Synthèse des acides gras Cours Biochimie métabolique Pr. Sanae Bouhsain 1ière année Pharmacie, 2012-2013

Plan Introduction 1- Rappel 2- Biosynthèse des acides gras 3- Le bilan énergétique 4- La régulation 5- Devenir des acides gras 6- Les principales anomalies Conclusion

Introduction La biosynthèse des acides gras (AG): 2 impératifs dans la cellule - fourniture des acides gras nécessaires à la synthèse des lipides de structure - mise en réserve de l’énergie lorsque la cellule est dans un contexte d’abondance énergétique (glucose) Le foie est le site majeur de la biosynthèse suivi par la cellule adipeuse

1- Rappels

Les AG sont rarement à l’état libre, ils sont alors transportés par l’albumine dans ses « poches » hydrophobes. - Le plus souvent, ils sont estérifiés à des alcools (glycérol, sphingosine, cholestérol ….) pour former d’autres lipides

Classification des AG Nombre de carbone de l'acide gras (n compris entre 4 et 36) numérotés à partir de l’atome de carbone carboxylique Présence de double liaisons (Δ), leurs positions et leurs configurations (cis ou trans) On distingue: Les AG saturés (sans double liaison) Les AG insaturés (avec une ou plusieurs doubles liaisons). La majorité sont en configuration cis (même côté de la chaine hydrocarbonée)

Nomenclature simplifiée des AG C n : x∆m,n,o C: carbone n: nombre de carbone x: nombre de doubles liaisons ∆: double liaison m, n, o: positions des doubles liaisons à partir du carbone 1 les acides gras insaturés sont classés, en diététique, par série et non par la longueur de leur chaîne. La série est caractérisée par la première double liaison à partir de l’atome de carbone ω Il existe 4 séries principales : ω3, ω6, ω7 et ω9.

Quelques AG importants AG saturés les plus répandus: acide palmitique Acide stéarique AG insaturé le plus répandu: Acide oléique: Acide linoléique et linolénique: indispensables chez l’Homme, doivent être apportés par l’alimentation

Caractéristiques des AG Caractère amphiphile (affinité pour les graisses et l’eau): Fonction acide carboxylique: partie hydrophile Longue chaîne aliphatique : partie lipophile À pH 7, tous les AG libres sont ionisés. Ces molécules amphiphiles s’assemblent en micelles dans l’eau

Caractéristiques des AG (2) Le phénomène de saponification: Hydrolyse des lipides en milieu alcalin Production de sels d’acide gras ou savon Savon: stéarate de sodium Glycérol -Le point de fusion des AG: Augmente avec la longueur de la chaîne Diminue avec le nombre de doubles liaisons

2- Biosynthèse des AG

La majorité des AG sont exogènes Les AG endogènes: la plupart des tissus, surtout le foie et le tissu adipeux, sont capables de synthétiser les AG (régime hyperglucidique) La biosynthèse des acides gras nécessite : de l’énergie apportée par l’ATP du pouvoir réducteur: NADPH,H+ (voie des pentoses phosphates) des précurseurs: le seul précurseur de la synthèse des acides gras est l'acétyl-CoA.

L'acétyl-CoA provient de : la ß-oxydation des acides gras l'oxydation du pyruvate la dégradation oxydative des acides aminés dits cétogènes. L’acétyl-CoA, quelle que soit son origine, est formé dans la mitochondrie. Pour servir de précurseur dans le cytosol, il doit être transporté de la matrice mitochondriale dans le cytosol: navettes Cytosol :site d’utilisation d’acetyl- CoA Mitochondrie : production acétyl-CoA

L’OAA ne peut retourner directement dans la matrice mitochondriale. L’OAA est alors réduit en malate

Malate retourne dans la matrice mitochondriale : transporteur malate-a-cetoglutarate transporter.

