Lipides importants sur le plan physiologique 2019-2020 PDF

BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE 2019-2020 1 UMONS – Pr. AE DECLEVES …Aussi variés qu’importants physiologiquement! 2  Plan de Cours CHAPITRE 0. Rappel - Contexte CHAPITRE 1. L...

BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE 2019-2020 1 UMONS – Pr. AE DECLEVES …Aussi variés qu’importants physiologiquement! 2  Plan de Cours CHAPITRE 0. Rappel - Contexte CHAPITRE 1. Les glucides importants sur le plan physiologique CHAPITRE 2. Glycolyse et oxydation du pyruvate CHAPITRE 3. Le cycle du citrate CHAPITRE 4. La phosphorylation oxydative CHAPITRE 5. Métabolisme du glycogène CHAPITRE 6. Néoglucogenèse et contrôle de la glycémie CHAPITRE 7. Voie des pentoses phosphates et autres voies métaboliques CHAPITRE 8. Lipides importants sur le plan physiologique CHAPITRE 9. Oxydation des acides gras - cétogenèse CHAPITRE 10. Biosynthèse des acides gras CHAPITRE 11. Métabolisme des acylglycérols et des sphingolipides CHAPITRE 12. Synthèse, transport et excrétion du cholestérol CHAPITRE 13. Vue d’ensemble du métabolisme CHAPITRE 14. Métabolisme de l’azote 3  Plan de Cours CHAPITRE 15. Nucléotides et acides nucléiques CHAPITRE 16. Métabolisme des nucléotides puriques et pyrimidiques CHAPITRE 17. Structure et fonction des acides nucléiques CHAPITRE 18. Organisation, réplication et réparation de l’ADN CHAPITRE 19. Synthèse, maturation et métabolisme de l’ARN CHAPITRE 20. Synthèse protéique et code génétique CHAPITRE 21. Génie génétique 4  Révision des concepts Les cellules contiennent 4 types majeurs de biomolécules Les liaisons non covalentes (liaisons H, interactions ioniques, forces de VderW) 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 surface hydrophile et un cœur hydrophobe. 5  Chapitre 4 Lipides importants sur le plan physiologique 1. Importance biomédicale 2. Propriétés des lipides 3. Différentes catégories de lipides 4. Lipides comme messagers cellulaires, cofacteurs, ou encore pigments 5. Rôle des antioxydants contre la peroxydation lipidique 6. Agrégats et membranes biologiques 7. Techniques relatives aux lipides 6 8.1 IMPORTANCE BIOMÉDICALE 1. Lipides = groupe hétérogène (graisses, huiles, stéroïdes, les cires…) 2. Propriétés physico-chimiques communes 3. Graisses = aliments importants les cellules adepositaire des TG dans -sous forme - valeur énergétique (chaine carbonée plus réduite que celle d’un glucide donc son oxydation libère beaucoup plus d’énergie!) - apport vitamines liposolubles - acides gras essentiels 7 8.1 IMPORTANCE BIOMÉDICALE 4. Autres rôles: http://www.inserm.fr/ - Tissus adipeux : réserve et isolant thermique - Gaines myéline: isolant électrique des nerfs - organes cholestero - Membranes (cellule, mitochondrie) transport - Signalisation cellulaire ↑ - Lipoprotéines (protéines+lipides) LDLCHDL ➔ Transport des lipides dans le sang 5. Pathologies associées - Obésité - Diabète sucré (diabète de type 2) - Athérosclérose 8 8.2.1 PROPRIÉTÉS DES LIPIDES 1. Propriétés physiques Pas de carbone chiral (sauf quelques exceptions) donc pas de propriétés optiques Souvent incolores Pas de spectre d’absorbance en UV Viscosité dépend de la t° D’où il existe une t° de fusion en dessous de laquelle les lipides sont en phase solide 9 8.2.2 2. Propriétés physicochimiques Faible solubilité dans l’eau Grande solubilité dans le solvants organiques (chloroforme, benzène,…) Triglycérides = totalement apolaires ③ Phospholipides ont un groupement ionisé et cholestérol a un groupement polaire confèrent un caractère amphiphile 10 8.2.3 3. Propriétés chimiques Dépendent (1) des groupements fonctionnels qui les constituent ▪ Groupement ester ▪ Ester de cholestérol (cholestérol + un acide gras) ▪ Formation des TG (tri-esters d’acides gras) (2) du niveau d’insaturations des chaînes d’acides gras. double liaison dans la chaine ➔Les insaturations des chaînes peuvent être > - hydrogénées chimiquement (processus industriel). 11 8.2.4 4. Propriétés biologiques Tissus adipeux : isolant thermique Gaine myéline: isolant électrique des nerfs Membranes (cellule, mitochondrie) Signalisation cellulaire Lipoprotéines (protéines+lipides) Transport des lipides dans le sang Usage thérapeutique, pharmacologique, cosmétique préparation de liposome 12 8.3 CLASSIFICATION DES LIPIDES ➔ Arrangement des principaux types de lipides selon leur parenté structurale Lipides simples = les acides gras Lipides + complexes = triacylglycérols, glycérophospholipides, sphingolipides Les stéroïdes et vitamines liposolubles (dérivés de l’isoprène) 13 8.3 CLASSIFICATION DES LIPIDES ➔ Arrangement des principaux types de lipides selon leur parenté structurale - = 20 carbones 1 · agissent localement es Y Dans la cellule qui à produit 14 Biochimie Horton Ed. De Boeck Superieur 8.3.1 1. LES ACIDES GRAS = les plus simples des lipides ➔ acides carboxyliques aliphatiques (saturés ou insaturés) Les plus courant chez les plantes et les animaux: af physio Po C - R Lui de Palme 15 Biochimie, Pratt and Cornely, de boeck superieur 8.3.1 A. Caractéristiques Acides gras - estérifiés (huiles et graisses naturelles) - libres (plasma) lié a Talbumine Acides gras - chaînes linéaires (le plus souvent) - dans les graisses naturelles = nombre pair d’atomes de C - chaîne saturée (absence de double liaison) ou non saturée (1 ou + doubles liaisons) 16 Figure 15–1. 