Module 9: Les Lipides - Biochemie Structurale BCM-1001 - PDF
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This document is an introduction to lipids, a diverse class of organic compounds. It describes their solubility, structural variations, and diverse functions in cells, highlighting their role as building blocks of membranes and energy stores. Examples of lipid types, such as triacylglycerols and phospholipids, are discussed. The structural variations of lipids, including linear, branched, or cyclic shapes, are also showcased.
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Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Module 9 Les lipides Introduction Les lipides forment une classe hétérogène de composés or...
Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Module 9 Les lipides Introduction Les lipides forment une classe hĂ©tĂ©rogène de composĂ©s organiques qui sont regroupĂ©s sur la base de leur solubilitĂ©. Ils sont insolubles ou très peu solubles dans l'eau, mais solubles dans des solvants organiques non polaires comme le chloroforme, l'Ă©ther ou le benzène. Ce sont surtout des composĂ©s hydrophobes ou amphiphiles (amphipathiques), par opposition aux glucides et aux protĂ©ines qui sont en gĂ©nĂ©ral beaucoup plus solubles dans l'eau et les solvants polaires. 9.1 La diversitĂ© structurale et fonctionnelle des lipides Les lipides ont des structures extrĂŞmement variĂ©es. Ils peuvent prĂ©senter des formes linĂ©aires, ramifiĂ©es ou cycliques. Le lipide le plus simple est l’acide gras. Il correspond Ă la formule R-COOH oĂą R est une chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e. Les lipides complexes contiennent des acides gras ou sont des dĂ©rivĂ©s d’acide gras. Ces derniers ne se lient toutefois pas les uns aux autres sous forme de polymères comme le font les unitĂ©s de construction des peptides ou des polysaccharides; ils sont plutĂ´t liĂ©s Ă d’autres types de composĂ©s. Les lipides complexes sont subdivisĂ©s en 5 classes : les triacylglycĂ©rols (souvent appelĂ©s TAGs), les glycĂ©rophospholipides, les sphingolipides, les cĂ©rides, et les eicosanoĂŻdes (Figure 9.1). Les isoprĂ©noĂŻdes ne contiennent pas d'acides gras, mais sont plutĂ´t dĂ©rivĂ©s d’une structure Ă 5 carbones nommĂ©e isoprène. Trois classes particulières de biomolĂ©cules en font partie : les terpènes, les stĂ©roĂŻdes et certaines vitamines (Figure 9.1). La grande diversitĂ© structurale des lipides reflète leurs nombreuses fonctions dans la cellule. Page 1 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement TriacylglycĂ©rols (TAGs) GlycĂ©rophospholipides Les lipides complexes Acides gras Sphingolipides contiennent des acides gras ou Lipides des dĂ©rivĂ©s CĂ©rides d’acides gras EicosanoĂŻdes IsoprĂ©noĂŻdes Terpènes StĂ©roĂŻdes Figure 9.1 : Classification des lipides. Voici les principales fonctions des lipides : Constituants des membranes cellulaires – GlycĂ©rophospholipides, sphingolipides et stĂ©roĂŻdes (isoprĂ©noĂŻdes) Source et rĂ©serve d’énergie – TriacylglycĂ©rols RĂ´le hormonal/mĂ©diateur chimique – StĂ©roĂŻdes (isoprĂ©noĂŻdes) et eicosanoĂŻdes Protection (thermique et/ou mĂ©canique) – TriacylglycĂ©rols et cĂ©rides Vitamines – IsoprĂ©noĂŻdes Vitamines A, K et E : Terpènes Vitamine D : StĂ©roĂŻdes Reconnaissance cellulaire – Sphingolipides (glycosphingolipides) Page 2 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement 9.2 La structure des acides gras ressemble Ă celle des hydrocarbures Les acides gras sont des acides carboxyliques qui possèdent une longue chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e (Figure 9.2). Notez qu’un hydrocarbure est un composĂ© organique constituĂ© exclusivement d’atomes de carbone (C) et d’hydrogène (H). Ce sont donc des molĂ©cules amphipathiques (ou amphiphiles) puisque leur chaĂ®ne est hydrophobe et leur extrĂ©mitĂ© portant le groupement carboxyle est hydrophile. Au pH physiologique, le carboxyle (dont le pKa est de 4,5 Ă 5) est ionisĂ© (charge -). Les acides gras diffèrent entre eux par la longueur de leur chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e, la prĂ©sence de doubles liaisons carbone-carbone (C=C), la position de ces doubles liaisons et la prĂ©sence de ramifications ou de structures cycliques. Les acides gras les plus frĂ©quents possèdent une chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e contenant entre 12 et 20 atomes de carbone (Tableau 9.1). La plupart ont une chaĂ®ne linĂ©aire constituĂ©e d’un nombre pair d'atomes de carbone. On les retrouve très rarement Ă l’état libre; ce sont plutĂ´t des composants des lipides complexes. Ils sont sous forme de dĂ©rivĂ©s (eicosanoĂŻdes) ou liĂ©s Ă d’autres molĂ©cules comme le glycĂ©rol (triacylglycĂ©rols et glycĂ©rophospholipides) ou un autre alcool (cĂ©rides et sphingosines). Acide linolĂ©ique Figure 9.2 : Exemples de structures d’acide gras. Pour les reprĂ©senter, les formules semi- dĂ©veloppĂ©es (A) ou topologiques (B et C) sont les plus frĂ©quemment utilisĂ©es (module complĂ©mentaire). La nomenclature et les propriĂ©tĂ©s physico-chimiques des acides gras sont prĂ©sentĂ©es dans la capsule 9.1. Les acides gras saturĂ©s ne contiennent que des liaisons simples, alors que les acides gras insaturĂ©s contiennent une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone. Lorsqu’un acide gras ne possède qu’une seule double liaison, on parle d’un acide gras monoinsaturĂ©. Lorsqu’il en possède plusieurs, on parle d’un acide gras polyinsaturĂ© (Figure 9.3). Page 3 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement saturĂ©s Acides gras monoinsaturĂ©s insaturĂ©s polyinsaturĂ©s Figure 9.3 : Classification des acides gras selon la prĂ©sence de doubles liaisons C=C. Tableau 9.1 : Acides gras les plus rĂ©pandus. # d’atomes # de Nom commun Formule TempĂ©rature OmĂ©ga de carbone doubles (Notation symbolique) molĂ©culaire de fusion (°C) liaisons 12 0 Acide laurique (C12H24O2) 44 - (12:0) 14 0 Acide myristique (C14H28O2) 52 - (14:0) 16 0 Acide palmitique (C16H32O2) 63 - (16:0) 18 0 Acide stĂ©arique (C18H36O2) 70 - (18:0) 20 0 Acide arachidique (C20H40O2) 75 - (20:0) 16 1 Acide palmitolĂ©ique (C16H30O2) -0,5 ω-7 (16:1 Δ )9 18 1 Acide olĂ©ique (C18H34O2) 13 ω-9 (18:1 Δ )9 18 2 Acide linolĂ©ique (C18H32O2) -9 ω-6 (18:2 Δ9,12) 18 3 Acide α-linolĂ©nique (C18H30O2) -17 ω-3 (18:3 Δ 9, 12, 15) 20 4 Acide arachidonique (C20H32O2) -49 ω-6 (20:4 Δ5, 8, 11, 14) Note : Ce tableau n’est pas Ă apprendre par cĹ“ur. Vous devez cependant ĂŞtre en mesure de dĂ©terminer, Ă partir de leurs notations symboliques, quel acide gras a la tempĂ©rature de fusion la plus Ă©levĂ©e. Page 4 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Une