Réactions de Biosynthèse des AG 3 mécanismes se complètent: A- Synthèse cytosolique ou voie de wakil à partir de l’acétyl-CoA jusqu’au palmitate (C16 ) B- Elongation mitochondriale allongeant au-delà de C16 le palmitate préformé dans le cytosol C- Elongation et désaturation microsomales formant les AG insaturés

A- La synthèse cytosolique: de l’acétyl CoA au palmitate voie de Wakil Endergonique et réductrice Trois phases: Activation sous l’action de l’acétyl CoA carboxylase: formation malonyl CoA Élongation sous l’action de l’AG synthase Terminaison sous l’action d’une thiolase

Phase 1: Activation Formation du malonyl CoA CH3-C-S-CoA = O HCO3- -OOC-CH2-C-S-CoA Acetyl-CoA Malonyl-CoA Acetyl CoA carboxylase Coenzyme: biotine Réaction irreversible Limitante +++ ATP

Phase 2: Élongation Formation d’AG à longue chaîne Une fois le malonyl-CoA produit, l’AG à longue chaîne peut être assembler en repétant une séquence de 4 étapes: hélice de Wakil Dans chaque passage, la chaîne acyl est allongée de 2 C, quand la chaîne atteint 16 carbones, le palmitate (16:0) quitte le cycle. Complexe enzymatique: AG synthase

Phase 2: Élongation AG synthase Complexe multienzymatique, structure dimèrique: 7 activités enzymatiques: AT, MT, CE, KR, DH, ER, TE Acyl Carrier Protein ACP (protéine transporteuse de groupements acyles) 2 groupements – SH: Un groupement périphérique: cystéine de la β-cétoacyl synthase (KS) Un groupement central: du groupement prosthétique de l’ACP (bras flexible présentant les intermédiaires aux différentes enzymes)

Le premier tour de synthèse d’AG Réaction 1: Acétyl Transacylase (AT) Le groupe acétyl est transféré sur le SH de la β-cétoacyl synthase (KS) Réaction 2: Malonyl Transacylase (MT) Le malonyle est transféré sur le SH de l’ACP H Malony-CoA + Acetyl-CoA

Réaction3:β-cétoacyl synthase (KS) Irréversible Condensation du groupe acétyle et malonyle Formation de l’acétoacétyle (β-cétoacyl)lié au SH de l’ACP Élimination de CO2

Réaction 4: β cétoacyl réductase (KR) Réduction du groupe b-ceto pour former β-hydroxyacyl Consomme NADPH, H+

Réaction 5: β-hydroxyacyl déshydratase (HD) Déshydratation du β-hydroxyacyl en trans ∆2 énoyl

Réaction 6: Enoyl Réductase (ER) Réduction de la double liaison Formation de l’acyle

Fin du premier tour Formation d’un acyle à 4 atomes de carbone lié au –SH de l’ACP

Les tours suivants Réaction 2: transfert du groupe malonyl Récurrence: condensation- réduction- déshydratation- réduction Quand on atteint 16 carbones(palmitoyl) : Réaction 7 Libération de l’acide palmitique, Enzyme: Palmityl Thioestérase (TE)

B- Modifications supplémentaires à l’AG nouvellement synthétisé Élongation pour former des AG plus longs Conversion en AG monoinsaturés ou polyinsaturés

L’élongation mitochondriale Le palmitoyl- CoA passe dans la matrice mitochondriale grâce la navette de la carnitine (voir catabolisme AG) Le donneur d’unités dicarbonées: acétyl-CoA Poursuite de l’élongation par simple réversion de la β-oxydation (voir catabolisme AG) à une exception: le NADP remplace le FAD

L’élongation et la désaturation microsomales Réactions au niveau du réticulum endoplasmique lisse Élongations: Catalysées par des élongases Donneur d’unités dicarbonées: malonyl-CoA Désaturation: Catalysée par des acyl-Co désaturases

AGs essentiels Hépatocytes de mammifères: Ne peuvent introduire des doubles liaisons qu’entre la D9 et l’atome de carbone carboxylique ( à droite de D9)+++ Linoleate 18:2D9,12 et linolenate 18:3D9,12,15 ne peuvent être synthétisés par les mammifères Précurseurs d’eicosanoïdes Acides gras indispensables Besoin couvert par l’alimentation