8.3.1 A. Caractéristiques 17 Biochimie – Pratt – DeBoeck superieur 8.3.1 B. Nomenclature des acides gras ane ➔ Nom hydrocarbure dérivé + -oïque parretenir Exemple: octane (8C) → acide octanoïque (saturé) octadécène (18C) → acide octadécénoïque (insaturé) ou acide oléique ➔ Numérotation: Le carbone n°1 = Le C du groupement COOH CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH 2 ou α 3 ou β 4 ou γ 18 8.3.1 Les acides gras saturés ➔ Pas de double liaison 19 8.3.1 Cas des acides gras insaturés (plusieurs conventions) Cn : xΔ m,n,o C : carbone n : nombre de carbone x : nombre de doubles liaisons Δ : double liaison m, n, o : positions des doubles liaisons à partir du carbone 1 (celui de l’acide). Acide oléique ou acide octadécénoïque (18 C) = surtenea 20 8.3.1 Cas des acides gras insaturés (plusieurs conventions) Acide oléique ou acide octadécénoïque (18 C) Figure 15–2. ω ou n → une double liaison entre C9 et C10. Δ9. n – 9 (n moins 9). ω9 21 8.3.1 C. Différentes catégories d’acides gras insaturés I. Monoinsaturés (monoéthénoïdes ou monoénoïques) = une seule double liaison C=C II. Poly-insaturés (polyéthénoides ou polyénoïques) = 2 C=C ou plus 22 8.3.1 C. Différentes catégories d’acides gras insaturés II. Poly-insaturés (polyéthénoides ou polyénoïques) = 2 C=C ou plus ↑ NB: pour les mammifères, pas de synthèse de doubles liaisons au-delà de l’atome de carbone n°9 d’où : Séries : ω9, ω6, ω3 ➔ familles d’acides gras ω9, ω6, ω3 Ex. Ac linoléique (C18) = série ω6 => double liaison entre le C12 et C13 est distante de 6 atomes de C de l’atome de C ω (ou 18-12=6) 23 Ex 2. EPA (C20) = série ω3 2015 doubliaison e....... - 3 Dans le passa amb précurseur de lipid proinglamatoir anti inflammatoirest Omega 3 : precurseur Les acides gras – série 3 = acides gras essentiels Les Hommes ne peuvent pas les synthétiser donc doivent provenir de l’alimentation 24 http://www.iherb.com/deva-vegan-omega-3 8.3.1 C. Différentes catégories d’acides gras insaturés I. Monoinsaturés (monoéthénoïdes ou monoénoïques) = une seule double liaison C=C II. Poly-insaturés (polyéthénoides ou polyénoïques) = 2 C=C ou plus NB: pour les mammifères, doubles liaisons ajoutées entre C=C existant (Séries : ω9, ω6, ω3) et COOH ➔ familles d’acides gras ω9, ω6, ω3 III. Eicosanoïdes = dérivés d’acides gras à 20 C (eicosa) 25 8.3.1 tableau à ne par connaitre 26 27 8.3.1 D. Conformation/configuration des acides gras Changement de conformation des acides gras saturés Acides gras saturés à basse températures = chaîne étirée en zig zag qui est flexible = les groupes -CH2- peuvent tourner autour de toutes les liaisons C-C Si température ↑: des liaisons pivotent → raccourcissement de la chaîne ➔ Membranes biologiques + minces 28 8.3.1 Changements de configurations des acides gras insaturés La double liaison empêche la rotation autour de ces liaisons et induit une flexion (un angle)→ Majoritairement cis Ex. d’un mono-insaturé 29 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.1 Ex. Acides gras poly-insaturés naturels (plusieurs C=C) Ex: acide arachidonique : 4 C=C cis - courbures - ou forme de U (pour synthèse prostaglandines) 30 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.1 ➔ Isoméries cis/trans des acides gras insaturés Acides gras insaturés - pas de rotation libre autour de C=C - isomérie cis: la plus courante => « courbure » de 120° de la chaîne Ex: acide oléïque = cis-9-octadécénoïque - isomérie trans => pas de chgt de direction de la chaîne il linéaire Ex: acide élaïdique = trans-9-octadécénoïque 31 8.3.1 Configurations cis ou trans 32 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.1 ➔ Isoméries cis/trans des acides gras insaturés Acides gras trans: dans les aliments Soit produits laitiers < fermentation chez les ruminants Soit le plus souvent formés par traitement industriel -hydrogénation pour saturer acides gras (ajout d’hydrogène sur les doubles liaisons) => durcissement (→ margarines) des huiles végétales 33 8.3.1 E. Propriétés physicochimiques des acides gras Solubilité. EAU : PEU ou PAS (longueur de la chaîne et nbre de doubles liaisons) → seul acide acétique (C2) et acide proprionique (C3) sont soluble dans l’eau Solvants organiques: OK A pH7: tous les ac gras sont ionisés (--COO-) (pKa ~4,5) 34 8.3.1 E. Propriétés physicochimiques des acides gras Alors les graisses, solides ou liquides ? dépendent du point de fusion qui dépend de : longueur de la chaîne degré d’insaturation 35 8.3.1 Alors les graisses, solides ou liquides ? dépendent du point de fusion qui dépend de : longueur de la chaîne degré d’insaturation A 25°C, les AG saturés (12:0 à 24:0) sont sous forme de cire (solides) A 25°C, les AG insaturés sont sous forme d’huile. 