double liaison dans un acide gras insaturĂ© peut adopter 2 configurations : la configuration cis et la configuration trans (module complĂ©mentaire). Les acides gras insaturĂ©s existent donc sous diffĂ©rentes formes de diastĂ©rĂ©oisomères. La vaste majoritĂ© des acides gras dans la nature sont des acides gras cis. Certains procĂ©dĂ©s d’extraction ou de transformation des huiles convertissent les acides gras cis en acide gras trans. La consommation de gras trans augmente l’incidence des maladies cardio-vasculaires et de certains cancers. Les acides gras essentiels sont des acides gras polyinsaturĂ©s qui ne peuvent ĂŞtre synthĂ©tisĂ©s par les mammifères bien qu'ils soient nĂ©cessaires Ă leur croissance. L’acide linolĂ©ique et l’acide α-linolĂ©nique sont des acides gras essentiels. Les mammifères les obtiennent en consommant des huiles provenant de certaines plantes ou certains poissons. Chez certaines bactĂ©ries et plantes, on observe des acides gras ayant une chaĂ®ne ramifiĂ©e, possĂ©dant des structures cycliques ou encore contenant un nombre impair d'atomes de carbone (Figure 9.4). Figure 9.4 : Exemples d’acides gras plus rarement rencontrĂ©s. 9.3 Les triacylglycĂ©rols (TAGs) forment la plus grande rĂ©serve d’énergie du vivant Un acylglycĂ©rol est obtenu suite Ă la rĂ©action du groupement carboxyle d’un acide gras avec l’un des groupements hydroxyle du glycĂ©rol pour former un ester. On parlera d’un monoacylglycĂ©rol lorsque le glycĂ©rol a formĂ© un lien ester avec une seule molĂ©cule d’acide gras; d’un diacylglycĂ©rol lorsque 2 liens esters sont formĂ©s et d’un triacylglycĂ©rol (TAG) lorsque 3 molĂ©cules d’acides gras ont rĂ©agi avec le glycĂ©rol (Figure 9.5). Chez les mammifères, on retrouve surtout des triacylglycĂ©rols et très peu de di- ou de monoacylglycĂ©rols. Les triacylglycĂ©rols sont des molĂ©cules non-polaire et hydrophobes, puisque les groupements polaires ou chargĂ©es de ces constitutants sont impliquĂ©s dans la formation des liens esters. Page 5 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement GlycĂ©rol MonoacylglycĂ©rol DiacylglycĂ©rol TriacylglycĂ©rol Figure 9.5 : Structures gĂ©nĂ©rales des diffĂ©rents acylglycĂ©rols. La lettre R indique la chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e de l’acide gras. Les triacylglycĂ©rols sont une excellente source d’énergie. On estime que de 90 Ă 95 % des lipides qui proviennent de l’alimentation sont des triacylglycĂ©rols. Les triacylglycĂ©rols excĂ©dentaires sont mis en rĂ©serve dans les tissus adipeux. Mais qu’est-ce qui en fait une bonne source et une bonne rĂ©serve d’énergie? 1. Gramme pour gramme, un lipide libère 2 fois plus d'Ă©nergie comparativement aux glucides. Cela est dĂ» au fait que ce sont de molĂ©cules hautement rĂ©duites. 2. Aussi, comme les triacylglycĂ©rols sont hydrophobes, ils ne sont pas hydratĂ©s et occupent donc moins de volume que les glucides. Les triacylglycĂ©rols ont Ă©galement des rĂ´les de protection. La couche de graisse sous la peau des mammifères (tissus adipeux) constitue un isolant thermique efficace en plus de protĂ©ger les organes internes des chocs mĂ©caniques. La plupart des graisses et huiles naturelles sont des mĂ©langes de triacylglycĂ©rols simples et mixtes. On parle de triacylglycĂ©rol simple lorsqu’il ne contient qu’un seul type d'acide