Les LIPIDES et GLUCIDES Définition, structures, fonctions Code génétique Acides nucléiques Protides Enzymes Glucides Lipides Fonction protéines Expression Des gènes Source énergie Fonctions cellulaires Structures cellulaires et intercellulaires Source énergie Fonctions cellulaires Structures cellulaires et intercellulaires

Les LIPIDES et GLUCIDES Définition, structures, fonctions Objectifs de l’enseignement - Comprendre que les molécules de lipides et glucides (et protéines et acides nucléiques) sont des ensembles construits à partir d’éléments primaires - Comprendre que les enzymes qui construisent ces molécules le font à partir de ces éléments primaires - Comprendre que les enzymes qui détruisent ces molécules libèrent de ces éléments primaires - Comprendre que certains mécanismes réactionnels se retrouvent dans des réactions différentes - Comprendre les caractéristiques physicochimiques des lipides et glucides, bases de leurs fonctions dans l’organisme - Connaître et comprendre les grandes fonctions des lipides et glucides dans l’organisme - Ne pas apprendre par cœur les structures des lipides et glucides

milieu hydrophobe, apolaire Les LIPIDES : définition, introduction lipides = lipos insolubles dans l'eau, solubles dans les solvants organiques Molécule de lipide complètement apolaire Solvant – milieu hydrophobe, apolaire Fonction polaire Molécule de lipide amphiphile milieu hydrophobe, apolaire (huile) Interface Eau

( Les LIPIDES : définition, introduction lipides = "insolubles" dans l'eau structure générale : chaînes hydrocarbonées apolaires Groupes chimiques : -CH2- ou H3C- ou HC=CH 3HC CH2 CH2 CH2 C H2 CH2 CH2 chaîne linéaire ( CH2 CH C CH2 CH3 chaîne isoprénique n + Fonctions "polaires" COOH/COO- OH NH2 etc... Lipides amphiphiles

Structure constituants des Energie Les LIPIDES : définition, introduction rôles : 2 grandes fonctions Structure constituants des membranes lipoprotéines Energie Un des carburants de l’organisme Réserves + Autres rôles biologiques spécifiques: Médiateurs, hormones, vitamines, coenzymes, émulsifiants, transporteurs d'électrons

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation I- Les lipides membranaires II- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 5- Intégration membranaire 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

Les membranes cellulaires : source de lipides Cf cours du Pr Foliguet pour les aspects de biologie cellulaire Différentes membranes cellulaires: composition et rôles différents Milieu extracellulaire Réticulum, golgi Cytosol Noyau Mitochondrie Un point commun Interface hydrophile / Hydrophobe : lipides amphiphiles

Les membranes cellulaires : source de lipides Rôles des membranes cellulaires Interface hydrophile / Hydrophobe Maintien des différences de composition - entre cytosol et milieu extra- cellulaire (membrane plasmique) - entre cytosol et organelles Nécessité de transporteurs transmembranaires pour les molécules hydrophiles - Transports facilités - Transports actifs Système d’importation et d’exportation de matériel biologique

Protéines de signalisation Les membranes cellulaires : source de lipides Rôles des membranes cellulaires Interface hydrophile / Hydrophobe Ligand transmission de signaux, de l’extérieur à l’intérieur des cellules - adaptation du comportement cellulaire - Connexion des récepteurs membranaires (protéines) à des voies de signalisation intracellulaire (enzymes, kinases) Récepteur Membrane Protéines de signalisation Effet dans la cellule Médiateurs Membranes = source de médiateurs d’origine lipidiques pour générer les signaux intracellulaires Domaines membranaires: groupement de récepteurs et de protéines de signalisation connexion avec le cytosquelette

Les membranes cellulaires : source de lipides Les constituants membranaires Structure générale commune malgré fonctions différentes Exemple de la membrane plasmique 1) protéines: différents modes d’association aux membranes - protéines transmembranaire - protéines périphériques Leur nature dépend du type cellulaire la cellule et des compartiments membranaires Leur proportion (/ lipides) dépend aussi du type de la cellule 2) lipides Leur proportion dépend du type cellulaire et membranaire ~50% de la masse Plusieurs types de lipides