36 8.3.1 Pourriez-vous interpréter ce diagramme ? solide la consistence plus explique 37 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 8.3.1 Point de fusion des acides gras à nombre pair de C ↑ avec longueur de la chaîne carbonée ↓ avec degré d’insaturation 38 Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 8.3.1 Point de fusion des acides gras à nombre pair de C ↑ avec longueur de la chaîne carbonée ↓ avec degré d’insaturation Saturé = ordonné Les interactions de van der Waals sont favorisées ce qui est propice à l’extension Plus la chaîne hydrocarbonée est longue, plus il y a d’interactions 39 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 8.3.1 Point de fusion des acides gras à nombre pair de C ↑ avec longueur de la chaîne carbonée ↓ avec degré d’insaturation Insaturé = désordonné car configuration cis Les interactions de van der Waals sont moins nombreuses membrane Biologique = définie la cellule · barrière d'AG saturé e rigidifie la membrane : X trop (. cis A G Trans (ex. : fast food configuration. A G. insaturé en la structure. menbranaire ↳ rigidie fluidité de VDW Y ↳ a interaction 40 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 4.3.1 F. Propriétés physiologiques des acides gras Acides gras - libres (plasma – liés à l’albumine) - estérifiés (huiles et graisses naturelles) Ex triester d’acides gras = triacylglycérols 41 15.3.6 8.3.2 2. LES TRIGLYCÉRIDES OU TRIACYLGLYCÉROLS Il lipidepolaire en OU LIPIDES NEUTRES e Graisses et huiles des plantes et animaux = majoritairement des mélanges de TG - Non polaires - Insolubles dans l’eau - Triesters d’acides gras et de glycérol 1 Figure 15–8. = Liaison ester 2 3 3 glycérol 42 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 15.3.6 8.3.2 Figure 15–8. 3 glycérol - Principale forme de réserve des acides gras (réserve énergétique) - Pas dans les membranes biologiques - Diffèrent selon la nature et la position de leur 3 résidus d’ac gras 43 15.3.6 8.3.2 - Diffèrent selon la nature et la position de leur 3 résidus d’ac gras: - Triacylglycérols simple = un seul type d’acide gras Ex. trioléylglycérol (ou trioléine) = 3x l’ac oléique 1 - Triacylglycérols mixtes = 2 ou 3 résidus d’ac gras différents 44 15.3.6 8.3.2 - Diffèrent selon la nature et la position de leur 3 résidus d’ac gras: Pr Niama Diop Sall FMPOS - PCEM1 45 15.3.6 8.3.2 - Diffèrent selon la nature et la position de leur 3 résidus d’ac gras: Triacylglycérols mixtes = 2 ou 3 résidus d’ac gras différents 46 8.3.2 ➔ Numérotation des carbones du glycérol Figure 15–9. Alcool secondaire à gauche Triacyl-sn-glycerol. Les atomes C1 et C3 du glycérol ne sont pas identiques: vue en 3D, numérotation stéréochimique (sn) => enzyme glycérol kinase phosphoryle toujours C3 (sn-3) 47 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 15.3.6 8.3.2 Il existe également des mono- et des diacyl-glycérols = intermédiaires de synthèse ou hydrolyse OU seconds messagers intracellulaires 48 15.3.6 8.3.2 Les triacylglycérols sont des réserves énergétiques ➔ Animaux = dans les adipocytes ➔ cellules spécialisées dans la synthèse et le stockage des TG G des T.. Stockage > - 49 15.3.6 8.3.2 - Leurs propriétés physico-chimiques dérivent des acides gras qui les constituent: ➔ Solubilité, point de fusion et point d’ébullition dépendent des caractéristiques des ac gras constitutifs. 50 15.3.6 8.3 Concepts importants: propriétés, structure et stockage Les lipides sont des composés biologiques insolubles dans l’eau, possédant des structures chimiques variées et pouvant être extraits d’échantillons biologiques (tissus) par des solvants non polaires. La majorité des AG composant notre organisme sont des molécules à nombre pair de carbones, saturés ou insaturés en configuration cis. Les TG contiennent 3 acides gras estérifiés à un squelette de glycérol. Les TG sont la source principal de réserve de lipides dans l’organisme au niveau des adipocytes. L’hydrogénation partielle des huiles végétales dans l’industrie alimentaire converti les liaisons cis d’AG en liaisons trans. Les graisses trans sont reconnus pour leur rôle dans les maladies cardiovasculaires. 51  Question: Expliquez pourquoi les lipides ne peuvent pas former de vrais polymères. 