroprotéines avec liaisons non covalentes : protéines avec groupement prosthétique métallique, lipoprotéines (protéines et lipides), et nucléoprotéines (protéines et acides nucléiques).

Glycoprotéines

• Les glycoprotéines sont des hétéroprotéines formées par l'association covalente d'une fraction protéique et d'une fraction glucidique (chaînes composées de plusieurs oses ou dérivés).
• Les sucres contribuent à la stabilité, à l'adressage, à la solubilité et à la structure des glycoprotéines, qui ont des fonctions biologiques variées.
• Les glycoprotéines ne contiennent pas d'acide uronique ni d'esters sulfates.
• La fraction glucidique représente 5 à 40 % de la molécule.
• La fraction glucidique contient 4 groupes de glucides : oses (D mannose, D galactose), 6-désoxyhexoses (L fucose), glucosamine et galactosamine (souvent acétylées), acide N-acetylneuraminique (NANA).
• L'acide N-acetylneuraminique (NANA) est souvent en position terminale, conférant un caractère acide aux glycoprotéines.

Glycosylation

• La glycosylation est une modification post-traductionnelle enzymatique liant un glucide à une protéine.
• Le processus commence dans le réticulum endoplasmique rugueux et se termine dans l'appareil de Golgi.
• Les protéines glycosylées sont destinées à être sécrétées ou intégrées dans une membrane plasmique.
• L'acide N-acetylneuraminique est souvent le sucre le plus externe, chargé négativement.
• La glycosylation est présente dans toutes les cellules eucaryotes et a été observée chez les bactéries.
• Principalement situées sur la face externe de la membrane plasmique, avec la partie glycosylée dans le milieu extracellulaire.
• La glycosylation augmente la résistance des polypeptides à la protéolyse.

Types de Glycosylation

• Les chaînes d'oses se lient aux protéines via des liaisons O-glycosidiques ou N-glycosidiques selon le site d'ancrage.
• O-glycosylation, où la N-acétylgalactosamine se lie au groupement OH de la sérine ou de la thréonine d'une protéine, ou le galactose se lie au groupement OH d'un résidu hydroxyproline du collagène.
• Est catalysée par des glycoprotéines glycosyltransférases.
• Les chaînes d'oses liées par des liaisons O-glycosidiques se trouvent dans les glycoprotéines de la surface cellulaire,dans certaines glycoprotéines virales et dans diverses protéines, comme les immunoglobulines.
• N-glycosylation, la N-glycosylation est une liaison qui s'établit entre la N-acetylglucosamine et le groupement amide de l'asparagine.
• Le site d'attachement en N a un consensus N-X-S (X = tout acide aminé sauf proline).
• Le sucre lié à l'asparagine est la N-acetylglucosamine.
• Les chaînes liées en N ont une structure de base : deux N-acetylglucosamine (GlcNAc) et trois mannose, avec d'autres glucides greffés.
• Les arborisations glucidiques liées en N se divisent en trois familles : riche en mannose (uniquement des résidus de mannose), hybride (sucres et sucres aminés), complexe (similaire à hybride, avec acide N-acetylneuraminique).
• Les chaînes O-glycosidiques sont plus courtes (1 à 3 résidus d'oses, sauf pour les antigènes des groupes sanguins) et plus variables que les N-glycosidiques.