Les membranes cellulaires : source de lipides Les lipides membranaires 1- Les phospholipides Glycérophospholipides - Glycérol - 2 acides gras - tête polaire phosphate + X Tri- Alcool Sphingomyélines - Sphingosine - 1 acide gras - tête polaire phosphate + choline Amino- Alcool Fonctions Alcool - Sphingosine - 1 acide gras - tête glucidique Pas de phosphate 2- Les glycolipides 3- Cholestérol : molécules polycycliques  30% des lipides membranaires indispensable

Tête polaire = groupe phosphate (acide) + alcool Les lipides membranaires : les glycérophospholipides phosphate glycérol choline partie hydrophobe interface hydrophile Glycérol = Tri-alcool Acide gras HO - C1H2 OH - C2H H2C3OH Acide gras Hydrophobe Tête polaire Interface Hydrophile Molécule amphiphile Tête polaire = groupe phosphate (acide) + alcool

Les glycérophospholipides : les têtes polaires Jean-Luc.Olivier@medecine.uhp-nancy.fr acides phosphatidiques CH2O O CH CH2O - P - OH O- = O acide gras - Tête polaire réduite au groupe phosphate - Charge globale négative (phospholipides « acides ») Liaison ester entre fonction alcool n°3 du glycérol et le groupe phosphate (acide) phosphatidylcholines ou lécithines (PC) CH2O O CH CH2O - P - O- CH2 - CH2 - N+- CH3 O- = O acide gras CH3 - Phospholipides très abondants dans les membranes animales ou végétales - Charge globale neutre Liaison ester entre groupe phosphate (acide) et choline (alcool)

Les glycérophospholipides : les têtes polaires CH2O O CH CH2O - P - O- CH2 - CH2 - NH3+ O- = O acide gras Phosphatidyléthanolamines (PE) - Phospholipides très abondants dans les membranes animales ou végétales - Charge globale neutre à pH neutre Liaison ester entre groupe phosphate (acide) et éthanolamine (alcool) Phosphatidylsérines (PS) - Phospholipides du feuillet interne des membranes - Charge globale négative (phospholipides acides) Liaison ester entre groupe phosphate (acide) et fonction alcool de l’acide aminé sérine CH2O O CH CH2O - P - O- CH2 - CH - NH3+ O- = O acide gras COO-

Phospholipides « acides » = charge globale négative PA, PI, PS Les glycérophospholipides : les têtes polaires CH2O O CH CH2O - P - O- O- = O acide gras HO OH - OH Phosphatidylinositol (PI) Tête polaire = groupe phosphate + hexa-alcool cyclique (inositol Phospholipides du feuillet interne des membranes - Charge globale négative Rôle important dans la signalisation intracellulaire Phospholipides « acides » = charge globale négative PA, PI, PS

Tête polaire = groupe phosphate (acide) + alcool Les glycérophospholipides : les acides gras phosphate glycérol choline partie hydrophobe interface hydrophile Glycérol = Tri-alcool Acide gras HO - C1H2 OH - C2H H2C3OH Acide gras Hydrophobe Tête polaire Interface Hydrophile Molécule amphiphile Tête polaire = groupe phosphate (acide) + alcool

Acides carboxyliques (COOH) + chaîne hydrocarbonée (CH3-CH2-) Les glycérophospholipides : les acides gras Acides carboxyliques (COOH) + chaîne hydrocarbonée (CH3-CH2-) Partie hydrophobe CH3 - (CH2) n-2 - COOH Partie hydrophile Molécule amphiphile saturés ou CH3 - (CH2)x- CH = CH - (CH2) y - COOH insaturés acides gras naturels : C4- C24, nombre pair (nxC2)

{ { { Les glycérophospholipides : les acides gras les acides gras saturés n = nombre de carbones { CH3-(CH2)2 - COOH Nombre pair C4 butyrique C6 caproïque C8 C10 C12 laurique C14 myristique C16 palmitique C18 stéarique C20 arachidique C22 C24 lignocérique COOH 4 2 3 1 { CH3-(CH2)14 - COOH COOH 15 13 11 9 7 5 3 1 16 14 12 10 8 6 4 2 { COOH 17 15 13 11 9 7 5 3 1 18 16 14 12 10 8 6 4 2 CH3-(CH2)16 - COOH