52 8.3.3 3. LES COMPOSANTS PRINCIPAUX DES MEMBRANES BIOLOGIQUES A. Glycérophospholipides Principaux constituants des membranes biologiques Molécules amphiphiles avec des « queues » non polaires aliphatiques et une « tête » polaire B. Sphingolipides Egalement constituants des membranes biologiques Amidification d’un acide gras sur une sphingosine d amine qui permet I La condensation avec un a a. 53 8.3.3.1 A. Les Glycérophospholipides Ou phosphoglycérides → Lipides principaux des membranes biologiques Le plus simple = ACIDE PHOSPHATIDIQUE = Glycérol + 2 Acides Gras + H3PO4 Figure 15–10. = l’élément de base des glycérophospholipides 54 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.3.1 Le plus simple = ACIDE PHOSPHATIDIQUE = Glycérol + 2 Acides Gras + H3PO4 Phosphate est estérifié Figure 15–10. avec différents alcools (X) => 3-phosphatidyl(X) 55 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.3.1 Plus complexe = les GLYCÉROPHOSPHOLIPIDES = acide phosphatidique + alcool ▪ Le groupement X est un dérivé d’alcool polaire ▪ Différentes catégories selon le X → 3-phosphatidyl-X 56 www.carabinsnicois.fr 15.2.3 ▪ 3-PHOSPHATIDYL-CHOLINE connaitre ▪ 3-PHOSPHATIDYL-ÉTHANOLAMINE ▪ 3-PHOSPHATIDYL-SÉRINE ▪ 3-PHOSPHATIDYL-INOSITOL 57 Figure 15–10. Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.3.1 Rôle des phospholipases ➔ permettent la dégradation et le remodelage des glycérophospholipides ➔ permettent dégradation partielle suivie de resynthèse de parties de la molécule 5 phosphopanedidérerspécia et Suc pancréatique et venin de serpent, d’abeilles - Figure 24–6. et de guêpes 58 8.3.3.1 Phospholipase A2 élimine l’acide gras sur C2 et forme alors un lysophosphoglycérides sans acid gras -phospholipide ↑ des lysophosphoglycérides → perturbent les membranes biologiques et entrainent la lyse des cellules → Perte de l’intégrité membranaire ➔ ➔ ➔ perte de molécules de signalisation 59 ➔ Douleur et inflammation 8.3.3.1 Action physiologique de la PLA2: ▪ PLA2 pancréatique (sécrétée sous forme de zymogène) → digestion des membranes d’origine alimentaire ▪ PLA2 intracellulaire (activité hautement régulée) permet la libération d’acide arachidonique à partir des -aide phospholipides membranaires gras Précurseurs des eicosanoïdes (rôles physiologiques importants) 60 8.3.3.1.1 Ex. Les phosphatidylcholines = lécithines Molécule ionisée au pH physiologique 1 2 ➔ Phospholipides les plus abondants des membranes cellulaires + réserve principale de choline (cf acétylcholine, signal nerveux) 61 Biochimie – Pratt – DeBoeck superieur  ASPECTS CLINIQUES Déficit en surfactant pulmonaire (dipalmitoylphosphatidylcholine) Rôle du surfactant = ↓ tension superficielle à l’interface - air/liquide dans les alvéoles pulmonaires (stabilise les alvéoles) et leur vole dans les physio ➔réduction du travail respiratoire échanges gazeux ➔Maintien d’une capacité résiduelle fonctionnelle Déficit dans poumons des prématurés: ➔ syndrome de détresse respiratoire 62 8.3.3.1.3 Ex. La cardiolipine (ou diphosphatidylglycérols) = lipide important des membranes internes mitochondriales maintien la structure des complexes de ea chaine respiratoire mitochondriale X Figure 15–10. Quand le groupement X est le phosphatidylglycérol = la cardiolipine 63 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.3.1.3 Cas pathologiques: →Diminution ou perturbation du métabolisme de la cardiolipine Vieillissement Infarctus du myocarde Hypothyroïdie Syndrome de Barth (myopathie des muscles cardiaques et squelettiques) 64 8.3.3.2 B. Les Sphingolipides → Egalement présent dans les membranes biologiques → Pas de squelette de glycérol ( ≠ glycérophospholipides) Mais sphingose → Ce sont des amides de la sphingosine qui se forment par des liaison du carboxyle de l’acide gras sur le –NH2 de la sphingosine ne pas retenir la structure du Sphingosine mais savoir le retenir 1 3 2 Le groupement R peut varier ➔ différentes catégories 65 Wikipedia.org 8.3.3.2 SPHINGOSINE ACIDE GRAS CERAMIDE SUCRE (galactose,…) PHOSPHATIDYLCHOLINE SPHINGOMYÉLINE SPHINGOGLYCOLIPIDES 66 Modifié d’après www.medatice-grenoble.fr 8.3.3.2 A Le céramide (= le plus simple des sphingolipides) 1 3 2 Groupe R est un atome d’H Rôles biologiques: → Précurseur des sphingoglycolipides et sphingomyéline → Epiderme : contrôle de l’hydratation → Psoriasis, sphingolipidoses → Second messager intracellulaire 67 8.3.3.2 -Dane les membranes Giologique A-1 les sphingomyélines (sphingolipides) & Dans les gaines de myeline → Céramide lié par son alcool primaire à la phosphocholine Figure 15–13. Alcool aminé 2 à 18 C 3 avec C=C 1 68 8.3.3.2 A-1 Rôles biologiques: → Important dans le cerveau, tissu nerveux (gaine de myéline) et dans la cornée → Rôle dans la transduction cellulaire 69 8.3.3.2 A-2 Les glycolipides a. A. Les glycéroglycolipides → Glycérol + sucre(s) → Glycérol : C1 et C2 sont estérifiées par des acides gras C3: lié à un sucre par liaison glycosidique sur la fonction -OH b. Les sphingoglycolipides → cérébrosides, gangliosides 70 8.3.3.2 A-2b e savoirdecrira et b. Les sphingoglycolipides : cérébrosides = formé d’un résidu glucidique attaché au carbone C1 d’un céramide (sphingosine+ac gras) par une liaison β-glucosidique Figure 15–14. X 2 3 (24 C) 1 Liaison β osidique 71 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.3.2 A-2b Figure 15–14. X (24 C) - Structure du galactosylcéramide (galactocérébroside, R = H) et du sulfogalactosylcéramide (un sulfatide, R = SO42-). 