gras, alors qu’un triacylglycĂ©rol mixte contient plus d'un type d'acide gras (Figure 9.6). Chez les mammifères, la plupart des triacylglycĂ©rols sont mixtes. On retrouve gĂ©nĂ©ralement un acide gras insaturĂ© liĂ© au C2 du glycĂ©rol. Figure 9.6: A) Structure gĂ©nĂ©rale des triacylglycĂ©rols avec le glycĂ©rol en bleu. B) Exemple de triacylglycĂ©rol simple. C) Exemple de triacylglycĂ©rol mixte. Page 6 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Les acylglycĂ©rols sont les principaux lipides dans les huiles et les graisses d’origine animale ou vĂ©gĂ©tale. On appelle graisses des triacylglycĂ©rols qui sont solides Ă la tempĂ©rature de la pièce et huiles des triacylglycĂ©rols qui sont liquides Ă cette tempĂ©rature. Figure 9.7 : Composition en acides gras de diffĂ©rents TAGs retrouvĂ©s dans certains aliments (Nelson, 2021). Le point de fusion dĂ©pend de la longueur et de la saturation des acides gras prĂ©sents dans la molĂ©cule de TAGs : il augmente avec la longueur des chaĂ®nes d’acides gras et diminue avec le degrĂ© d’insaturation. Ainsi, les graisses, qui sont solides Ă la tempĂ©rature de la pièce, ont un contenu Ă©levĂ© en acides gras saturĂ©s ou Ă chaĂ®ne longue, tandis que les huiles, qui sont liquides Ă la tempĂ©rature de la pièce, ont un contenu Ă©levĂ© en acide gras insaturĂ© ou Ă chaĂ®ne courte. 9.4 Les glycĂ©rophospholipides sont des composants majeurs des membranes Les glycĂ©rophospholipides (aussi appelĂ©s phosphoacylglycĂ©rols) sont des constituants majeurs des membranes cellulaires. Ils sont dĂ©rivĂ©s du glycĂ©rol-3-phosphate, une molĂ©cule de glycĂ©rol phosphorylĂ© en C3 (Figure 9.8A). La molĂ©cule de glycĂ©rol-3-phosphate peut ĂŞtre estĂ©rifiĂ©e par des acides gras qui rĂ©agiront avec les groupements -OH des carbones 1 et 2. On obtient alors un acide phosphatidique (PA) (phosphatidate) (Figure 9.8B). Cet acide est le plus petit membre de la famille des glycĂ©rophospholipides. Il est un prĂ©curseur important pour la synthèse des autres phosphoacylglycĂ©rols. La nature des acides gras liĂ©s au glycĂ©rol- 3-phosphate est variĂ©e, mais celui liĂ© au C2 est souvent insaturĂ©. A B C Figure 9.8 A) Structure du glycĂ©rol-3-phosphate. B) Structure de l’acide phosphatidique. C) Structure gĂ©nĂ©rale des glycĂ©rophospholipides. Page 7 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement DiffĂ©rents types de glycĂ©rophospholipides sont formĂ©s par l’estĂ©rification de l’acide phosphatidique avec le groupement hydroxyle d’un autre composĂ© (la lettre X dans la Figure 9.8C); on obtient alors un lien phosphodiester. Les glycĂ©rophospholipides ainsi obtenus sont nommĂ©s d’après la nature du composĂ© X (Figure 9.9). Figure 9.9 : Les diffĂ©rents glycĂ©rophospholipides. Seules la structure gĂ©nĂ©rale (dans le haut de la figure) et celle de l’acide phosphatidique (le principal prĂ©curseur) sont Ă retenir (Nelson, 2013). Les glycĂ©rophospholipides sont des molĂ©cules amphipathiques, c'est-Ă -dire qu'elles possèdent Ă la fois un pĂ´le hydrophile et un pĂ´le hydrophobe. Le caractère amphiphile des glycĂ©rophospholipides eur permet de former une double couche lipidique qui, de fait, est la structure de base de toutes membranes biologiques (Module 10). Page 8 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement 9.5 Les sphingolipides sont des dĂ©rivĂ©s de la