DEPARTEMENT DE MEDECINE 2éme ANNEE BIOCHIMIE ETUDE DES LIPIDES Dr. CHIKOUCHE. A

I - INTRODUCTION : *DEFINITION  *ROLE: *TRANSPORT II - CLASSIFICATION DES LIPIDES : III - Rappel structural : 1- LES ACIDES GRAS : 1-1 - Définition : 1-2 - Acides gras saturés : 1-3 - Acides gras insaturés (éthyléniques): 1-4 - Propriétés des acides gras. 2- LES LIPIDES SIMPLES : 2-1 - LES GLYCERIDES : 2-2 - LES CERIDES : 2-3 - LES STERIDES : 3 - LES LIPIDES COMPLEXES : 3-1 - LES GLYCEROPHOSPHOLIPIDES : 3-2 - LES SPHINGOLIPIDES :

I - INTRODUCTION :

Les lipides sont retrouvés: Dans les organismes comme composants de structure essentiels et comme forme de réserve d’énergie Dans l’alimentation sous forme de graisses animales et d’huiles végétales, Dans beaucoup de produits d’utilisation courantes comme les cosmétiques et autre et comme médicaments (pommade), Et ils peuvent être à l’origine de pathologie grave.

Origine Double  : - Exogène: Alimentation: 100 à 150 g de graisses/j (graisses exogènes) 95 à 97% = graisses neutres (triglycérides ) 3 à 5 % = phospholipides sphingolipides cholestérol. - Endogène: Synthétisée par l’organisme (graisses endogènes).

Définition : Substances très hétérogènes + Critère commun: - Insolubles dans l’eau - Solubles dans les solvants organiques apolaires (tel que le benzène ou le chloroforme, etc.)

Rôles : Nombreux 1) Réserves intracellulaires d’énergie +++ (triglycérides dans le tissus adipeux) • Besoins quotidiens minimum en énergie (métabolisme basal): 7500 kJ. • L’ATP: réserve d’énergie pour les cellules, 75 g dans l’organisme: autonomie de 52 secondes ! • Le glucose: substrat énergétique cellulaire (+++) 10 g dans l’organisme: autonomie d’une demi-heure. • Le glycogène: forme de réserve énergétique 400 g dans organisme: autonomie de 22 heures 30 mn. • Les triglycérides forme de réserve énergétique (+++) 7000 g dans organisme: autonomie de un mois !

2) Matériaux de structure +++ - Couches de protection de cellules - Composants des membranes biologiques ( phospholipides et cholestérol) 

3) Molécules actives: En faible concentration Précurseurs d’hormones stéroïdes: Cortisol, testostérone, estrogènes, progestérone, aldostérone Médiateurs extracellulaire: en association avec des protéines dans les récepteurs. Messagers intracellulaires: Diacyl -glycérol Vitamines liposolubles: A,D,E,K

Noter: Acides gras libres transportés par l’albumine. Les lipides sont insolubles, dans le sang = transportés sous forme d’une association moléculaire lipidoprotéique soluble : Lipoprotéines (triglycérides, cholesterol, Phospholipides + protéines). Noter: Acides gras libres transportés par l’albumine.

NOTER BIEN: Le stockage sous forme de TG peut être très Important= obésité Un trouble dans le métabolisme ou le transport des lipides = Pathologie très grave avec conséquences désastreuses L’athérosclérose.

II-CLASSIFICATION DES LIPIDES:

Lipides: acide gras + alcool 1 - Les lipides simples : ( C,H,O) - les glycérides (glycérol) - Les cérides (alcool à longue chaîne aliphatique) - les stérides ( stérol= cholestérol) 2 - Les lipides complexes : (C,H,O + N, P, S ou du sucre) : - les glycérophospholipides (glycérol) - les sphingolipides (sphingosine)

Lipides simples Lipides complexes C, H, O Glycérides Glycérol + AG Cérides alcool ht PM + AG Stérides Stérol+ AG Lipides complexes C, H, O, P, N,S, oses, etc Glycerophospholipides Glycérol + AG + P + comp. azoté comp. azoté: choline, éthanolamine, sérine, Inositol Sphingolipides Sphingosine +AG + 1 sucre, etc

III - Rappel structural :

1- LES ACIDES GRAS : 1-1 - Définition : sont des acides généralement monocarboxyliques, généralement à nombre pair d’atome de carbone de 4 à 32 Ils peuvent être saturés ou non saturés.

Selon le nombre pair d’atome de carbone, on parle de: chaîne courte (‹ à C10) chaîne moyenne (C12 et C16) chaîne longue (› C16) Saturés ou Insaturés

1-2 - Acides gras saturés : . Sont les plus répandus dans la nature, . Leur formule brute est : - Cn H2nO2 ou Cn (HnO)2 - CH3-(CH2)(n-2)- COOH Partie hydrophobe Partie hydrophile CH3-(CH2)n-2 - COOH Molécule amphiphile

Numérotation en lettres grecques Représentation des AG Saturés La formule développée des AG est : CH3- CH2-CH2-CH2.................. CH2-CH2-COOH n n-1 3 2 1 Numérotation en chiffres arabes CH3. a w COOH Numérotation en lettres grecques

leur représentation spatiale est : H\ /H H\ /H H\ /H H\ /H /OH C C C C C ═ O / \ / \ / \ / \ / C C C C C 3H/ H/ \H H/ \H H/ \H H/ \H