72 8.3.3.2 A-2b Rôles biologiques: → Dans tous les tissus, surtout tissus nerveux, cerveau → dans feuillet externe de la membrane plasmique ➔ font partie des glucides de la surface de la cellule Oligoglycosyl-céramides: - Stabilité - Communication (activation de certains récepteurs membranaires) - Marqueurs d’auto-immunité 73 8.3.3.2 A-2b b. Les sphingoglycolipides : gangliosides Glycosphingolipides complexes dérivés du glucosylcéramide + acide(s) sialique(s) (= acide neuraminique) Ex. GM3 1 3 2 74 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.3.3.2 A-2b b. Les sphingoglycolipides : gangliosides Glycosphingolipides complexes dérivés du glucosylcéramide + acide(s) sialique(s) (= acide neuraminique) Ex. GM3 glucose 1 3 2 galactose 75 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.3.3.2 A-2b Complément d’information concernant la nomenclature des gangliosides (GM1, GM2, GM3 ; GD1, GD2, GD3 ; GT1, GT3,…..) G=ganglioside M=un résidu d’acide sialique ; D= 2 ; T= 3 ; Q = 4 3, 2 ou 1 = 2, 3 ou 4 résidus d’un autre sucre y compris l’acide sialique. GM3 comme illustré dans le cours = ganglioside contenant un acide sialique ainsi que 2 autres sucres (gal et glu). 76 8.3.3.2 A-2b Rôles biologiques: → Abondants dans les ganglions et tissus nerveux → Fonction de récepteur → le plus simple dans les tissus: GM3 = céramide + glucose + galactose + acide neuraminique → Récepteurs de microorganismes (ex. GM1 dans l’intestin humain → toxine cholérique) 77  Question Quelles sont les différences structurelles majeures entre la sphingomyéline et les glycérophospholipides? 78 8.3.4.1 4. Les Polyprénoïdes A. Les Stéroïdes sont rattaché au groupe des composés polyprényles synthétisés à partir d’une molécule à 5 C: l’isoprène. Cholestérol = stéroïde le + présent dans les membranes plasmiques des mammifères Beaucoup d’hormones (œstrogènes, androgènes, corticoïdes surrénaux,…) 79 8.3.4.1 Les stéroïdes: caractéristiques CH3 Chaîne latérale Figure 15–16. + un cycle cyclopentane Noyau phénanthrène Structure saturée: atomes d’hydrogène sur toutes les valences Si groupe(s) hydroxyle, sans carbonyle ou carboxyle => stérol 80 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3.4.1 Ex. Le cholestérol (ou 3-hydroxy-5,6-cholestene) D Figure 15–19. + ester d’acide gras 81 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.3.4.1 Ex. Le cholestérol Figure 15–19. + ester d’acide gras → Constituant des membranes biologiques chez les animaux → Le groupement –OH polaire = léger caractère amphiphile → Très rigide par sa structure cyclique fusionnée → Présent dans les lipoprotéines du plasma sanguin → 70% est estérifié par un ac gras à longue chaîne ➔ Ester de cholestérol → Précurseur des hormones stéroïdes → associé à maladies cardiaques, athérosclérose 82 8.3.4.1 Ex. L’ergostérol X Chez plantes et levures: Figure 15–20. → précurseur vitamine D UV => ouvrent cycle B 83 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.3 Concepts importants: lipides de structure dans les membranes Les lipides polaires – tête polaire et queue hydrophobe - sont les constituants majeurs de nos membranes biologiques. Les glycérophospholipides diffèrent dans leur structure chimique (squelette = glycérol). La tête polaire est chargée négativement à pH7. Le plus simple = acide phosphatidique (Glycérol + 2 Acides Gras + H3PO4) Plus complexe = Acide phosphatidique + un alcool Les plus communs = PE et PC. Les sphingolipides contiennent une sphingosine (amino-alcool). Le plus simple = le céramide (sphingosine + un AG) Les sphingomyéline = céramide + phosphatidylcholine (membranes) Les cérébrosides et gangliosides qui contiennent des composés sucrés. Les stéroïdes dont le cholestérol est le principal des animaux. Le cholestérol joue un rôle structural dans les membranes biologiques et est également un précurseur pour de nombreux autres stéroïdes. 84 8.4 4. LES LIPIDES COMME MESSAGERS CELLULAIRES, COFACTEURS, OU ENCORE PIGMENTS retenir qu'il y a 3 groupes Groupe 1: -Lipides possédant un rôle biologiquement actif comme métabolites actifs ou seconds messagers ou encore comme hormones. Groupe 2: - Lipides comme cofacteurs pour diverses réactions enzymatiques. Groupe 2: - Lipides comme molécules pigments qui absorbent la lumière visible. 