sphingosine, un alcool aminĂ© Comme les glycĂ©rophospholipides, les sphingolipides sont des lipides amphiphiles importants que l’on retrouve dans les membranes biologiques des plantes et des animaux. Tous les sphingolipides ont en commun la prĂ©sence dans leur structure d'un alcool aminĂ© Ă 18 carbones : la sphingosine. Ă€ la molĂ©cule de sphingosine se greffe un acide gras qui est liĂ© via une liaison amide (Figure 9.10). Figure 9.10 : Strutures de la sphingosine et de diffĂ©rents sphingolipides. Seules la structure gĂ©nĂ©rale (dans le haut de la figure) et celle de la cĂ©ramide (le principal prĂ©curseur) sont Ă retenir (Nelson, 2013). Page 9 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Il existe 4 classes de sphingolipides : les cĂ©ramides, les sphingomyĂ©lines, les cĂ©rĂ©brosides et les gangliosides. Les cĂ©ramides sont les sphingolipides les plus simples. Si on se rĂ©fère Ă la structure de base des sphingolipides, R est un simple atome d’hydrogène dans le cas des cĂ©ramides (Figure 9.10). Ce sont les prĂ©curseurs mĂ©taboliques de tous les sphingolipides. Tout comme les glycĂ©rophospholipides, certains sphingolipides (comme les sphingomyĂ©lines) sont des phospholipides, c’est-Ă -dire des lipides contenant un lien phosphoester. Les sphingomyĂ©lines sont particulièrement abondants dans les tissus nerveux. D’autres sphingolipides (comme les cĂ©rĂ©brosides et les gangliosides) sont des glycolipides, c’est-Ă -dire des lipides associĂ©s Ă un glucide via un lien O-glycosidique (Figure 9.11). On retrouve les glycolipides surtout Ă la surface des membranes cellulaires (cĂ´tĂ© extracellulaire), oĂą ils servent de marqueurs pour la reconnaissance cellulaire. Ainsi, les portions glucidiques exposĂ©es Ă la surface cellulaire peuvent servir de rĂ©cepteurs pour les bactĂ©ries, les virus et les toxines. Figure 9.11 : Certains sphingolipides, comme les sphingomyĂ©lines, sont des phospholipides (Ă gauche), d’autres, comme les cĂ©rĂ©brosides et les gangliosides, sont des glycolipides (Ă droite) (adaptĂ©e de Nelson, 2013). 9.6 Les cĂ©rides (cires) sont des esters d’acides gras et d’un alcool Ă longue chaĂ®ne Les cĂ©rides sont des esters formĂ©s d’un acide gras Ă longue chaĂ®ne et d’un alcool primaire Ă longue chaĂ®ne (Figure 9.12). Elles forment la majoritĂ© des cires vĂ©gĂ©tales et animales. Les cĂ©rides sont insolubles dans l'eau, ce qui confère une impermĂ©abilitĂ© aux surfaces (ex. feuilles des plantes ou cire des ruches d’abeille). La cire est un corps chimiquement très stable, ainsi ses propriĂ©tĂ©s ne varient guère dans le temps. Elle est mallĂ©able Ă tempĂ©rature ambiante. Son point de fusion est supĂ©rieur Ă 45 °C. Une fois fondue, elle a une faible viscositĂ©. Figure 9.12 : Struture gĂ©nĂ©rale des cires. La lettre R1 reprĂ©sente la chaĂ®ne hydrocarbonĂ©e de l’acide gras, tandis que la lettre R2 indique celle de l’alcool primaire. Page 10 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement 9.7 Les eicosanoĂŻdes Les eicosanoĂŻdes sont des hormones agissant localement. Ils aident Ă contrĂ´ler un grand nombre de processus physiologiques comme la contraction des muscles lisses, l’inflammation, la coagulation du sang, etc. Ils sont principalement dĂ©rivĂ©s d’un acide gras polyinsaturĂ© Ă 20 atomes de carbone comme l’acide arachidonique (Figure 9.13). Le mot eicosanoĂŻde est dĂ©rivĂ© du grec ancien eĂkosi, signifiant « vingt ». Il existe 4 types d’eicosanoĂŻdes : les prostaglandines, les lipoxines, les thromboxanes et les leucotriènes. Figure 9.13 : Structures des 4 types d’eicosanoĂŻdes (Nelson, 2008). Seule la structure gĂ©nĂ©rale des eicosanoĂŻdes est Ă retenir dans le cadre de ce cours (voir exercices). 