DEPARTEMENT DE MEDECINE Laboratoire d’Hormonologie CPMC 2ème ANNEE BIOCHIMIE ETUDE DES LIPIDES Dr. CHIKOUCHE. A Laboratoire d’Hormonologie CPMC

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

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

Les lipides sont présents: Dans les organismes comme: composants essentiels de structure forme de réserve d’énergie Dans l’alimentation sous forme: de graisses animales d’huiles végétales Dans des produits d’utilisation courante comme: cosmétiques et autres médicaments (pommades)

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

Rôles des lipides Nombreux

1) Réserves d’énergie +++ Intracellulaires (triglycérides dans le tissus adipeux) Besoins quotidiens minimum en énergie (métabolisme basal): 7500 kJ (1 kJ = 0,238 kcal) 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 l’organisme: autonomie d’un mois !

2) Matériaux de structure +++ Couches de protection des cellules Composants des membranes biologiques Phospholipides et cholestérol

3) Molécules actives: En faible concentration Précurseurs d’hormones stéroïdes: Cortisol, testostérone, oestrogènes, Progestérone, aldostérone. Médiateurs extracellulaires: en association avec des protéines au niveau des récepteurs. Messagers intracellulaires: Diacyl -glycérol Vitamines liposolubles: A,D,E,K

Transport : NB: Acides gras libres transportés par l’albumine. Les lipides sont insolubles en milieu aqueux. Dans le sang: transportés sous forme d’une association moléculaire lipidoprotéique soluble : Lipoprotéines (triglycérides, cholestérol, Phospholipides + protéines). NB: Acides gras libres transportés par l’albumine.

REMARQUE: Stockage sous forme de TG peut être très important = obésité

REMARQUE: 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) - Glycérides (glycérol) - Cérides (alcool à longue chaîne aliphatique) - Stérides ( stérol= cholestérol) 2 - Les lipides complexes : (C,H,O + N, P, S ou du sucre) : - Glycérophospholipides (glycérol) - Sphingolipides (sphingosine)

III - Rappel structural

1- LES ACIDES GRAS : 1-1 - Définition : - Acides généralement monocarboxyliques, généralement à nombre pair d’atomes de carbone de 4 à 32 - Peuvent être saturés ou non saturés.

Selon le nombre pair d’atomes 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 : Les plus répandus dans la nature, Leur formule brute est : - Cn H2nO2 ou Cn (HnO)2 - CH3-(CH2)(n-2)- COOH

Représentation spatiale: H\ /H H\ /H H\ /H H\ /H /OH C C C C C═O / \ / \ / \ / \ / C C C C C /H3 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 leur structure une ou plusieurs doubles liaisons (Δ). La présence de la double liaison introduit une possibilité d’isomérie : Cis ou Trans Dans le corps elle est présente sous forme cis. CH2 CH2 CH2 \ / / CH ═ CH CH ═ CH Cis / H2C Trans

Acides gras monoéthyléniques monoéniques ou monoinsaturés (Cn :1) : Présence d’une double liaison dans leur structure. 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

Exemples monoinsaturés : Acide palmitoléïque ou acide 9,10- hexadécénoïque (C16 9). CH3- (CH2)5- CH = CH - (CH2)7 – COOH Acide oléïque ou acide 9,10-octadécénoïque (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 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 Palmitoléïque

Acides gras di, tri et polyéthyléniques ou polyinsaturés Renferment dans leur structure 2, 3 ou plusieurs doubles liaisons. Exemples : Acide linoléïque ou acide 9-10,12-13 – octadécadiénoïque (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-octadécatriénoïque (C18:39,12,15). CH3-(CH2)-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2)7-COOH.

Remarque : Les Acides gras indispensables Acides gras polyinsaturés Acides gras essentiels Sont nécessaires du point de vue nutritionnel Ils ne peuvent pas être synthétisés par l’organisme Doivent être apportés par l’alimentation ; 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.