Mécanismes de Glycosylation des Protéines

• La glycosylation en N est co-traductionnelle, débutant dans le réticulum endoplasmique et se poursuivant dans l'appareil de Golgi.
• La glycosylation en O est post-traductionnelle, se déroulant dans l'appareil de Golgi après biosynthèse de la chaîne polypeptidique, sous l'action de glycosyltransférases.
• Liaison en N : Les sucres sont activés dans le cytosol sous forme d'UDP-oses.
• Les intermédiaires délivrent les sucres un par un à un lipide poly-isoprénoïde (dolichol) enchâssé dans la membrane réticulaire via pyrophosphate (PP).
• L'oligosaccharide lié au dolichol pyrophosphate bascule vers le côté luminal.
• L'oligosaccharide transférase transfère l'oligosaccharide à l'asparagine (Asn).
• Le pyrophosphate de dolichol libéré est recyclé en phosphate de dolichol par une phosphatase.
• La chaîne glucidique continue d'être modifiée dans le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi.
• En liaison O, les résidus de sucre sont ajoutés sous forme activée directement aux acides aminés cibles à partir d'un donneur nucléoside phosphate (ex : UDP-N-acétylgalactosamine) par des glycosyltransférases dans l'appareil de Golgi.

Rôle Biologique des Fractions Glucidiques

• Permettent la reconnaissance spécifique par d'autres protéines comme les lectines.
• Interviennent dans l'interaction cellule-cellule : contact, transfert d'information.
• Influencent le repliement des protéines.
• Protègent les protéines contre les protéases.
• La spécificité des groupes sanguins dépend de la fraction glucidique des glycoprotéines des globules rouges.

Principales Glycoprotéines

• Hormones hypophysaires : LH et FSH.
• Glycoprotéines du plasma : Orosomucoïdes, haptoglobine.
• Glycoprotéines du blanc d'œuf : ovalbumine.
• Glycoprotéines végétales ou lectines : Glycoprotéines végétales ou lectines, présentent en quantité plus importante chez les végétaux que chez les animaux.
• Propriétés biologiques : agglutination des cellules, activité mitogène, effets mimétiques des hormones, inhibition de la croissance des cellules cancéreuses, actions antivirales et effets immunologiques.
• Utilisées dans les domaines biomédicaux (hématologie, immunologie, cancérologie, biologie cellulaire) et agronomique (défense des plantes contre les agents pathogènes).

Lipoprotéines : Définition

• Les lipides, hydrophobes, se complexent à des protéines plasmatiques pour être transportés dans le milieu sanguin.
• Les lipoprotéines plasmatiques sont des particules complexes de lipides et d'une partie protéique spécifique (apolipoprotéine ou apoprotéine), liées par des liaisons faibles (hydrogène, hydrophobes, Van der Waals).
• Les apolipoprotéines ont des rôles structural et métabolique, servent à la reconnaissance des lipoprotéines par des récepteurs et des enzymes.
• Les principaux lipides transportés sont les triacylglycérols et le cholestérol.
• Ils proviennent soit l'alimentation soit de la synthèse de novo par l'organisme.
• Le complexe lipides/protéines forme des particules globulaires de masse moléculaire élevée, solubles grâce à : une membrane superficielle de phospholipides, cholestérol libre et protéines, et un cœur de triglycérides et cholestérol estérifié.
• Les lipoprotéines transportent les lipides d'un tissu à l'autre dans le plasma.
• Les lipoprotéines subissent des modifications complexes durant leur voyage, affectant composition, structure et fonction, et sont captées par des récepteurs spécifiques ou non à destination.

Types de Lipoprotéines

• Les lipoprotéines sont classées selon leurs propriétés physiques (taille et densité), leur composition en lipides et protéines, et leur fonction.
• On distingue cinq classes : chylomicrons (les plus grosses, moins denses, riches en lipides, pauvres en apolipoprotéines) et HDL (les plus denses, les plus petites).
• La taille et la teneur en lipides diminuent, tandis que la densité et la proportion apoprotéique augmentent, de chylomicrons à HDL (VLDL, IDL et LDL entre les deux).

Chylomicrons (CM)

• Les chylomicrons transportent les lipides d'origine alimentaire des intestins aux tissus.
• Ils ont un diamètre variable de 800 à 5000 Å, une densité de 0.93 g/ml.
• Ils sont composés de 86% de triglycérides, 3% de cholestérol estérifié, 2% de cholestérol libre, 7% de phospholipides et 2% de protéines.
• Une particule de CM contient les apo A-I, A-II, A-IV, B-48, C-I, C-II, C-III et E (L'apo B-48 est nécessaire à l'assemblage du CM).