9.8 Les isoprĂ©noĂŻdes On nomme isoprĂ©noĂŻdes les lipides dĂ©rivĂ©s de l’isoprène (composĂ© formĂ© de 5 carbones) (Figure 9.14). Ils sont formĂ©s de 2 ou plusieurs molĂ©cules d'isoprène. L’agencement des unitĂ©s isoprène entre elles peut mener Ă la formation de molĂ©cules linĂ©aires ou cycliques. Un grand nombre d’agencements Ă©tant possible, on obtient des structures très diversifiĂ©es et donc des fonctions très variĂ©es. Les terpènes, les stĂ©roĂŻdes et certaines vitamines sont des isoprĂ©noĂŻdes. Figure 9.14 : Structure de l’isoprène, l’unitĂ© de base des isoprĂ©noĂŻdes. A) Formule semi- dĂ©veloppĂ©e. B) Formule topologique. Page 11 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement 9.8.1 Les terpènes Le terme terpène est gĂ©nĂ©ralement utilisĂ© pour dĂ©signer les isoprĂ©noĂŻdes que l’on retrouve chez les vĂ©gĂ©taux. Les terpènes contribuent au parfum et Ă la saveur caractĂ©ristique de certaines plantes. Plusieurs terpènes, comme le menthol et le limonène, sont des essences vĂ©gĂ©tales aromatiques appelĂ©es « huiles essentielles » (Figure 9.15). Figure 9.15 : ComposĂ©s responsables de l’arĂ´me de diffĂ©rentes fleurs. La grande majoritĂ© de ces composĂ©s sont des terpènes ou des dĂ©rivĂ©s de terpènes (exception : eugĂ©nol, mĂ©thyl- salicylate, cinnamyl-alcool et Ă©thyl-2-methoxybenzoate) http://www.compoundchem.com/. Certains terpènes interviennent Ă©galement dans la photosynthèse. Par exemple, le lycopène (un terpène) est un pigment photosynthĂ©tique de couleur rouge vif; la tomate et le melon d’eau en contiennent des quantitĂ©s apprĂ©ciables. La prĂ©sence de doubles liaisons conjuguĂ©es explique pourquoi certains terpènes absorbent fortement la lumière dans le visible et sont donc des composĂ©s colorĂ©s (pigments). Page 12 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Un autre terpène, le farnĂ©sol, est Ă©galement associĂ© Ă certaines protĂ©ines membranaires afin d’ancrer ces dernières dans la membrane. Les membranes des archaebactĂ©ries sont composĂ©es de caldarchaeols, un terpène (Module 10). Certains terpènes ont des rĂ´les de transporteur. Par exemple, l’ubiquinone et la plastoquinone sont des transporteurs d’électrons dans les membranes des mitochondries et des chloroplastes. Le bactoprĂ©nol sert au transporteur de glucides au travers de la membrane lors de la synthèse de la paroi cellulaire bactĂ©rienne. Le squalène, un terpène, sert de prĂ©curseur lors de la synthèse des stĂ©roĂŻdes (section 9.8.2). Les vitamines A, E et K sont aussi des terpènes (section 9.8.3). Figure 9.16 : Structures de quelques isoprĂ©noĂŻdes (Nelson, 2013). Ces structures ne sont pas Ă mĂ©moriser, mais assurez-vous que vous pouvez identifier un terpène parmi un ensemble de structures (voir exercice). Page 13 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement 9.8.2 Les stĂ©roĂŻdes On appelle stĂ©roĂŻde toute molĂ©cule qui contient un noyau cyclopentanoperhydrophĂ©nanthrène (Figure 9.17), un dĂ©rivĂ© du squalène (terpène). Cette