Liaison riche en énergie Les glycérophospholipides : les acides gras Pourquoi les acides gras ont-ils un nombre pair de carbone ? O = C - CH2 - C = O O- S - CoA Malonyl-CoA : donneur d’acétyl La synthèse des acides gras est effectué à partir de malonyl-CoA ~ Liaison riche en énergie Molécules à 3 carbones Le malonyl-CoA est synthétisé à partir d’acétyl-CoA H3C-C~S-CoA O = Enzyme-biotine-COO- Enzyme-biotine ATP + HCO3- ADP + Pi O = C - CH2 - C = O O- S - CoA ~ Acétyl-CoA carboxylase liaison riche en énergie liaison riche en énergie Rupture d’une liaison riche en énergie

~ Les glycérophospholipides : les acides gras FAS Synthèse de novo des acides gras Pourquoi les acides gras ont-ils un nombre pair de carbone ? H3C - C ~ S-CoA O = FAS Fatty acid synthase 1ère étape de synthèse de novo d’un acide gras: fixation d’un malonyl-CoA et d’un acétyl-CoA sur la FAS O = C - CH2 - C = O O- S-CoA ~ HS Malonyl-CoA Acétyl-CoA

~ ~ Les glycérophospholipides : les acides gras FAS FAS Synthèse de novo des acides gras instable O = C - CH2 - C = O O- S ~ 1- condensation de deux acétyls FAS H3C - C - CH2 - C = O O S ~ HS FAS H3C - C ~ S O = CO2 2- décarbo- xylation 2ème étape de synthèse de novo d’un acide gras: - condensation de 2 acétyls - décarboxylation

~ ~ Les glycérophospholipides : les acides gras FAS FAS Synthèse de novo des acides gras FAS H3C - C - CH2 - C = O O S ~ HS instable FAS H3C - C - CH2 - C = O OH S ~ HS H NADPH + H+ NADP+ 2ème étape de synthèse de novo d’un acide gras: - réduction de la fonction cétone en g - Oxydation du NADPH+H+ en NADP+

~ ~ ~ Les glycérophospholipides : les acides gras FAS FAS FAS Synthèse de novo des acides gras 4ème et 5ème étapes de synthèse de novo d’un acide gras: - déshydratation, formation d’une liaison double C=C - réduction de la liaison double C=C FAS H3C - C - CH2 - C = O OH S ~ HS H FAS H3C - C = C - C = O H S ~ HS H H2O Déhydratation NADPH + H+ NADP+ FAS H3C – H2C - CH2 - C = O S ~ HS Réduction

Les glycérophospholipides : les acides gras Synthèse de novo des acides gras 6ème étape : utilisation d’une deuxième molécule de malonyl-CoA O = C - CH2 - C = O O- S - CoA ~ H3C - CH2 - CH2 - C ~ S O = O = C - CH2 - C = O O- S FAS 1 2 ~ Répétition X6 Formation de palmitate Butyryl transféré de S2 en S1 Synthèse des triglycérides Autres voies métaboliques

Les glycérophospholipides : les acides gras Synthèse de novo des acides gras Conclusion Malonyl-CoA : donneur d’acétyl et de CO2 acides gras formé à partir d’acétyl Les acides gras ont un nombre pair de carbone car ce sont des multiples d’acétyl soit X 2 C L’élongation des acides gras a lieu dans le réticulum endoplasmique (microsomes)

Les glycérophospholipides : les acides gras Synthèse de novo des acides gras La Fatty Acid Synthase : un complexe multi-enzymatique AT: acétylCoA transférase MT: malonylCoA transférase KS: 3-céto-Acyl synthase KR: 3-céto-Acyl réductase DH: 3-hydroxyacyl déhydratase ER: enoyl réductase ACP: acyl carrier protein ACP KS AT ER MT KR HD HS2 HS1