85 8.4.1.1 Groupe 1:Phosphatidylinositol et les dérivés de la sphingosine (céramides) comme messagers intracellulaires Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (dans les membranes) est précurseur de seconds messagers (DAG et IP3) augmentation dansles le sans Y structure ànepasa Hydrolyse en 86 8.4.1.2 Groupe 1: Les eicosanoïdes – Action paracrine - cels joueunvole dansla à netenir t ~ ure 87 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 8.4.1 Les Prostaglandines Dans tous les tissus des mammifères: - fonction d’hormones locales - importance physiologique et pharmacologique Cyclisation au centre de l’acide gras polyinsaturé à 20 C Ex: acide arachidonique Formation d’un anneau cyclopentane 88 8.4.1 Les Thromboxanes Thromboxane A2 (TXA2). L’anneau cyclopentane est interrompu par un atome O (cycle oxane) Figure 15–4. → Découverts dans les plaquettes (sang) → Rôle de vasoconstricteur 89 8.4.1 Les Leucotriènes retrouvé Leukotriène A4 (LTA4). Figure 15–5. Formés par la voie de la lipooxygénase - Agents pro-inflammatoires - Bronchoconstricteurs (rôle dans l’asthme) G asthmatique person alaccotriences lep produisent 90 8.4.1.3 Groupe 1: Les hormones stéroïdiennes Structure ke à pas retenir 91 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 8.4.1.4 Groupe 1: Les vitamines lipidiques comme précurseurs d’hormones Ce sont des isoprénoïdes (dérivés d’unités isoprène) Molécules non synthétisées chez l’animal Donc provient de l’alimentation 92 8.4.1.4 → Vitamine D → Dérivé des stéroïdes → Vit D2 dérive d’un composé d’origine végétale → Vit D3 dérive du cholestérol →②Les UV essentiels à leur formation lester → Vit D stimule absorption de Ca2+ dans l’intestin → Ca2+ dans le sang → favorable au dépôt de Ca2+ dive dans les os et les dents. → Carence ➔ Rachitisme → arrêt de croissance et déformation des os 93 Chap 10. Lehinger – Principles of biochemistry, Freeman 8.4.1.4 94 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.4.1.4 → Vitamine A ou Rétinol → Agit comme hormone et pigment → Dérivé de pigments végétaux comme le β-carotène → Régule l’expression de gènes impliqués dans le développement du tissu épithélial comme la peau → Rétinol est oxydé en rétinal qui sert de récepteur à la lumière dans l’oeil. → Carence ➔ cécité le Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 95 8.4.2 Groupe 2: Les vitamines lipidiques comme cofacteurs de réactions d’oxydo-réduction Ce sont des isoprénoïdes (dérivés d’unités isoprène) Molécules non synthétisées chez l’animal provient de l’alimentation 96 8.4.2.1 → Vitamine E ou la tocophérol → Très hydrophobe → Incorporée dans les membranes cellulaires a vendation → Rôle d’antioxydant → Interagit avec les radicaux libres générés durant la peroxydation des lipides protection contre , lipidique 97 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.4.2.1 → Vitamine K → Rôle dans la coagulation → Participe à la carboxylation enzymatique des résidus Glu de protéines importantes dans ce processus → Permet l’activation de la prothrombine → ½ de la dose consommée est produite par les bactéries de notre flore intestinale (!!attention antibiotique!!) → Carence = saignements excessifs 98 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.4.2.2 Groupe 2: L’ubiquinone (ou coenzyme Q) comme cofacteurs de réactions d’oxydo-réduction Dérivés isoprénoïdes Rôle de transporteur d’électron au niveau de la chaine respiratoire mitochondriale Structure à ne pas connaitre E 99 8.4.2.3 Groupe 2: Le dolichol comme cofacteurs des réactions permettant l’ajout de sucres au niveau de protéines (glycoprotéines) ou de lipides (glycolipides Dérivés isoprénoïdes connaitre pas structure 100 8.4 Concepts importants Certains lipides jouent un rôle important dans les fonctions biologiques. Le phosphatidylinositol bisphosphate peut être hydrolysé en DAG et IP3. Rôle des eicosanoïdes comme hormones paracrines. Rôle des hormones stéroïdiennes: Hormones sexuelles Aldostérone ou encore cortisol (métabolisme du glucose et régulation sodique) Les vitamines lipidiques ont de nombreuses fonctions biologiques L’ubiquinone ou encore le dolichol comme cofacteurs de réactions enzymatiques. 101 8.5 LA PEROXYDATION DES LIPIDES oxidation des lipides C’est quoi ? Ex. Le rancissement des aliments comme le beurre, ça vous parle ? 102 8.5 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 ▪ induit dommages aux tissus in vivo: inflammation, cancer, athérosclérose, vieillissement Les radicaux libres oxygénés ROO. RO..OH Possèdent un électron célibataire sur la couche périphérique d’un atome d’oxygènes ➔ Sont très réactifs! ROO. = radical peroxyde; RO. = radical alkoxyle R= chaîne carbonée; OH. = radical hydroxyle 103 www.ocl-journal.org 104 8.5 attaqué par une espace → 2 cibles lipidiques principales: (1) les acides gras polyinsaturés (dans les phospholipides) (2) le cholestérol ➔ dans les membranes biologiques → formation de peroxydes sur lipides à alternance de doubles et simples liaisons signalisation normale et les voies de altérer a ⑨ Les produits d’oxydation qui en résultent peuvent (1) agir comme seconds messagers sur les voies métaboliques; (2) agir également comme toxiques responsables de perturbations cellulaires (athérosclérose) 105 8.5 Pas tout connaitre Peroxydation des lipides par étapes: Phase initiale Radical lipidique 2 1 connaitre O à ne pas struve le nom ↑ mais MDA Figure 15–23. d - biomarqueur doser péroxide de lipide dosédans que saciennent où ne facilement doser sait pas elle → La réaction est amorcée par un radical libre préexistant (X.), par la lumière ou par des ions métalliques. → Le dialdéhyde malonique (MDA) n’est formé que par des acides gras ayant trois doubles liaisons ou plus et il est utilisé comme mesure de la peroxydation des lipides. 