3- le bilan énergétique

Réaction globale pour synthèse palmitate (16C) En premier: formation de 7 molécules de malonyl-CoA : 7Acetyl-CoA + 7CO2 + 7ATP 7malonyl-CoA +7ADP + 7Pi Après on a les 7 cycles de condensation et reduction: Acetyl-CoA + 7malonyl-CoA + 14NADPH + 14H+ palmitate + 7CO2 + 8CoA + 14NADP+ + 6H2O

4- REGULATION DE LA BIOSYNTHESE DES ACIDES GRAS

3 Notions essentielles à retenir La biosynthèse des AG peut se mettre en route quand la cellule dispose de suffisamment de glucose et d’ATP pour ses besoins énergétiques La biosynthèse des AG a besoin d’acétyl-CoA mitochondrial et de NADPH (fourni par la «navette» malate-pyruvate et par la voie des pentoses ) Enzyme limitante: acétyl CoA carboxylase (ACC) Carboxylation de l’acetyl CoA en malonyl CoA

Principaux facteurs régulant une activité enzymatique Rappel Principaux facteurs régulant une activité enzymatique

Régulation de l’acétyl CoA carboxylase (ACC) 1- Régulation au niveau expression des gènes 2- Régulation allostérique: Citrate: activateur Acyl CoA, Palmitoyl CoA, AMP: inhibiteurs 3- Régulation hormonale:forme déphosphorylée active Insuline active l’ACC Glucagon et Adrénaline inactivent l’ACC

5- Devenir des Acides Gras

Devenir des AGs Dépend des besoins de l’organisme: Au cours de la croissance rapide, la production de nouvelles membranes nécessite la synthèse des phospholipides membranaires En cas d’abondance de nourriture avec défaut d’activité physique, stockage des acides gras en graisses Devenirs possibles pour les AG synthétisés ou ingérés: incorporés dans triglycérides pour le stockage de l'énergie métabolique Incorporés dans les composants phospholipidiques des membranes Production des Eicosanoïdes: Précursseur: acide arachidonique

Formation de l’acide phosphatidique (précurseur des glycérolipides) Les groupes acyles sont d'abord activés par la formation de molécules d'acyl-CoA Enzyme: acyl-CoA synthetase ATP Puis transférés grâce à une liaison ester avec le L-glycérol-3-phosphate Enzyme: acyl transferase

Conversion Acide phosphatidique en triglycérides ou en phospholipides

Biosynthèse des Eicosanoïdes Précursseur l’acide arachidonique: Dégradation des phospholipides (Phospholipase A2) Réactions: oxygénations et cyclisations Formation des Eicosanoïdes Exemple d’Eicosanoïdes: hormones locaux Prostaglandines (PGE): favorisent l’inflammation Thromboxanes (TXB) Leucotriènes …. Exemple de facteurs de déclenchement de synthèse des Eicosanoïdes: lésion ou inflammation tissulaire 20

L’acétylsalicylate (Aspirine) et autres anti inflammatoires non stéroidiens (AINS): Inhibent l’activité cyclo-oxygénase inhibent la synthèse des prostaglandines

6- Anomalies de la synthèse des AG

Si apports excessifs en glucides, alcool, protides: Stimulation synthèse AG Stockage sous forme de triglycérides Pancréatite, Stéatose hépatique Déficit primaire en acétyl-CoA carboxylase est très rare et très grave

Résumé de la synthèse des AGS La biosynthèse des AG est cytoplasmique Necessite la formation du malonyl-CoA Le NADPH Cytosolique est essentiellement générée par l'enzyme malique et par la voie des pentoses phosphates. Les réactions de synthèse sont assemblées en une répétition d’une séquence de 4 étapes catalysées par une enzyme multifonctionnele: AG synthase

À chaque passage dans le cycle, la chaîne acyle est prolongée par deux atomes de carbone Quand la longueur de chaîne atteint 16 atomes de carbone, le produit (palmitate 16:0) quitte le cycle. La biosynthèse des AG est régulée par l’activité de l’acetyl-CoA carboxylase Les AG synthétisés sont soit stockés sous forme de TG ou transformés en lipides membranaire