3-hydroxyacyl déhydratase Les glycérophospholipides : les acides gras Synthèse de novo des acides gras O = C - CH2 - C~SCoA O- O = MalonylCoA transférase O = C - CH2 - C = O O- S H3C - C - S O = FAS 2 HS H3C - C - CH2 - C - S O O = HS FAS 1 AcétylCoA transférase HS FAS H3C - C~SCoA O = 3-céto-Acyl synthase CO2 NADPH +H+ 3-céto-Acyl réductase Les différentes activités enzymatique de la FAS H H3C - C - CH2 - C - S OH O NADP+ H H3C - C = C - C - S H O H3C - CH2 - CH2 - C - S O = HS FAS = = FAS FAS HS Enoyl réductase HS 3-hydroxyacyl déhydratase H2O NADP+ NADPH +H+

les graisses végétales Les glycérophospholipides : les acides gras Les acides gras mono-insaturés: acides gras non « indispensables » acide oléique 18 16 14 12 10 9 7 5 3 COOH le plus abondant dans les graisses végétales et animales 17 15 13 11 8 6 4 2 CH3- (CH2)7- CH= CH- (CH2)7 COOH C 18 :1 (n-9) D 9 nombre de carbones nombre de doubles liaisons position de la 1ère double liaison en partant du CH3 terminal double liaison entre C9 et C10 Comptée à partir du COOH terminal COOH 16 :1 (n-7) D 9 acide palmitoléique 16 14 12 10 9 7 5 3 1 15 13 11 8 6 4 2

Synthèse de l’acide oléique: notion de désaturase Les glycérophospholipides : les acides gras Synthèse de l’acide oléique: notion de désaturase acide stéarique C18:0 9 COOH 1 18 9 D9 désaturase Acide palmitique (C16:0) acide palmitoléique C16:1 D9 D9 désaturase Les désaturases sont dénommées selon la double liaison qu’elles créent en comptant à partir du COOH (D) acide oléique C18 :1 (n-9) D 9 COOH 1 9 18 Deux possibilités: synthèse notamment dans le foie apport alimentaire

= Les glycérophospholipides : les acides gras 1 9 1 18 9 1 Synthèse de l’acide oléique: Le complexe D9 désaturase et les différentes étapes O = C~S-CoA 1 9 Acyl-transférase NB: l’activation des acides gras avec le CoA est une étape nécessaire de la synthèse des acides gras HS-CoA Stéaroyl – acyl-transférase NADH + H+ + O2 + cytochrome B5 Hydroxylase H NAD+ + H2O Acyl transférase C~ 1 C~OOH 1 9 18 H2O oléoyl~S-CoA + HS-CoA Déshydratase Acyl-transférase Acyl transférase OH

Les acides gras polyinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Les acides gras polyinsaturés Construction à partir des monoinsaturés Création d’une deuxième liaison insaturée à partir de la première Double liaisons des acides gras sont en position « malonique » double liaisons conjuguées cis, malonyl, doubles liaisons maloniques Acides gras poly-insaturés 2 liaisons simples séparent deux liaisons doubles Une liaison simple sépare deux liaisons doubles

Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les doubles liaisons sont créées à droite (vers COOH) de la première double liaison Importance de la place de la première double liaison Définition de trois « séries » d’acides gras 1 3 5 8 6 Série n-6 ou w6 Les cellules animales « supérieures » n’ont pas de désaturase agissant entre n et n-9 1 3 5 7 9 Série n-9 ou w9 1 3 4 6 8 Série n-3 ou w3 5 7 9 7 9

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : Exemple de la série n-9, w9 Les désaturases sont dénommées selon la double liaison qu’elles créent en comptant à partir du COOH (D) acide oléique C18 :1 (n-9) D 9 COOH 1 9 18 D6 désaturase acide C18 :2 (D 6, D9) COOH 1 9 18 6 doubles liaisons maloniques 1ère étape: désaturation de la liaison D6 (complexe D6 désaturase)

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : Exemple de la série n-9, w9 2ème étape: addition de deux carbones par une élongase utilisation d’acétyl à partir de malonyl-CoA dans réticulum sarcoplasmique (enzyme microsomiale) Réaction similaire à la 1ère étape catalysée par la FAS Malonyl~CoA + 2NADPH + H+ Acétyl-CoA + ATP + HCO3- acide C18: 2 (D 6, D9) n-9 COOH 1 9 18 6 élongase acide C20: 2 (D 8, D11) n-9 COOH 1 9 1 20 11 8 doubles liaisons maloniques