Lipoprotéines de Très Faible Densité (VLDL)

• Les VLDL sont fabriquées et sécrétées par le foie (participent à la voie endogène des lipoprotéines).
• Elles transportent les lipides endogènes du foie aux tissus.
• Elles ont un diamètre de 300 à 700 Å et une densité de 0.95 à 1.010 g/ml.
• Elles sont composées de 55% de TG, 12% d'EC, 7% de CL, 18% de PL et 8% de protéines.
• La fraction protéique est composée d'apo B-100, E, C-I, C-II et C-III.
• L'apo B-100 est utilisée pour l'assemblage et l'intégrité structurelle du VLDL, tandis que les autres apo peuvent subir des échanges avec d'autres lipoprotéines.

Lipoprotéines de Densité Intermédiaire (IDL)

• Les IDL sont issues de l'hydrolyse des VLDL par les lipases, transportant les lipides endogènes du foie aux tissus utilisateurs.
• La taille et la densité des IDL sont intermédiaires entre VLDL et LDL, allant de 272 à 300 Å et de 1.008 à 1.019 g/ml.
• Elles contiennent TG 23%, EC 29%, CL 9%, PL 19%, protéines 19%.
• Chaque IDL a une molécule d'apo B-100 à sa surface, ainsi que plusieurs molécules d'apo E.

Lipoprotéines de Faible Densité (LDL)

• Les LDL sont issues des IDL, constituant la dernière classe contenant l'apo B-100.
• Après l'action des lipases, la particule VLDL perd ses TG et s'enrichit en EC, de 220 à 272 Å et a une densité variant entre 1.019 et 1.060 g/ml.
• Composées d'environ 6% de TG, 42% d'EC, 8% de CL, 22% de PL et 22% de protéines.
• Une copie de l'apo B-100 est présente dans chaque LDL, nécessaire au maintien de la structure.
• Elles conduisent le cholestérol synthétisé ou reçu via l'alimentation aux cellules.

Lipoprotéines de Haute Densité (HDL)

• Les particules HDL en circulation peuvent être divisées en trois catégories selon leur densité: les HDL naissantes, les HDL2 et les HDL3.
• Les HDL naissantes ont une forme discoïde stabilisée par les apo et sont sécrétées par le foie et l'intestin venant de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en TG (CM et VLDL).
• Leur principal constituant lipidique sont les PL et présentent principalement à leur surface l'apo A-I, C-II, C-III et E.
• Maturation des HDL : l'apo C-II, C-III et E sont relâchées, les HDL gagnent l'apo A-II et A-IV qui leur permet d'adopter une forme sphérique.
• Les HDL3 ont une taille taille de 70 à 90, une densité de 1.125 à 1.210 g/ml, TG 3% de TG, 13% d'EC, 4% de CL, 25% de PL et 55% de protéines.
• Les HDL2 ont une taille de taille de 90 à 100 Å, une densité de 1.063 à 1.125 g/ml et 5% de TG, 17% d'EC, 5% de CL, 55% de PL et 40% de protéines.
• Les HDL transportent cholestérol des tissus périphériques vers le foie.

Métabolisme des Lipoprotéines

• Le métabolisme impliquent de nombreux récepteurs et enzymes.