Exemple d’acides gras saturés : 3 1 Acide Butyrique COOH 4 2 CH3-(CH2)2 - COOH COOH 15 13 11 9 7 5 3 1 Acide Palmitique 16 14 12 10 8 6 4 2 CH3-(CH2)14 - COOH COOH 17 15 13 11 9 7 5 3 1 Acide Stéarique 18 16 14 12 10 8 6 4 2 CH3-(CH2)16 - COOH

1-3 - Acides gras insaturés (éthyléniques): Sont des acides gras qui possèdent dans leurs structures une ou plusieurs doubles liaisons(Δ). La présence de la double liaison introduit une possibilité d’isomérie : Cis ou Trans CH2 CH2 CH2 \ / / CH ═ CH CH ═ CH Cis / H2C Trans

- Acides gras monoéthyléniques ou monoéniques ou monoinsaturés (Cn :1) : Présence d’une double liaison dans leurs structures. Exemples : acide palmitoleique ou acide 9,10- hexadecenoique (C16 9). CH3- (CH2)5- CH = CH - (CH2)7 - COOH acide oleique ou acide 9,10-octadecenoique (C18 9). +++ CH3- (CH2)7- CH = CH - (CH2)7 – COOH Très répandus dans la nature et présents dans toutes les graisses animales et les huiles végétales.

Représentation des AG Insaturés 18 16 14 12 10 9 7 5 3 1 COOH Acide oléique 17 15 13 11 8 6 4 2 CH3- (CH2)7- CH= CH- (CH2)7 COOH

Représentation des AG Insaturés 16 14 12 10 9 7 5 3 1 COOH ( 15 13 11 8 6 4 2 C 16 :1 D9 position de la 1ère double liaison en partant du COOH nombre de carbones nombre de doubles liaisons double liaison entre C9 et C10 Série n-7: position de la 1ère double liaison en partant du CH3 Acide Palmitoléique

Acides gras di, tri et polyethyleniques ou polyinsaturés : Renferment dans leurs structures 2, 3 ou plusieurs doubles liaisons. Exemples : - acide linoléique ou acide 9-10,12-13 – octadécadienoique (C18 :29 , 12). CH3- (CH2)4- CH = CH - CH2 - CH = CH - (CH2)7 - COOH. - acide linolénique ou acide 9-10,12-13,15-,,16-octadécatrienoique (C18:39,12,15). CH3-(CH2)-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2)7-COOH.

Remarque : Du point de vue nutritionnel, certains acides gras polyinsaturés sont dits indispensables car il ne peuvent être synthétisés par l’organisme doivent, par conséquent, être apportés par l’alimentation ; ils sont au nombre de 3 : - acide linoléique C18 :2 9 , 12 - acide linolénique C18 :3 9 , 12,15 - acide arachidonique C 20 : 4 5,8,11,14. A partir de l’acide linoléique, l’organisme peut synthétiser les deux autres.

Sources alimentaires d'AGE Acide Linoléique Linolénique Arachidonique % des AG tot (18:2 n-6) (18:3 n-3) (20:4 n-6) Huile maïs 50 2 olive 11 1 arachide 29 1 colza 16-23 10-11 soja 52 7 tournesol 52 traces Viande (muscle) bœuf maigre 26 1 13 agneau 18 4 7 poulet 18 1 6

1-4 - Propriétés des acides gras. Composés amphotères avec deux pôles : Partie hydrophobe CH3-(CH2)n-2 - COOH Partie hydrophile Pôle non réactif Pôle réactif

Tête O O polaire \\ / C Schématiser par / o pôle hydrophile \ │ chaîne hydrophobe Queue / hydrophobe \ / \

Orientation des AG en phase acqueuse : - sous forme de micelles (micelle huile dans l’eau). - sous forme de couche monomoléculaire La forme en micelles favorise la digestion des graisses

2- LES LIPIDES SIMPLES : - encore appelés homolipides, ou corps ternaires (C,H,O). - Ce sont des esters d’acides gras: classés en fonction de l’alcool en: Les glycérides ( l’alcool = le glycérol) - Les cérides (l’alcool = alcool à longue chaîne aliphatique) - Les stérides (l’alcool = le stérol).

2-1 - LES GLYCERIDES : ou acylglycérols = Esters d’acides gras et de glycérol. - graisses neutres, (+++). Le glycérol : est un trialcool qui présente 3 possibilités d’estérification.  CH2OH │  CHOH ’ CH2OH

Nomenclature des glycérides : - Selon 2 critères : - Nombre d’estérifications : - monoglycéride= 1 OH estérifiée - diglycéride= 2 OH - triglycéride= 3 OH - Nature des acides gras : - Glycérides homogène= A.G identiques - Glycérides hétérogène= A.G différents.

Exemples : CH2OH + HOOC-(CH2)n-CH3 │ CHOH CH2OH Glycérol Acide gras CH2O-CO-(CH2)n-CH3 CH2O-CO-R1 │ │ CHOH CHO CO- R2 CH2OH CH2OH Monoglycéride Diglycéride

Triglycerides Glycerol + 3 AG TG from plant sources are polyunsaturated and oil at room temp. Animal TG are mostly saturated and are solid at room temp

CH2O-CO-R1 │ CHO CO- R1 CH2O CO- R1 Triglycéride Homogéne CH2O-CO-R1 │ CH2O-CO-R2 CH2O-CO- R3 Triglycéride Hétérogéne

TG = réserve énergétique (graisses de réserve ) = 95% des graisses neutres = (apolaires, très hydrophobes ). Présents: - Dans le cytoplasme des adipocytes sous forme de gouttelettes huileuses. - Dans les graines des plantes Dans l'alimentation: - présent dans les huiles végétales, produits laitiers, graisses animales

2-2 - LES CERIDES : - sont les principaux constituants des cires animales, végétales et bactériennes, d’où leur nom. - sont des monoesters d’acides gras et d’alcools aliphatiques à longue chaine - La longueur des chaines carbonées varie de 14 à 30 carbones pour l’acide gras et de 16 à 36 carbones pour l’alcool gras. L’alcool gras est en général un alcool primaire, à nombre pair de carbones, saturés et non ramifiés.