Remarque Les acides gras sont classés aussi par série Classification utilisé en nutrition Il existe 4 séries principales : ω 3 ou n-3, ω 6 ou n-6, ω 7ou n-7, ω 9 ou n-9. Dans la série ω (oméga) 3, 3 est la position de la premiere double liaison notée par rapport à la position ω, dernier carbone de la chaîne aliphatique nC Nom courant série 16 palmitoléique ω7 18 Oléique Linoléique linolénique ω 9 ω 6 ω 3 20 arachidonique

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 Molécule amphiphile

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

Orientation des AG en phase aqueuse : - 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 : Homolipides, ou corps ternaires (C,H,O). Ce sont des esters d’acides gras: classés en fonction de l’alcool en: Glycérides ( l’alcool = le glycérol) Cérides (l’alcool = alcool à longue chaîne aliphatique) Stérides (l’alcool = le stérol).

2-1 - LES GLYCERIDES : 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

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

TRIGLYCERIDES 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: Dans les huiles végétales, Dans les produits laitiers, Dans les graisses animales

2-2 - LES CERIDES : Principaux constituants des cires animales, végétales et bactériennes, d’où leur nom. Monoesters d’acides gras et d’alcools aliphatiques à longue chaîne La longueur des chaînes 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 cyclo pentano perhydro phanthène. Formé de 4 cycles dont un pentagonal, désignés par les lettres A, B, C et D et d’une chaîne latérale portant des ramifications.

Caractère 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 Caractère 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

Stéride ester de cholestérol Cholestérol Acide gras 6 CO 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 Palmitate de cholestérol

Caractéristiques du cholestérol: 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).

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 Différentes chaînes carbonées 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 2 AG en C1 et C2. CH2O-CO-(CH2)x-CH3 │ CHO- CO-(CH2)y-CH3 CH2O-P-OH // \ O OH l’acide phosphatidique ou AP

Un glycérophospholipide = Acide phosphatidique + un alcool aminé ou un polyalcool ( ou polyol sans azote = XOH) = phosphatidyl X CH2O-CO-(CH2)x-CH3 │ CHO- CO-(CH2)y-CH3 CH2O-P-O-X // \ O OH Glycérphospholipide ou AP-X

Noter 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 = l’inositol le glycérol.

Glycérophospholipide

Phosphatidyléthanolamine (PE) Phosphatidylsérine (PS) Phosphatidylcholine (PC) Phosphatidylinositol (PI)

Noter 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 Nom réservé: Lécithines: phosphatidyl-choline Céphalines: phosphatidyl éthanolamine phosphatidyl 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

Sphingomyéline = Céramide + acide phosphorique + choline = Acide gras + sphingosine + acide phosphorique + choline

Glycerophospholipides Glycérol + AG + P + comp. azoté ou poly ol Lipides simples 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 ou poly ol comp. azoté: choline, éthanolamine, sérine, comp. poly ol: Inositol Sphingolipides Sphingosine +AG + 1 sucre, etc

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 saturés = graisses animales AG insaturés = 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 Réalisée 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

La lipase pancréatique hydrolyse les TG a une activité maximum à pH neutre nécessite la colipase

2 – Absorption Après l’action complète des enzymes, on aura Des acides gras Des 2-mono-acylglycérols Du glycérol, Du cholestérol libre, Des lysophospholipides Qui 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 sont utilisés dans la cellule intestinale pour : la synthèse des TG la synthèse des phospholipides la synthèse du cholestérol

Ces molécules resynthétisées dans l’entérocyte s’associent à des apolipoprotéines et forment des lipoprotéines appelées chylomicrons qui seront déversées dans les vaisseaux lymphatiques chylifères.

Digestion et absorption des lipides

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 - Cétogénèse 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 b-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

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. Allongement (+16C) (RE) 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 lipogénèse

1-1-2-1- Formation du malonyl CoA CH3-CO~SCoA + CO2 + ATP Acétyl CoA ↓ acétyl CoA carboxylase HOOC-CH2-CO~SCoA + ADP + Pi Malonyl CoA

Caractéristique de cette réaction Etape nécessaire Etape clé de régulation Effectué par l’acétyl Coa Carboxylase = enzyme clef = enzyme à biotine. CO2 fixé transitoirement Malonyl CoA (COOH-CH3-CO S CoA) = acétyl CoA carboxylé ou acétyl CoA activé.