Métabolisme des Chylomicrons (CM)

• Sous l'action des enzymes pancréatiques et d'acides biliaires, les lipides d'origine alimentaire sont dégradés en acides gras (AG), monoglycérides (MG), cholestérol libre (CL) et phospholipides (PL).
• AG et MG sont réestérifiés en TG et le CL est estérifié en CE dans les entérocytes (synthétisent des lipoprotéines principalement riches en TG et possédant les apoprotéines Apo B48 et ApoAI de la surface).
• Le passage lymphatique des CM leur permet de capter l'apo E et l'apo CII.
• Des lipoprotéines lipases, synthétisées dans le muscle et le tissu adipeux, sont sécrétées dans le sang et se fixent à la paroi de l'endothélium.
• Passage dans la sang de CM : l'apo CII stimule la lipoprotéine lipase qui hydrolyse les triglycérides en acides gras et glycéro
• Les A gras pénètrent dans le muscle, et sont oxydés par la oxydation ẞ et donnent des molécules d'acétylCoA qui seront dégradées par le cycle de Krebs et donner des molécules d'ATP.
• Stockés dans le tissu adipeux en forme de triglycérides.
• L'hydrolyse des TG induit une modification et se scinde en remnants contenant TG, CE, apo E et apo B48 et en HDL discoïdes contenant CL, PL, apo CII et apo AI.
• Les régénérants se fixent sur le foie avec des récepteurs à l'apo E.
• Les lipases hépatiques dégradent les TG en AG, servant à resynthétiser de nouveaux TG ou à fournir des molécules d'acétylCoA.
• Le cholestérol va servir principalement à la synthèse d'acides biliaires.

Métabolisme des VLDL et IDL

• Le foie synthétise le cholestérol et des TG, et les intègre dans les VLDL (riches en TG, CE, apo E, apo CII et apo B100) qui seront sécrétés.
• La dégradation plasmatique des V LDL est identique à celle des chylomicrons.
• Elles s'enrichissent d'abord en apo E et en apo CII qui est nécessaire à l'activité de la lipoprotéine lipase.
• Les apo proviennent des HDL.
• Au niveau des tissus musculaires, l'apo CII stimule la lipoprotéine lipase qui hydrolyse les triglycérides en acides gras dans le muscles / cœur et tissu adipeux / glycérol dans le foie.
• La LCAT (lécithine cholestérol acyltransférase) plasmatique estérifie le cholestérol pour former les LDL ( IDL contenant de l'apo E, apo B100, du CE et des TG) et HDL ( AI, apo CII, CL, PL).
• Les le LDL transforment la voie des récepteurs et la lipase hépatique.
• Une grande quantité des IDL formées est internalisée et dégradée dans via les récepteurs assurant la reconnaissance.
• Une quantité plus faible de particules est dégradée dans la circulation par la lipase hépatique qui libère des et du glycérol.
• A l'état physiologique, le LDL circule en raison de leur captation rapide ou de leur conversion en LDL.

Métabolisme des LDL

• Sont les molécules obtenues petites et relativement plus riches en cholestérol estérifié et ne possèdent plus que l'apo B100.
• Les LDL sont les principaux transporteurs de cholestérol, principalement sous sa forme estérifiée du foie vers les cellules périphériques.
• Leur reconnaissance par leurs apo B100 se fait au niveau des récepteurs à l'apo B100. Ces LDL sont captés par grâce aux récepteurs à l'apo B100.
• Les LDL sont transformées en métabolites.

Métabolisme des HDL

• HDL assurent le transport reverse du cholestérol des tissus périphériques vers le foie et les tissus stéroïdogéniques.
• Sont des molécules extra cellulaires.
• dans le tissu hépatique, le cholestérol est dégradé en sels biliaires et éliminé dans la bile ;
• dans le tissu stéroidogénique, le cholestérol est transformé en hormones stéroïdes.

Phosphoprotéines

• Les phosphoprotéines sont des hétéroprotéines qui contiennent du phosphore sous forme d'acide phosphorique.
• La phosphorylation induit des modifications structurales très importantes de la protéine cible comme une augmentation ou une inhibition de son activité enzymatique / un changement de sa localisation cellulaire.
• La phosphorylation consiste en une réaction de phosphorylation , en l'ajout d'un groupement phosphate.
• Les phosphorylation induit des modifications très importantes de la protéine cible des protéines kinases, comme une amplification ou inhibition de l'activité enzymatique.