Exemple: H3C-(CH2)n-CO-OH + HO-CH-(CH2)x-CH3 ↓ H3-(CH2)n-CO-O-CH2-(CH2)x-CH3 O ║ CH3 - (CH2)14- C - O - CH2 - (CH2)14- CH3 Palmitate alcool cétylique Palmitate de cétyle

2-3 - LES STERIDES : - Esters d’acides gras et d’alcools (les stérols). Les stérols : large famille de composés à fonction biochimique et hormonale variée. Le noyau fondamental des stérols = noyau cyclopentanoperhydrophantréne. Formé de 4 cycles dont un pentagonal, désignés par les lettres A, B, C et D et d’une chaîne latérale portant des ramifications.

Caractére Amphipathique 22 21 20 H HO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 19 b 23 16 17 24 25 26 27 A B C D tête polaire corps apolaire cholestérol Caractére Amphipathique

Palmitate de cholestérol Acide gras Cholestérol O 6 CO ester de cholestérol 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 18 19 20 23 15 16 17 24 25 26 27 22 Stéride Palmitate de cholestérol

Caractéristiques: Cholestérol: stérol des animaux supérieurs Ergostérol: stérol chez les végétaux . Important quantitativement Existe à l’état naturel sous forme libre ou estérifiée par un AG dans le sang et la plupart des tissus. A plusieurs fonctions ou rôles : structural : constituant des membranes car présent dans la bicouche lipidique métabolique : précurseur des hormones stéroides, de la vitamine D des acides biliaires Peut former des dépôts pathologiques: à l’intérieur des parois des artères (athérosclérose) à l’intérieur du canal cholédoque (calculs biliaires).

Cholesterol et acides biliaires Acide Cholique Acide Désoxycholique

Cholesterol et Hormones Stéroides Steroid hormones made from cholesterol in adrenal gland, testis, ovary Cortisol and aldosterone effect changes in renal handling of sodium, cortisol also affects glucose, FA and aa levels and handling. Testosterone and estradiol act on sexual organs as well as skin, hair etc.

3 - LES LIPIDES COMPLEXES : sphingosine choline sphingo phospholipides AG P sphingo glycolipides sphingosine AG glycéro phospholipides AG P alcool sphingolipides Phospholipides

3-1 - LES GLYCEROPHOSPHOLIPIDES : Principaux constituants des membranes cellulaires. Esters phosphoriques de diglycérides. 1 AG est remplacé par un groupe phosphate Nom basé sur le terme phosphate Differentes chaines carbonés sur le phosphate Amphipathique One saturated, one unsaturated FA, usually long chain Hydrophobic tail with hydrophilic head (phosphate)

Molécule de base = acide phosphatidique = Acide glycérophosphorique ou glycérol 3 phosphate estérifié par 2AG au niveau des C 1et 2. CH2O-CO-(CH2)x-CH3 │ CHO- CO-(CH2)y-CH3 CH2O-P-OH // \ O OH l’acide phosphatidique ou AP

Un glycérophospholipide = Acide phosphatidique dont l’acide phosphorique est estérifié par un alcool aminé ou un polyalcool sans azote XOH CH2O-CO-(CH2)x-CH3 │ CHO- CO-(CH2)y-CH3 CH2O-P-O-X // \ O OH Glycérphosphoolipide ou AP-X

les alcools aminés = la sérine, l’éthanolamine la choline l’éthanolamine = produit de décarboxylation de la sérine la choline = dérivé N-triméthylé de - les polyols non azotés comme l’inositol et le glycérol.

Phosphatidylserine (PS)

Phosphatidylethanolamine (PE)

Phosphatidylcholine (PC)

Phosphatidylinositol (PI)

Noms d’usage selon l’origine de leur première caractérisation : - lécithine : trouvé dans le jaune d’œuf - céphalines: presence dans le tissu cerebral cardiolipides : isolé du muscle cardiaque Lécithine: choline Céphalines: éthanolamine, sérine

Caractéristiques: - Solubilité dans l’eau très limitée: - Organiser en micelles ou en couches. En s’agrégeant, ils dissimulent leur parties hydrophobes et exposent leur parties hydrophiles ; et se disposent spontanément en doubles couches dans lesquelles les chaînes hydrophobes sont prises en sandwich entre les têtes polaires hydrophiles.