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : Exemple de la série n-9, w9 D5 désaturase Les désaturases sont dénommées selon la double liaison qu’elles créent en comptant à partir du COOH (D) acide C20: 2 (D 8, D11) n-9 COOH 1 11 20 9 8 D5 et D6 désaturases sont des enzymes différentes (gènes différents) acide C20 :3 (D 5, D8, D11) n-9 COOH 1 11 20 9 8 5 2ème étape: désaturation de la liaison D5 (complexe D5 désaturase)

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : Exemple de la série n-9, w9 COOH 1 11 20 9 8 5 Acétyl-CoA + ATP + HCO3- acide C20 :3 (D 5, D8, D11) n-9 élongase Malonyl~CoA + 2NADPH + H+ acide 7,10,13-docosatrienoïque, C22 :3 (D 7, D10, D13) n-9 9 1 1 20 13 10 7 COOH 3ème étape: addition de deux carbones par une élongase

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Récapitulatif de la série n-9, w9 acide oléique C18 :1 (n-9) D 9 COOH 1 9 18 D6 désaturase acide C18 :2 (D 6, D9) COOH 1 9 18 6 élongase acide C20 :2 (D 8, D111) COOH 1 11 20 9 8 D5 désaturase acide C20 :3 (D 5, D8, D11) COOH 1 11 20 9 8 5 acide 7,10,13-docosatrienoïque, C22 :3 (D 7, D10, D13) élongase 9 1 1 20 13 10 7 COOH

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries indispensables n-6 (w6) et n-3 (w3) 1- Les mammifères ne peuvent synthétiser de novo ces acides gras car ils n’ont pas les désaturases capable de créer des doubles liaisons entre n et n-9 2- Ces acides gras sont indispensables à la vie des mammifères 3- Les végétaux et certains animaux peuvent synthétiser des acides gras avec des doubles liaisons entre n et n-9, les acides gras n-6 et n-3 4- Les mammifères doivent se procurer les précurseurs des acides gras w6 (n-6) et w3 (n-3) en mangeant des végétaux et certains organismes animaux

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Les séries indispensables n-6 (w6) et n-3 (w3) 1 9 acide linoléique C18 :2 (n-6) (D 9, D12): précurseur des w6 COOH 18 6 12 Indispensable, 3,4 g/jour Acides gras w6 à longues chaînes 1 9 acide linolénique C18 :3 (n-3) (D 9, D12, D15): précurseur des w3 COOH 18 6 12 Indispensable, 3,4 g/jour 3 15 Acides gras w3 à longues chaînes

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : la série n-6, w6 "indispensable" acide linoléique C18 :2 (n-6) (D 9, D12) 1 6 9 18 COOH 12 9 1 acide g -linolénique C18 :3 (D 6, D9, D12) D6 désaturase 1 6 9 COOH 18 acide dihomo-g -linolénique C20 :3 (D 8, D11, D114) élongase COOH 20 1 9 6 11 14 8 9 12 6 acide arachidonique C20 :4 (D 5, D8, D11, D14) D5 désaturase 11 14 8 20 COOH 1 9 6 5 COOH 1 acide acrénique, C22 :4 (D 7, D10, D13, D16) élongase 22 9 6 13 16 10 7

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les glycérophospholipides : les acides gras Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les séries d'acides gras : la série n-3, w3 "indispensable" acide linolénique C18 :3 (n-3) (D 9, D12, D15) 1 3 6 9 COOH 18 15 12 9 1 acide stéaridonique C18 :4 (D 6, D9, D12, D15) D6 désaturase COOH 9 6 12 1 3 18 15 acide 8,11,14,17 eicosatetraénoïque C20 :3 (D 8, D11, D14, D17) élongase COOH 9 6 11 14 8 1 3 20 17 acide 5,8,11,14,17 eicosapentaénoïque C20:5 (D5, D8, D11, D14, D17) EPA D5 désaturase 11 14 8 COOH 9 6 5 1 3 20 17

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés La série n-3, w3, synthèse de l’acide gras en C22 (DHA) cas particulier acide 5,8,11,14,17 eicosapentaénoïque C20:5 (D5, D8, D11, D14, D17) EPA 1 3 6 9 20 17 14 11 8 5 COOH ? Deux voies possibles acide C22:6 (D4, D7,D10,D13,D16,D19) docosahexaénoïque; DHA COOH 1 3 6 9 1 22 19 16 13 10 7 4 Double liaison en D4