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

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

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

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

1-1-2-5- Déshydratation du ß-hydroxyacyl-ACP D (-) b hydroxyacyl ACP ↓ ß-hydroxyacyl-ACP déshydratase D 2 Enoyl ACP + H2O CH3-CH=CH-CO~SACP

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

1-1-2-7- Libération de l’acide butyrique Buturyl ACP ↓ thioestérase Acide butyrique CH3-CH2-CH2-COOH

L’acide gras synthase: Structure

L’acide gras synthase Effectue la lipogénèse complexe multi-enzymatique. 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.

L’acide gras synthase 2 monomères 2 sous unités fonctionnelles

L’acide gras synthase Les réactions s’effectuent au niveau d’un coenzyme : la 4’ phosphopantéthéine portée par l’ACP de l’un des 2 monoméres. Le groupement Thiol de l’ACP = thiol central Le thiol d’une cystéine de l’enzyme de condensation d’en face = thiol périphérique

Fonctionnement de l’acide gras synthase

Fonctionnement de l’acide gras synthase Au départ de la réaction Le thiol central fixe un radical acétyl provenant de l’acétyl-CoA. La transacétylase transfère le radical de ce thiol de l’ACP vers le thiol périphérique, Ceci libère le thiol central qui va fixer un malonyl. Il y aura condensation, et les réactions s’enchaînent les une après les autres.

Fonctionnement de l’acide gras synthase

Fonctionnement de l’acide gras synthase Les réactions s’enchaînent les unes après les autres. A la fin de la 6ème réaction: si la cellule a besoin de l’AG = libération 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.

Enzymes de l’Acides gras synthase 1-Acétyl-CoA-ACP transacétylase 2-malonyl-CoA-ACP transacétylase 3- ß-cétoacyl-ACP synthétase 4- ß-cétoacyl-ACP réductase 5- ß-hydroxyacyl-ACP déshydratase 6-2-énoyl-ACP réductase 7-Thioestérase

Composés nécessaires à la lipogénèse La lipogénèse 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 (mitochondriale) l'oxydation du pyruvate (mitochondriale) la dégradation oxydative des acides aminés dits cétogènes. 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 lipogénèse 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 lipogénèse: Au niveau de l’Acétyl-CoA carboxylase.

L’Acétyl-CoA carboxylase est: Acétyl-CoA phosphorylé= forme inactive ↓ protéine phosphatase S+/ insuline Acétyl-CoA déphosphorylé= forme active ↓ protéine kinase A S+/ adrénaline et glucagon

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 lipogénèse Tandis que l’insuline stimule la lipogénèse.

Catabolisme des ACIDES GRAS ß-OXYDATION Catabolisme des ACIDES GRAS

Caractéristiques de la ß-oxydation : 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, le rein et le muscle Elle est intramitochondriale.

Étapes préliminaires : Activation des acides gras par le coenzyme A Par l’acyl CoA synthétase (liée à la face interne de la membrane mitochondriale externe ) Cytoplasmique

Fonctionnement de l’acyl CoA synthétase

Réactions R-CH2-COOH + ATP ↓ 1 R-CH2-CO-AMP + PPi Acyl adénylate ↓ 1 R-CH2-CO-AMP + PPi Acyl adénylate R-CH2-CO-AMP + HSCoA ↓ 2 R-CH2-CO~SCoA + AMP Acyl CoA

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

Transfert du radical acyle dans la mitochondrie

Transfert du radical acyle dans la mitochondrie a- Transfert sur la carnitine Acyl-CoA + Carnitine → Acyl-carnitine + HSCoA acyl-carnitine transférase 1 face externe de la membrane interne b- Traversé de la membrane mitochondriale acyl-carnitine translocase dans la membrane mitochondriale interne. c - Transfert sur le HSCoA matriciel Acyl-carnitine + HSCoA → Acyl-CoA + Carnitine acyl-carnitine transférase 2 face matricielle de la membrane interne

Les étapes intramitochondriales de la b oxydation En plusieurs cycles ou tours Comprenant chaqu’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 EnoylCoA