Tête polaire Queue hydrophobe = 2 chaînes hydrocarbonées

Cette organisation joue un rôle fondamental dans la constitution des membranes biologiques. " Mer de lipides dans laquelle nagent des protéines"

3-2 - LES SPHINGOLIPIDES : Dans les sphingolipides: Alcool aminé à longue chaîne = la sphingosine : H3C-(CH2)12-CH═CH-CH-CH-CH2-OH │ │ OH NH2

H3C-(CH2)12-CH═CH-CH-CH-CH2-OH │ │ ← Liaison amide OH NH │Acide gras R─C═O Céramide = unité de base des sphingolipides. =Acide gras + sphingosine

H3C-(CH2)12-CH═CH-CH-CH-CH2-O-R │ │ OH NH │ R─C═O Sphingolipide = céramide + Acide P + autres Liaison au niveau de la fonction alcool primaire de l’alcool

= Céramide + acide phosphorique + choline = Acide gras + sphingosine Sphingomyéline = Céramide + acide phosphorique + choline = Acide gras + sphingosine + acide phosphorique + choline O CH3 ║ / H3C-(CH2)12-CH═CH-CH-CH-CH2-O-P-O-(CH2)2-N+-CH3 │ │ │ \ HO NH OH CH3 │ R ─ C ═ O

IV- Digestion et absorption des lipides

Apport alimentaire lipidique: Lipides = 40 % de la ration énergétique 45 % = graisses : beurre, margarine, huiles - 30 % = viande

Apports en TG 95% des graisses alimentaires AG sature = graisses animales AG insaturé = huiles végétales poissons

Apports de cholestérol = 500mg/j - abats(+ + +), cervelle ( 2g/100g) - cœur, oeufs ( 500mg/100g) - beurre (250mg/100g) - lait de vache (10 à 20mg/100ml)

1 – Digestion des lipides alimentaires - Se déroule au niveau de l’intestin grêle - Réaliser par des enzymes pancréatiques et des acides biliaires Concerne les lipides de l’alimentation qui sont= triglycérides, phospholipides, cholestérol. Les enzymes pancréatiques sont: Lipases, Phospholipases, Cholestérol estérase

Les acides biliaires vont émulsionner les lipides

Les TG seront hydrolyses par la lipase pancréatique: - qui a une activité maximum à pH neutre - et nécessite une protéine qui est la colipase

Après l’action complète des enzymes, on aura des acides gras et des 2-mono-acylglycérols, glycérol, cholestérol libre, lysophospholipides

2 – Absorption Ces éléments vont être absorbés par les entérocytes (cellules absorbantes de l’intestin grêle).

Remarque: AG à courtes chaînes et glycérol passent dans le sang portal - les autres produits servent dans la cellule intestinale pour : - la synthèse des TG . - la synthèse des phospholipides - la synthèse du cholestérol

Ces molécules resynthetisées dans l’enterocyte s’associent à des apolipoproteines et forment des lipoprotéines appelées chylomicrons qui seront déversées dans les vaisseaux lymphatiques chylifères.

V-METABOLISME DES LIPIDES 1-Métabolisme des Acides gras 1-1- LIPOGENESE 1-2 - ß-OXYDATION DES ACIDES GRAS 1-3- Devenir des acétyl-CoA 1-4 - Cétogénése hépatique 1-5 - Devenir du propionylCoA 2 - Métabolisme des triglycérides : 2-1- Catabolisme 2-2- Biosynthèse des TG . 3-Métabolisme des phospholipides 4-Métabolisme des sphingolipides 5-Métabolisme du cholestérol.

V-METABOLISME DES LIPIDES

Vue d’ensemble du métabolisme des lipides Triacylglycérol (graisse) Stéroïdes ESTÉRIFICATION LIPOLYSE Stéroïdognèse Acides gras Alimentation Lipides complexes LIPOGÉNÈSE -OXYDATION Cholestérrol Glucides Cholestérologénèse Acétyl-CoA Acides aminés Cétogénèse Corps cétoniques Cycle de l ’acide citrique Vue d’ensemble du métabolisme des lipides 2 CO2 6 6

Vue d’ensemble du métabolisme des lipides

1-METABOLISME DES ACIDES GRAS

1-1 - LIPOGENESE = BIOSYNTHESE DES AG

1-1-1-Caractéristiques - Existe chez les animaux, les végétaux, les micro-organismes. - Toutes nos cellules sont capables de synthétiser les AG (foie +++) - Elle est cytosolique 16 C (microsomes) - Allongement (+16C) (intramitochondrial) - Point de départ : Acétyl CoA (CH3-CO S CoA) (2C) - Intermédiaire métabolique obligatoire: malonyl CoA (COOH-CH2-CO S CoA) (3C) - Effectuées par l’acide gras synthase

1-1-2-Les étapes de la lipogenèse

1-1-2-1- Etape nécessaire ou formation du malonyl Coa CH3-CO~SCoA + CO2 + ATP Acétyl CoA ↓ acétyl CoA carboxylase HOOC-CH2-CO~SCoA + ADP + Pi Malonyl CoA

C’est l’étape clé de régulation - Effectué grâce à une enzyme clef : l’acétyl Coa Carboxylase = enzyme à biotine. - Le CO2 est fixé transitoirement - Le malonyl CoA (COOH-CH3-CO S CoA) = acétyl CoA carboxylé ou acétyl Coa activé.