structure de base donne lieu Ă une grande variĂ©tĂ© de dĂ©rivĂ©s. On retrouve les stĂ©roĂŻdes chez les animaux (zoostĂ©rols) et chez les vĂ©gĂ©taux (phytostĂ©rols). Les diffĂ©rentes classes de stĂ©roĂŻdes ont plusieurs fonctions biochimiques, dont des rĂ´les structuraux, hormonaux ou dans la digestion des lipides. Certains stĂ©roĂŻdes sont Ă©galement des vitamines. Figure 9.17 : Structure du noyau cyclopentanoperhydrophĂ©nanthrène des stĂ©roĂŻdes. Dans les stĂ©rols, le carbone 3 (encerclĂ© en rouge) est liĂ© Ă un groupement hydroxyle. Figure 9.18 : Exemples de structures de stĂ©roĂŻdes. La testostĂ©rone et le β-estradiol sont des hormones sexuelles; le cortisol et l’aldostĂ©rone sont des hormones rĂ©gulant respectivement le mĂ©tabolisme du glucose et l’excrĂ©tion des sels; la prednisone et la prednisolone sont des antiinflammatoires; finalement la brassinolide est un rĂ©gulateur de croissance chez certaines plantes. (Nelson, 2013). Ces structures sont donnĂ©es Ă titre d’exemple. Page 14 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Le cholestĂ©rol est le stĂ©rol majeur chez les animaux. C'est un constituant important des membranes cellulaires et un prĂ©curseur des autres zoostĂ©rols comme les acides biliaires, les hormones stĂ©roĂŻdiennes et la vitamine D. Les acides biliaires sont des dĂ©rivĂ©s du cholestĂ©rol qui aident Ă l'absorption intestinale des lipides. Ce sont des dĂ©tergents puissants qui solubilisent les acides gras et les acylglycĂ©rols. Les hormones stĂ©roĂŻdiennes sont responsables des caractères sexuels secondaires. Elles participent Ă©galement Ă la rĂ©gulation du mĂ©tabolisme et de la pression sanguine. 9.8.3 Les vitamines de la famille des isoprĂ©noĂŻdes Les vitamines sont des composĂ©s organiques que l’humain ne peut synthĂ©tiser, et dont il a absolument besoin, mais en très faibles quantitĂ©s. Comme nous ne pouvons ni les fabriquer ni en faire des rĂ©serves importantes, il faut en trouver continuellement dans notre alimentation. Il est important de noter que les vitamines sont dĂ©finies par rapport aux besoins des humains et que ces besoins sont diffĂ©rents dans d’autres espèces. Par exemple, E. coli est capable de rĂ©pondre Ă l’ensemble de ses besoins Ă partir de glucose et de sels minĂ©raux. C’est pourquoi la dĂ©finition des vitamines, contrairement aux autres biomolĂ©cules que nous avons vues, est anthropocentrique. Les vitamines ne sont pas toutes des lipides, mais 4 vitamines importantes font partie de cette classe de biomolĂ©cules. Les vitamines A, E et K sont des terpènes. La vitamine A (ou rĂ©tinol) est une vitamine importante pour la vision. La vitamine E est un antioxydant qui est nĂ©cessaire Ă la reproduction chez le rat et probablement chez l’humain. La vitamine K participe Ă la rĂ©gulation de la coagulation sanguine. La vitamine D est un stĂ©roĂŻde produit Ă partir du cholestĂ©rol en prĂ©sence de rayons UV. C’est pourquoi, dans les pays nordiques, cette vitamine est frĂ©quemment ajoutĂ©e dans le lait. Une dĂ©ficience en vitamine D entraĂ®ne une faiblesse des os, car cette molĂ©cule est impliquĂ©e dans le mĂ©tabolisme du calcium et du phosphore. 