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 (2n) C ↓ la ß-cétothiolase (lyase) CH3 ~CO~SCoA + R-CO~SCoA Acétyl CoA (2n-2) C

Les étapes intramitochondriales de la b oxydation

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 7x 2= 14ATP 7 NADH,H+ 7x 3= 21ATP Nombre d’ATP obtenues =131ATP avec coût de 2 liaisons P de l’activation En final on a 131 – 2 = 129 ATP

Comparaison de la production d’énergie entre un AG à 6 C et le glucose: Pour l’AG à 6 C Consommation de 2 ATP pour l’activation: La b oxydation de l’AG: 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 Total final = = 46-2 = 44 ATP Pour le glucose on a 38 ATP. A nombre de C égal, un AG donne plus d’ATP qu’un glucide donc plus énergétique.

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

Bilan chimique de la β-oxydation des AG Acide gras saturé 2 n C Acide gras saturé (2 n + 1) C (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 dégradation (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]  = lipogénèse 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) Lipogénèse

Acétyl-CoA: intermédiaire centrale

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

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

Cétogénèse hépatique

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 où ils seront utilisés

Caractéristiques des corps cétoniques L'acétoacétate et le ß-hydroxybutyrate sont des composés énergétiques pour les muscles squelettiques et le muscles cardiaque L’Acétone est un composé volatil

Période de la Cétogénèse En période de jeûne, il y aura une dégradation importante des AG par manque de substrat énergétique et donc la cétogénèse hépatique augmente. S’il y a beaucoup de glucides = les corps cétoniques sont en faible quantité

Cétolyse périphérique 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

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

Noter Bien : 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 :

1-2- Catabolisme des TG sous forme de lipoprotéines Se déroule au niveau des muscle, foie, parois artérielles Les TG intégrés dans des structures lipoprotéiques (chylomicrons et VLDL) Sont dégradés 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 tissu 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 ou GH etc. Inhibée par l’INSULINE. Son action libère un AG et un DG

Noter 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 pas 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 tissu adipeux

Le glycérol phosphate est obtenu comme suit

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

Métabolisme des phospholipides 2-Dégradation des phospolipides. Dans l’intestin et tissus:par phospholipases

Métabolisme des sphingolipides 1-Biosynthèse des sphingolipides La biosynthèse débute par la synthèse du Céramide

Métabolisme des sphingolipides

Métabolisme des sphingolipides

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 Existe sous forme de cholestérol libre (1/3) et de cholesterol estérifié (2/3) Synthétisé dans de nombreux tissus à partir d’acétyl-CoA Eliminé dans la bile sous forme de cholestérol ou de sels biliaires.

Caractéristiques du cholestérol Est le précurseur de tous les autres stéroïdes : tels que les corticoides, les hormones sexuelles, les acides biliaires et la vitamine D. Existe dans les aliments d’origine animale comme le jaune d’œuf, la viande, le foie et la cervelle (+++).

Biosynthèse 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.

Biosynthèse du cholestérol Pratiquement tous les tissus contenant des cellules nucléées peuvent synthétiser le cholestérol. Cette synthèse se fait essentiellement dans la fraction microsomiale (réticulum 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 effectuée 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).

Régulation de la synthèse du cholestérol. Noter bien: La synthèse du cholestérol endogène est inhibée aussi par des apports alimentaires riches en cholestérol.

Régulation de la synthèse du cholestérol

L’HMG-CoA réductase Rétro inhibée 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.

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

Estérification du cholestérol Se fait sur le OH du 3ème C De différente manière

Estérification du cholestérol Au niveau des tissus: le foie, l’intestin, la corticosurrénale Acyl CoA + cholestérol → CE + CoASH Enz = ACAT ou Acyl CoA - Cholestérol - acyl transférase :

Estérification du cholestérol Au niveau du sang circulant: Lécithine + cholestérol → CE + Lysolécithine Enz = LCAT ou lécithine cholestérol acyl transférase :

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 vésicule biliaire et déversés par la bile au niveau du canal cholédoque dans le duodénum.