1-1-2-2 - Transfert du groupement acétyle sur HSACP CH3-CO ~SCoA + HSACP ↓ acétyltransférase CH3-CO~SACP + HSCoA Acétyl ACP Acétyltransférase: acétyl transacylase

1-1-2-2’ - Transfert du groupement malonyle sur HSACP HOOC-CH2-CO~SCoA + HSACP ↓ malonyltransférase HOOC-CH2-CO~SACP + HSCoA Malonyl ACP Malonyltransférase: malonyltransacylase

1-1-2-3- Condensation de l'acétyl-ACP et du malonyl-ACP CH3-CO~SACP + HOOC-CH2-CO~SACP ↓ acétoacétyl-ACP synthase CH3-CO-CH2-CO~SACP + CO2+ HSACP b Cétoacyl S ACP (4 C) acétoacétyl-ACP synthase: b cétothiolase: enzyme de condensation: enzyme condensant

1-1-2-4-Réduction de l'acétoacétyl-ACP en ß-hydroxybutyryl-ACP CH3-CO-CH2-CO~SACP + NADPH,H+ ↓ acétoacétyl-ACP réductase CH3-CHOH-CH2-CO~SACP + NADP+ D (-) b hydroxyacyl ACP acétoacétyl-ACP réductase :ß cétoacyl-ACP réductase

1-1-2-5- Déshydratation du ß-hydroxyacyl-ACP en 2-énoyl-ACP CH3-CHOH-CH2-CO~SACP ↓ ß-hydroxyacyl-ACP déshydratase CH3-CH=CH-CO~SACP + H2O D2 Enoyl ACP

1-1-2-6- Réduction de la double liaison par NADPH,H+ CH3-CH=CH-CO~SACP + NADPH,H+ ↓ 2-énoyl-ACP réductase CH3-CH2-CH2-CO~SACP + NADP+ buturyl ACP

1-1-2-7- Libération de l’acide butyrique CH3-CH2-CH2-CO~SACP ↓ thioestérase CH3-CH2-CH2-COOH Acide butyrique

L’acide gras synthase est un complexe multi-enzymatique. - C’est un homodimére = 2 monomères disposés tête bêche. - Chaque monomère est constitué d’une protéine porteuse d’acyls (ACP : acyl carrier Protéine) et de 7 enzymes effectuant chacune une étape de la lipogénèse.

Les réactions s’éffectuent au niveau d’un coenzyme porté par l’ACP de l’un des 2 monoméres. Le substrat est transporté au cours de ces multiples réactions par ce coenzyme qui est la 4’ phosphopantéthéine et qui a une fonction thiol (-SH) ou thiol central. Sur une cystéine de l’enzyme de condensation d’en face se trouve une fonction thiol ou thiol périphérique

Fonctionnement de l’acide gras synthase : Au départ de la réaction La fonction thiol de l’ACP (thiol central) fixe un radical acétyl provenant de l’acétyl-CoA. La transacétylase transfère le radical de ce thiol de l’ACP vers la fonction thiol d’une cystéine ou thiol périphérique, Cette action libère le thiol central.

La fonction thiol central étant libre, va fixer un malonyl. Au niveau de l’enyme de condensation, il y aura la réaction de condensation puis après les réactions s’enchaînent les une après les autres. Arrivé à la fin de la 6éme réaction, il y aura libération de l’acide gras si la cellule en a besoin grâce à la thioestérase, sinon le radical acyl sera transférer sur un thiol périphérique et le thiol central libre va fixer un malonyl et les réactions s’enchaînent.

Fonctionnement de l’acide gras synthase :

Donc les enzymes de l’Acides gras synthase sont: 1-Acétyltransférase ou Acétyltransacylase ou acyltransacylase 2-malonyltransférase ou malonyltransacylase 3-acétoacétyl-ACP synthase 4-acétoacétyl-ACP réductase (ß cétoacyl-ACP réductase) 5-ß-hydroxyacyl-ACP déshydratase 6-2-énoyl-ACP réductase 7-Thioestérase

Remarque : Pour les Acides gras à chaîne plus longue L’élongation s’effectue dans la mitochondrie Le donneur du groupement acétyle est l'acétyl-CoA

Composés nécessaires à cette lipogénése La lipogénése nécessite : De l’énergie ( l’ATP) Du pouvoir réducteur ( NADPH,H+ ) - Des précurseurs ( l'acétyl-CoA)

Origine des composés nécessaires: Le CO2 est obtenu par décarboxylation de l’oxaloacétate en pyruvate. Le NADPH,H+ est donné par la voie des pentoses phosphates. Relation entre lipogénèse et métabolisme du glucose.

L'acétyl-CoA provient de : la ß-oxydation des acides gras (intramitochondriale), - de l'oxydation du pyruvate (mitochondriale), de la dégradation oxydative des acides aminés dits cétogènes. L’acétyl-CoA est dans la mitochondrie, il doit être transporté de la matrice mitochondriale à travers la membrane interne vers le cytosol.

Transfert du précurseur l’acétylCoA de la mitochondrie dans le cytosol Par le système citrate en 2 phases: Phase mitochondriale Phase cytosolique

citrate translocase

citrate translocase

But de la lipogenèse La biosynthèse des acides gras répond à deux impératifs dans la cellule : - Fourniture des acides gras nécessaires à la synthèse des lipides de structure - Mise en réserve de l’énergie.

Bilan de la biosynthèse du palmitate C2 C4 C6 C8 C1O C12 C14 C16 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 La synthèse de l'acide palmitique est accomplie après 7 tours

Réactions globales 8 Acétyl-CoA + 7 ATP+ 14 (NADPH,H+) ↓ Palmitate + 8 HSCoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+

Régulation de la lipogenèse: S’effectue au niveau de l’Acétyl-CoA carboxylase, enzyme à biotine.

L’Acétyl-CoA carboxylase est: Stimulée par déphosphorylation catalysée par la protéine phosphatase qui est activée par l’insuline - Inhibée par phosphorylation par la protéine kinase A sous l’action de l’adrénaline et du glucagon.