9.9 Techniques d’analyse des lipides Puisque les lipides sont des composĂ©s insolubles ou peu solubles dans l’eau, les techniques utilisĂ©s pour les extraire, les purifier et les analyser diffèrent de celles utilisĂ©es pour les protĂ©ines et les sucres. Par exemple, on utilise une technique de chromatographie particulière appelĂ©e chromatographie sur couche mince. C'est une chromatographie d'adsorption oĂą les lipides sont sĂ©parĂ©s selon leur polaritĂ©. On utilise une plaque (plutĂ´t qu’une colonne) pour fixer le support inerte (souvent l’acide silicique). On peut Ă©galement avoir recours Ă la chromatographie sur colonne (Figure 9.19), Page 15 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement La chromatographie en phase gazeuse (GC) permet l’identification et la quantification des acides gras obtenus suite Ă l’hydrolyse acide des lipides complexes. On peut Ă©galement utiliser le HPLC. Figure 9.19 : RĂ©sumĂ© des mĂ©thodes utilisĂ©es pour l’extraction, la purification et l’analyse des lipides (Nelson, 2021). Des solvants non polaires sont utilisĂ©s pour entraĂ®ner les lipides, car ceux-ci sont solubles uniquement dans ce type de solvant. Page 16 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Pour analyser les acides gras contenus dans un lipide complexe, il faut d’abord les libĂ©rer en utilisant des mĂ©thodes d’hydrolyse chimique ou enzymatique. L’hydrolyse alcaline douce libère les acides gras sous forme de sels d'acides gras. L’hydrolyse acide libère Ă©galement les acides gras, mais brise en plus la liaison phosphoester entre le phosphate et le glycĂ©rol. Les lipases et les phospholipases sont des enzymes qui hydrolysent certains lipides complexes. Les lipases libèrent les acides gras des acylglycĂ©rols. Les phospholipases agissent sur les glycĂ©rophospholipides (Figure 9.20). La phospholipase A1 libère l'acide gras en C1, tandis que la phospholipase A2 libère l'acide gras en C2. La phospholipase B libère les acides gras en C1 et C2. La phospholipase C coupe le lien entre le glycĂ©rol et le phosphate, ce qui libère un diacylglycĂ©rol. Finalement, la phospholipase D coupe le lien entre le phosphate et la molĂ©cule X, transformant ainsi tous les glycĂ©rophospholipides en acide phosphatidique (PA). Figure 9.20 : Sites de coupure des phospholipases. Notez que la phospholipase B libère les acides gras en C1 et en C2 (Moran, 2012). La lipidomique est l’analyse globale des lipides et des molĂ©cules avec lesquelles ils interagissent dans les cellules, les organes et les tissus. En moyenne, une cellule contient plus de 1000 lipides diffĂ©rents. Tout comme pour les protĂ©ines et les glucides, la spectromĂ©trie de masse est de plus en plus utilisĂ©e pour analyser les lipides, puisque cette mĂ©thode est très prĂ©cise. Page 17 Module 9 Biochimie structurale BCM-1001 Cahier d’accompagnement Bibliographie Horton, H. R., L. A. Moran, K. G. Scrimgeour, M. D. Perry et J. D. Rawn. 2006. Principles of biochemistry, Fourth edition. ÉditĂ© par Pearson Prentice Hall. ISBN 0- 13-145306-8. Moran, L. A., Horton, H. R., K. G. Scrimgeour et M. D. Perry. 2012. Principles of Biochemistry, 5th edition. ÉditĂ© par Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-3217-0733-8. Nelson, D. L. et M. M. Cox. 2008. Lehninger's Principles of biochemistry. 5th edition. ÉditĂ© par W. H. Freeman. ISBN 978-0716743392. Nelson, D. L., et M. M. Cox. 2013. Lehninger's Principles of biochemistry. 6th edition. ÉditĂ© par W. H. Freeman. ISBN 978-0716743392. Page 18 Module 9