106 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.5 Peroxydation des lipides = réaction en chaîne (3 étapes) → apport continu de radicaux libres inducteur G 107 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.5 Pour contrôler la peroxydation des lipides: les antioxydants - Additifs alimentaires - Naturels: - Vitamine E (tocophérol) liposoluble - Urate, = vitamine C hydrosolubles 108 8.5 Les antioxydants Deux classes d’antioxydants: 1. préventifs = ↓ taux d’initiation des réactions en chaîne catalase, glutathion peroxydase (réagit avec ROOH) sélénium, chélateurs d’ions métalliques (EDTA, DPTA) 2 sétape 2. casseurs de chaîne = ↓ propagation de la chaîne _. superoxyde dismutase piège les superoxydes O2 graieau vitamine E piège les ROO. (radical peroxyde) 109 8.6 AGRÉGATS LIPIDIQUES ET MEMBRANES BIOLOGIQUES L’huile → couche monomoléculaire à la surface de l’eau ➔ Les têtes polaires de ces molécules amphiphiles sont immergées dans l’eau et les chaînes hydrocarbonées se projettent dans l’air 110 8.6 AGRÉGATS LIPIDIQUES ET MEMBRANES BIOLOGIQUES Rappel: Molécule amphiphile: - une partie hydrophobe = insoluble dans l’eau - une partie hydrophile = soluble dans l’eau 111 8.6.1 1. Micelles et bicouches Micelles = agrégats globulaires dont les chaînes hydrocarbonées sont à l’abri de l’eau → savons, détergents = acides gras (une seule chaîne) + tête polaire ou chargée Forme fuselée Ex: Rôle des- acides biliaires entourent des molécules hydrophobes R permettre leur absorption dans lemilietres moment de la pour produit au Phase aqueuse digestion par 112 8.6.1 Bicouches lipidiques → Les glycérophospholipides et les sphingolipides tendent à former des bicouches → 2 chaînes hydrocarbonées = forme cylindrique → Contraintes stériques → feuillets bimoléculaire ➔ bicouche lipidique → = base structurale des membranes biologiques Deux feuillets visibles au microscope électronique 113 8.6.1 Bicouches lipidiques Arrangement bidimensionnel de molécules amphiphiles Orientation phospholipides - groupe polaire dans phase aqueuse - 2 chaînes hydrophobes dans phase huileuse 114 8.6.1 A Rôles des bicouches lipidiques = Barrière de perméabilité sélective spécifique Selectioné s'il y a des transporteur pour ces molécules 115 Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 8.6.1 A Frontière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule et compartimentation interne Union des cellules entre elles pour former épithélium les Échanges entre le cytosol et le liquide interstitiel : fonctions de transport Les protéines sont des partenaires indispensables aux membranes biologiques car elles garantissent: ▪ le transfert de molécules à travers la bicouche lipidique; ▪ la transduction de signaux ▪ les interactions entre la membrane plasmique et le cytosquelette. trot. & que de structure l'on retrouve en périphérie de la membrane et aussitrumspatcellular est 116 Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 8.6.1 B La bicouche est une structure dynamique Mélanges de nombreux lipides différents + des protéines – Pas de géométrie clairement définie de la bicouche Structure non statique – les constituants sont en mouvement constant = – Assemblage dynamique Têtes montent et descendent Queues hydrocarbonées en constant mouvements rapides. Délocalisation des lipides au sein de la membrane 117 8.6.1 B Diffusion des phospholipides au sein de la bicouche: Diffusion latérale – Mouvement rapide – Au sein d’un même feuillet – Echange de place entre un lipide et ses voisins jusqu’à 107 fois/seconde ne doivent pas franchire ne coure par d'E hydrophole à la cellule restent en contact milieux ageux polaire avec le > - car les tête Gavière une A Inon favorable ( glip-flop 118 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.6.1 B Flip-flop ou diffusion transversale – Mouvement de bascule d’un des feuillets à l’autre – Défavorable d’un point de vue thermodynamique De par le passage d’une tête polaire solvatée à travers l’intérieur hydrophobe de la bicouche – Uniquement possible par l’action d’enzymes appelées translocases ou flippases besoin d'f 119 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur tableau àhe pas retenir 120 Van der Mark V. et al. P4 ATPases: Flippases in Health and Disease. 