Le citrate effecteur positif, permet la structuration des oligomères inactifs d’acétyl-CoA carboxylase en polymères actifs Le palmitoyl-CoA ; effecteur négatif qui dépolymérise l’acétyl-CoA carboxylase et la rend inactive.

Régulation hormonale Le glucagon inhibe la lipogenèse Tandis que l’insuline stimule la lipogenèse.

ß-OXYDATION DES ACIDES GRAS Définition : C’est la dégradation oxydative qui détache de l’Acide Gras les 2 derniers C sous forme d’acétyl CoA en partant du COOH. Se déroule dans le foie, le cœur , rein et le muscle La  oxydation est intramitochondriale.

Étapes préliminaires : Cytoplasmique Activation des acides gras par le coenzyme A Par l’acyl CoA synthétase

Activation de l’AG R-CH2-COOH + ATP ↓ acyl-CoA synthétase R-CH2-CO-AMP + PPi R-CH2-CO-AMP + HSCoA ↓ acyl-CoA synthétase R-CH2-CO~SCoA + AMP

Réactions accessoires: PPi ↓ Pyrophosphatase 2 Pi AMP + ATP ↓ Adénylate kinase 2ADP

L’acyl-CoA synthétase est liée à la face interne de la membrane mitochondriale externe

Transfert du radical acyle dans la mitochondrie a- Transfert sur la carnitine Acyl-CoA + Carnitine ↓ acyl-carnitine transférase 1 Acyl-carnitine + HSCoA L’acyl-carnitine transférase 1 est située sur la face externe de la membrane interne

b- Transfert par la translocase L'acyl-carnitine traverse la membrane mitochondriale grâce à l’acyl-carnitine translocase qui est situé au niveau de la membrane mitochondriale interne. L’acyl carnitine translocase échange l’acyl carnitine contre une carnitine en faisant entrer l’acyl carnitine dans la matrice mitochondriale et en y faisant sortir la carnitine .

c - Transfert du radical acyle sur le HSCoA matriciel Acyl-carnitine + HSCoA ↓ acyl-carnitine transférase 2 Acyl-CoA + Carnitine L’acyl-carnitine transférase 2 est située sur la face matricielle de la membrane interne de la mitochondrie.

4- Les étapes intramitochondriales de la b oxydation En plusieurs cycles comprenant chaque un 4 réactions enzymatiques Les 4 réactions = tour.

a - Première déshydrogénation de l’acyl-CoA ou 1ère oxydation R-CH2-CH2-CH2-CO~SCoA + FAD ↓ acyl-CoA déshydrogénase, R-CH2-CH=CH-CO~SCoA + FADH2 énoylCoA

b- Hydratation de la double liaison R-CH2-CH=CH-CO~SCoA + H2O ↓ énoyl-CoA hydratase R-CHOH-CH2-CO-ScoA 3-hydroxyacyl-CoA ou L (+) Hydroxy acyl CoA

c - Deuxième déshydrogénation R-CHOH-CH2-CO~SCoA + NAD ↓ 3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase (Oxydoréductase à NAD+) R-CO-CH2-CO~SCoA + NADH,H + 3-cétoacyl-CoA

d - Thiolyse ou Clivage de l'acide gras R-CO-CH2-CO~SCoA + HSCoA AG à 2n C ↓ la ß-cétothiolase (lyase). CH3 ~CO~SCoA + R-CO~SCoA Acétyl CoA AG à (2n-2)C

Donc chaque tour libére = 1 acétyl-CoA + 1 FADH2 + 1 NADH,H+. AG 2n carbones = (n-1) tours = n acétyl-CoA. 4 étapes = 1 tour ou cycle et Les différents tours = hélice de LYNEN

Bilan énergétique d’1 tour 1 FADH2 = 2 ATP 1 NADH, H+ = 3 ATP 1 acétyl CoA = 12 ATP (3 NADH H+, +1 FADH2+ 1 GTP) 1 tour donne 17 ATP

Bilan énergétique de la dégradation de l’acide palmitique R COOH → R CO SCoA - 2ATP R CO SCoA → 8 acétylCoA 8x12 = 96ATP 7 FADH2 7x2=14ATP 7 NADH,H+ 7x3=21ATP nombre d’ATP obtenues = 131 ATP avec coût de 2 liaisons P de l’activation En final on a 131 – 2 = 129 ATP

Comparaison entre la production d’énergie entre un AG à 6 C et le glucose: L’AG va consommer 2 ATP pour son activation donc - 2 ATP. Donne 3Acétyl CoA =3 x 12 = 36 2 NADH, H+ = 2 x 3 = 6 2 FADH2 = 2 x 2 = 4 TOTAL = 46 ATP mais – 2 ATP d’activations = 46-2 = 44 ATP et le glucose ne donne que 38 ATP. A nombre de C égal, un AG donne plus d’ATP qu’un glucide donc plus énergétique.

Le bilan chimique de la dégradation d’un acide gras par β-oxydation Acide gras saturé 2 nC Acide gras saturé 2 n + 1 (n-1) FADH2 (n-1) NADH,H +  n Acétyl-CoA (n-1) NADH,H + (n-1) Acétyl-CoA propionyl-CoA

ß-Oxydation des acides gras insaturés. Activation et liaison au CoA Même réactions de dégradations (comme pour les AGS) Autres enzymes nécessaires

Exp: Dégradation de l’acide linoleique

But de la b bêta oxydation Synthèse d’ATP donc production d’énergie

Période L’utilisation des AG à but énergétique sera très importante - Entre les repas - Au cours du jeun - Au cours du diabète

Noter Bien: Selon les besoins de l’organisme [ATP]  =[AMP]  = lipolyse ou libération de l’énergie [ATP]  =[AMP]  = lipogenèse ou mise en réserve de l’énergie

Devenir des acétyl-CoA 1) Condensation de l’acétylCoA + oxaloacétate = citrate dans cycle de Krebs 2) Condensation d’acétylCoA acétylCoA + acétylCoA= l’acétoacétylCoA acétoacétylCoA + acétyl CoA = Hydroxy méthyl glutaryl CoA a)Synthèse du cholestérol b)La formation de corps cétonique 3) Lipogénése

Résultats du cycle de Krebs: Acétyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + Pi ↓ 2 CO2 + HSCoA + 3 NADH,H + + FADH2 + GTP

Cétogénése hépatique Caractéristiques: Se déroule dans les mitochondries du foie. C’est la formation des corps cétoniques (acétoacétate, acétone et 3-hydroxybutyrate).

Caractéristiques des corps cétoniques: Les corps cétoniques sont formés dans la mitochondries des cellules hépatiques Ils traversent la membrane mitochondriale puis la membrane cytoplasmique et sont libérés dans le sang. Au niveau des tissus utilisateurs, ils passent la membrane cytoplasmique, la membrane mitochondriale ou ils seront utilisés L'acétoacétate et le ß-hydroxybutyrate sont des composés énergétiques pour les muscles squelettiques et le muscles cardiaque L’Acétone est composé volatile

Période de la Cétogenèse : En période de jeune, il y aura une dégradation importante des AG par manque de substrat energétique et donc la cétogenèse hépatique augmente. S’il y a beaucoup de glucides = les corps cétoniques sont en faible quantité

Utilisation des corps cétoniques L'acétoacétate et le ß-hydroxybutyrate sont utilisés par les muscles squelettiques et le muscles cardiaque comme composés énergétiques Cétolyse périphérique

3-cétoacyl Coenzyme A transférase

Noter Bien : Au cours du jeune prolongé et au cours du diabète : Dégradation massive des AG Augmentation de la cétogénèse Accumulation de corps cétoniques dans le sang Qui se traduit par un désordre métabolique

Ce désordre métabolique se traduit avec : + hypercétonémie + cétonurie + odeur acétonémique de l’haleine + diminution du PH sanguin = acidose. Cet état peut aboutir à un coma et même à la mort.

Devenir du propionylCoA CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP ↓ propionyl-CoA Carboxylase CH3 \ COOH-CH-CO~SCoA + ADP 2-méthyl malonyl-CoA ↓ 2-méthyl malonyl-CoA carboxymutase HOOC-CH2-CH2-CO~ScoA Succinyl CoA Succinyl CoA = intermédiaire du cycle de KREBS

METABOLISME DES TRIGLYCERIDES : 1-Catabolisme

1-1- Catabolisme des TG d’origine alimentaire Par la lipase pancréatique Active à pH neutre Nécessite la colipase Active en 3 temps (libère les AG en 1,3,2) Mécanisme : TG → 2,3 DG → 2 MG → Glycérol + AG + AG +AG

1-2- Catabolisme des TG sous forme lipoprotéine Se déroule au niveau des muscle, foie, parois artérielle Les TG intégrés dans des structures lipoprotéiques (chylomicrons et VLDL) Sont dégrades par la lipoprotéine lipase ( LPL) Celle-ci libère les AG sous forme libre et le glycérol La LPL est stimulée par l’héparine et inhibée par la protamine.

1-3- Catabolisme des TG adipocytaires Se déroule dans le foie et le tissus adipeux Les TG de réserve sont hydrolysés par une TG lipase appellé TG adipocytaire ou TG lipase hormonosensible Cette TG lipase est sensible aux hormones Stimulé par: adrénaline, glucagon, noradrénaline, corticostéroïdes, hormones hypophysaires ; TSH, ACTH, Prolactine, STH etc. Inhibée par l’INSULINE. Son action libère un AG et un DG

Le DG sera hydrolysé par une DG lipase (lipase intracellulaire non sensible aux hormones). On aura libération d’un AG et d’un MG Ce MG sera hydrolysé par une MG lipase. Ces lipases ne sont hormonosensibles

Régulation de la lipase hormono-sensible du tissu adipeux Adrénaline Insuline Récepteur Récepteur Adényl-cyclase Protéine G ATP AMPc + PPi Protéine kinase AMPc-dépendante Protéine (PKA) phosphatase Lipase + ATP Pi ADP Lipase P Triglycérides AG + Diglycéride + Diglycéride lipase + Monoglycéride lipase AG + glycérol AG + monoglycéride

La Biosynthèse des TG. 1- voie de l’acide phosphatidique : Au niveau du foie et du tissus adipeux

3P glycérol + 2 Acyl CoA ↓ acyl transférase Acide phosphatidique + CoASH Acide phosphatidique ↓ phosphatidate phosphatase DG + Pi DG + Acyl CoA TG + CoASH

Le glycérol est obtenu comme suit

Diglycéride + Acyl CoA 2-Voie des monoglycérides dans l’intestin Monoglycéride + Acyl CoA ↓ Acyl transférase Diglycéride Diglycéride + Acyl CoA ↓ Acyl trasférase Triglycéride