2013 Int J Mol Sci. 14 8.6.1 B Les protéines bougent également – mais reste dans le même feuillet 1972 – Modèle de la mosaïque fluide Postule la libre diffusion des protéines membranaires dans le plan de la bicouche lipidique (comme un iceberg sur une mer de lipides). Trois catégories de protéines membranaires: (intrinsèques ou (périphériques) (liées à un lipide) transmembranaires) 121 Biochimie de Pratt – DeBoeck superieur 8.6.1 B Les protéines bougent également – mais reste dans le même feuillet La membrane n’est pas uniforme: – Régions contenant certaines protéines – Ou encore certaines compositions de lipides - Différentes régions peuvent se caractériser par différents degrés de fluidité: Régions appelées radeaux membranaires (lipid raft) ↓ Consistance quasi-cristalline membrane peu plus cholesterol de un rigide ; spingholipides plus et Contiennent des assemblages compacts de cholestérol et de sphingolipides Peuvent s’associer avec des protéines et entrer dans des processus de transport et de signalisation 122 8.6.1 D Les bicouches naturelles sont asymétriques PC ▪ Les têtes polaires de la phophatidylcholine sont généralement. orientées vers l’extérieur de la cellule ▪ La phosphatidylsérine se trouve généralement dans le feuillet S enbrane exterieur interne p Pendant apoptose P Pf S et · :.. => 123. Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 8.6.1 C Fluidité membranaire et point de fusion Description de la fluidité membranaire par son point de fusion Point de fusion d’un acide gras dépend: – De sa longueur – De son degré d’insaturation Chaînes saturées – Point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne Interactions de VdW plus importantes → besoin en énergie libre important pour les rompre Si chaîne plus courte → surface moins grande → besoin en énergie libre moins grand 124 8.6.1 C Chaînes insaturées Introduction d’un coude si présence d’une double liaison Moins de « tassement » contre les chaînes voisines Point de fusion diminue si le degré d’insaturation augmente ➔Le maintien de la fluidité membranaire est essentielle pour de nombreux processus métaboliques 125 MOOC côté cours : Composition de la membrane et pathologie (ex. du cholera) https://youtu.be/w7nA5n9UC-4 126 8.6.2 2. Les Liposomes empaqueter un principe actif > - penetration du P.. A → Suspension de phospholipides dans un milieu aqueux → Donne un compartiment (sphères) aqueuses entouré d’un ou plusieurs bicouches lipidiques  usage pharmacologique: transport médicaments  usage cosmétique: passage transdermique 127 Biochimie Harper Ed. De Boeck Superieur 8.7 TECHNIQUES ASSOCIÉES AUX LIPIDES Techniques d’extraction Techniques de purification Techniques d’analyse ➔ basées sur leurs propriétés physicochimiques, chimiques et biologiques ➔Sont hydrophobes et donc facilement extraits par des solvants organiques 128 8.7.1 TECHNIQUES ASSOCIÉES AUX LIPIDES 1. Techniques d’extraction d’après la méthode de Folch → Séparation par mixte entre chloroforme/méthanol (rapport 2:1) → + étapes de centrifugation et rinçage isolereum en permetseries lipide TG, stérols, phospholipides, sphingolipides 129 8.7.3 2. Techniques de purification et séparation Recours aux techniques de chromatographie Chromatographie sur couche mince mono- ou bidimensionnelle Chromatographie sur colonne basse pression Chromatographie haute pression – HPLC Permet une séparation optimale des lipides à partir d’un échantillon déposé en faible quantité Obtention de fractions en quantités suffisantes pour des analyses ultérieures Chromatographie phase gazeuse (CPG) Utilisée pour l’analyse, dosage et détermination de la composition en acides gras libres ou estérifiés dans TG ou phospholipides. 130 8.7.2 Chromatographie phase gazeuse (CPG) http://www.masterchimie1.u- psud.fr/Chromatoweb/Generalites chromato.html D’après Bleicher-Bardeletti et al., Biochimie, Ed Dunod Validation ensuite par spectrométrie de masse 131 8.7.3 3. La lipidomique Lipides = groupe hétérogène Centaines de milliers de lipides dans une cellule Rôles physiologiques (et pathologiques) divers Dysfonctionnement du métabolisme des lipides ➔ maladies Lipidomique = étude fonctionnelle et structurelle du lipidome (= ensemble des lipides d’un organisme ou d’une partie (un tissu ou une cellule)) 132 8.7.3 Lipidomique ➔ Requière la convergence de plusieurs techniques pointue dont les chromatographies, la spectrométrie de masse, d’outils informatiques et statistiques Consortium mis en place en 2003 pour regrouper les données et informations: -LIPID MAPS (www.lipidmaps.org) ; AOCS Lipid Library (lipidlibrary.aocs.org) ; … 133 8.7.3 Echantillons (biofluides, tissus, cellules) + standard interne Extraction des lipides Chromatographie gazeuse Chromatographie liquide Spectrométrie de masse Traitement des spectres Bioinformatique – Analyses statistiques multivariées Profil lipidique (diagnostic, pronostic, biomarqueurs) Interprétation biologique 134 8.7.3 Echantillons = Cerveau de rat sain vs malade Traitement des spectres Bioinformatique – Analyses statistiques multivariées 135 Interprétation biologique D’après Laprévote O. Focus Toxico-Analysis