Métabolisme des phospholipides 1-Biosynthèse des phospholipides

2-Dégradation des phospolipides. Dans l’intestin et tissus ; par phospholipases

Les phospholipides sont impliqués dans différents dysfonctionnements métaboliques, dont le syndrome de détresse respiratoire par manque de surfactant dont l’exemple est la dipalmitoylphosphatidylcholine), la sclérose en plaques (démyélinisation )

Métabolisme des sphingolipides 1-Biosynthése des sphingolipides La biosynthése débute par la synthése du Céramide

Dégradation des Sphingolipides : Effectué par des hydrolases qui sont des enzymes lysosomiales Noter Bien : Un déficit héréditaire en ces enzymes entraîne l’apparition d’affections avec atteintes du SNC s’accompagnant de troubles neurologiques très graves = sphingolipidoses Donc les Sphingolipidoses = pathologie due à des déficits enzymatiques congénitaux avec incapacité à dégrader les sphingolipides dans les lysosomes.

Métabolisme du cholestérol.

Caractéristiques du cholestérol: Le cholestérol existe sous forme de cholestérol libre (1/3) et de cholesterol estérifié (2/3) - Synthétisé dans nombre de tissus à partir d’acétyl-CoA - Eliminé dans la bile sous forme de cholestérol ou de sels bilaires. - Il est le précurseur de tous les autres stéroïdes : tels que les corticoides, les hormones sexuelles, les acides biliaires et la vitamine D. - On le trouve dans les aliments d’origine animale comme le jaune d’œuf, la viande, le foie et la cervelle.

Biosynthése du cholestérol - La moitié du cholestérol de l’organisme est produite par synthèse (à peu prés 700 mg /j) et le reste est fourni par la ration alimentaire moyenne. - Chez l’homme, le foie synthétise environ 10% du cholestérol total et les intestins. - Pratiquement tous les tissus contenant des cellules nucléées peuvent synthétiser le cholestérol. - Cette synthèse se fait essentiellement dans la fraction microsomiale (reticulum endoplasmique ) et dans le cytosol de la cellule. - L’acétylCoA est à l’origine de tous les atomes de carbone du cholestérol.

BIOSYNTHESE DU CHOLESTEROL

CYTOPLASME MITOCHONDRIE enzyme malique Acides gras Citrate lyase OAAmalatepyruvate+NADPH enzyme malique (2) Acetyl CoA Acides gras (2) Acetyl CoA -oxydation oxaloacetate Citrate Acetoacetyl CoA HMG CoA cytoplasme HMG-CoA synthase Thiolase Acetoacetyl CoA HMG CoA HMG CoA synthase Thiolase Acetoacetate -Hydroxybutyrate CORPS CETONIQUES (dans le foie ) HMG CoA lyase Mevalonate CHOLESTEROL reticulum endoplasmic HMG CoA reductase Synthése de l’HMG-CoA dans la mitochondrie (corps cétoniques) et le cytoplasme (cholesterol)

Régulation de la synthèse du cholestérol. Se fait est au niveau de la réaction effectué par l’HMG-CoA réductase C’est l’étape limitante de la biosynthèse du cholestérol Elle est le site d’action des classes de médicaments hypocholestérolémiants tels que les inhibiteurs de la HMG-CoA réductase (statines).

L’HMG-CoA réductase - Est rétro inhibé par le mévalonate, et par le cholestérol. Inhibée par les LDL-cholestérol capturés via les récepteurs des LDL. L’insuline et les hormones thyroïdiennes augmentent l’activité de la HMG-CoA réductase. Le glucagon ou les glucocorticoïdes la diminuent. La synthèse du cholestérol endogène est inhibée aussi par des apports alimentaires riche en cholestérol.

L’HMG-CoA réductase - Existe sous une phosphorylée et une forme déphosphorylée. la forme phosphorylée est inacte La forme déphosphorylée est active. L’insuline permet la déphosphorylation en stimulant la phosphatase. Le glucagon permet la phosphorylation en stimulant la protéine Kinase.

Régulation de la synthèse du cholestérol.

L’estérification du cholestérol : Se fait sur le OH du 3ème C, de manière différente

Au niveau des tissus : (le foie, intestin, corticosurrénale) L’estérification se fait par une enzyme = ACAT ou Acyl CoA - Cholestérol - acyl transférase : Acyl Coa + cholestérol ↓ ACAT cholestérol estérifié

Au niveau du sang circulant : L’estérification se fait par une enzyme = LCAT ou lécithine cholestérol acyl transferase : Lécithine + cholestérol ↓ LCAT Lysolecithine + cholestérol estérifié

Esterification du Cholesterol ACAT: acyl CoA:cholesterol acyltransferase O || R-C—S-CoA ACAT (pour étre stocker dans les cellules) Acyl CoA O || R-C O || R-C-O Cholesterol esterifié Cholesterol libre HO O || R-C O || R-C O || R-CO O || R-CO O || R-C O || R-C O || R-C O || R-C—O- P-choline LCAT Lecithin (pour étre transporter par le HDL) LCAT: lecithin:cholesterol acyltransferase Esterification du Cholesterol

L’hydrolyse du cholestérol estérifié L’hydrolyse des esters de cholestérol se fait grâce à des estérases Cholestérol estérifié ↓ Cholestérol estérase cholestérol libre + AG

Dégradation du cholestérol et formation des acides biliaires. La dégradation du cholestérol est strictement hépatique et aboutit à la formation d’acides biliaires. Les acides biliaires sont stockés dans la vésicules biliaires et déversés par la bile au niveau du canal cholédoque dans le duodénum.