Le DHA joue un rôle important dans le cerveau Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Le DHA joue un rôle important dans le cerveau Une déficience dans les premières années peut entraîner un retard mental et une cécité. Effet dans le vieillissement ? Composition en acide gras des alkyl-PE ( 25% des phospholipides) (hippocampes de rats)

Voie utilisée chez le proto- zoaire marin Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés La série n-3, w3, cas particulier de la synthèse du DHA acide 5,8,11,14,17 eicosapentaénoïque C20:5 (D5, D8, D11, D14, D17) EPA 1 3 6 9 20 17 14 11 8 5 COOH élongase Voie utilisée chez le proto- zoaire marin (traustochytrium) acide C22:5 (D7, D10, D13, D19) COOH 1 acide C22:6 (D4, D7,D10,D13,D16,D19) Docosahexaénoïque; DHA 22 9 6 13 16 10 7 3 19 4 D4 désaturase - Pas de D4 désaturase identifiée chez les mammifères

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés La série n-3, w3, cas particulier de la synthèse du DHA acide 5,8,11,14,17 eicosapentaénoïque C20:5 (D5, D8, D11, D14, D17) EPA 11 14 8 9 6 5 1 3 20 17 COOH Élongase +2 acide C24:5 (D9, D12, D15, D18, D21) Voie chez les mammifères: 2 étapes d’élongation b-oxydation (-2 carbones) D6 désaturase acide C24:6 (D6, D9, D12, D15, D18, D21) acide C22:6 (D4, D7,D10,D13,D16,D19) Docosahexaénoïque; DHA COOH 1 22 9 6 13 16 10 7 3 19 4 b oxydation = perte 2 carbones (peroxisome et non mitochondrie)

Construction des acides gras polyinsaturés à partir des monoinsaturés Les premiers acides gras des séries n-3, n-6, n-9 Pas d ’interconversion possible chez l'homme Car absence de D12 et D15 désaturase acide oléique C18 :1 (n-9),D 9 18 COOH 1 9 9 1 acide linoléique C18 :2 (n-6) (D 9, D12) COOH 18 1 9 6 12 9 1 Indispensable, 3,4 g/jour acide a-linolénique C18 :3 (n-3) (D 9, D12, D15) 1 3 6 9 COOH 18 15 12 9 1

Acyl-glycérophospholipides Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Acyl et alkyl glycérophospholipides Liaison ester acide + alcool (acyl) saturé insaturé En position 1 du glycérol, liaison ester toujours avec un acide gras saturé En position 2 du glycérol, liaisons ester avec un acide gras, soit saturé, soit insaturé CH2 - O - C O O - CH CH2O- P - O- 1 = Exemple: 1,2 acylphosphati- dylcholines lécithines (PC) = C - O 2 O = CH3 O - CH2 - CH2 - N+ - CH3 - - 3 Dans la majorité des liaisons des glycérophospholipides, les acides gras sont liés au glycérol par une liaison ester (alcool + acide) Acyl-glycérophospholipides

Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Les acyl glycérophospholipides sont synthétisés à partir d’acyl-CoA et de glycérol-3-phosphate O R1-C ~ S-CoA = CH2 – O – C- R1 O R2- C- O – CH CH2O- P -OH O- = 1 2 3 R2-C ~ S-CoA HS-CoA R2-C-O-- Le plus souvent insaturé C-O- CH2 - OH HO - CH CH2O- P -OH O- = O 1 2 3 HS-CoA CH2 – O – C- R1 O HO - CH CH2O- P -OH O- = 1 2 3 = O R1-C-O- = C–O- Toujours saturé - Les acides gras sont incorporés sous forme d’acyl-CoA - L’activation des acides gras en Acyl-CoA est préalable à leur incorporation et nécessite de l’énergie (ATP) Etape ultérieure: liaison de l’alcool (choline, éthanolamine, sérine, inositol) au groupe phosphate

Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Les éther-phospholipides (alkyls) et les plasmalogènes (alkényl) sont des phospholipides membranaires minoritaires Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Exemple: 1-alkyl, 2-acyl phosphatidylcholines lécithines (PC) saturé insaturé CH3 O - CH2 - CH2 - N+ - CH3 CH2 - O - CH2 O - CH CH2O- P - O- C - O = Liaison éther alkylphospholipides saturé insaturé CH3 O - CH2 - CH2 - N+ - CH3 CH2 - O – C = C O - CH CH2O- P - O- C - O = H Exemple: 1-alkényl, 2-acyl phosphatidylcholines lécithines (PC) Alkénylphospholipides ou plasmalogènes En proportion importante dans le cerveau

Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Les alkyl et alkényl -glycérophospholipides sont synthétisés à partir d’acyl-CoA et de dihydroxyacétone-phosphate CH2 - OH O = C CH2O- P - OH O- = O 1 2 3 Dihydroxy- acétone phosphate = CH2 - O– C- R O O = C CH2O- P - OH O- 1 2 3 HS-CoA R-C ~ S-CoA R1-CH2OH O R1-C-OH = CH2 - O– CH2-R1 O = C CH2O- P - OH O- 1 2 3 Echange d’un acide gras contre un alcool gras CH2 - O– CH2-R1 HO - CH CH2O- P - OH O- = O 1 2 3 NADPH+H+ NADP+ Réduction de la fonction cétone O R2-C ~ S-CoA = CH2 – O – CH2- R1 R2- C- O – CH CH2O- P -OH O- 1 2 3 HS-CoA Alkyl-glycérophospholipides ou éther-glycérophospholipides

= Les glycérophospholipides : liaisons acides gras et glycérol Les alkényl -glycérophospholipides sont synthétisés par désaturation d’une liaison entre 2 carbones des alkyl-glycérophospholipides C~S-CoA 1 O = 9 Acyl-transférase Stéaroyl – acyl-transférase HS-CoA C~ OH NAD+ + H2O NADH + H+ + O2 + cytochrome B5 Acyl transférase Hydroxylase H COOH 18 H2O oléoyl~S-CoA + Déshydratase CH2 – O – CH2- CH2- R1 R2- C- O – CH CH2O- P -OH O- = O 1 2 3 CH2 – O – CH = CH - R1 NADH+H+ + O2 Plasmalogènes Tête polaire: éthanolamine, choline etc… NAD+ + 2H2O Cf synthèse de l’acide oléique à partir de l’acide stéarique, mécanisme de la D9 désaturase

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation I- Les lipides membranaires II- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 5- Intégration membranaire 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

les sphingolipides : sphingomyéline et glycolipides comparaison avec les glycérophospholipides glycérol Sphingosine Sphingosine AG AG AG AG P alcool P choline glycéro phospholipides sphingo phospholipides sphingo glycolipides Phospholipides sphingolipides constituants des membranes

Sphingophospholipides : sphingomyélines sphingosine (amino-alcool) HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH- 1 CH2O Céramide sphingosine + acide gras (DG) C O acide gras saturé (16, 18, 22, 24 C) 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 = O -P-O-CH2-CH2-N+ (CH3)3 = Phosphocholine

Glycéro- phosphatidyl choline Echange de la tête phosphocholine Sphingophospholipides : sphingomyélines Les sphingomyélines sont synthétisées à partir des céramides et de glycérophosphatidylcholine HS-CoA O R-C ~ S-CoA = Céramide OH AG glycérol Diacylglycérol ou diglycérides sphingomyéline Glycéro- phosphatidyl choline Diacyl- glycérol Echange de la tête phosphocholine Palmityl~CoA + Sérine Sphingosine

Les lipides membranaires : Les glycosphingolipides HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH- CH2O sphingosine Céramide 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 C O = acide gras saturé (16-24 C) Oses 1 Extracellulaire céramide + ose ou oligoside

UDP-glucose ou UDP-galactose Oses activés = oses liés à l’UDP Sphingolipides : glycosphingolipides Les glycolipides sont synthétisés à partir de céramide et d’oses activés HS-CoA O R-C ~ S-CoA = Céramide Cérébrosides UDP-glucose ou UDP-galactose UDP UDP = uridine diphosphate Palmityl~CoA + Sérine Sphingosine Autres glycolipides Oses activés UDP Oses activés = oses liés à l’UDP

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation II- Les lipides membranaires I- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 5- Intégration membranaire 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

Les lipides membranaires : le cholestérol noyau stérol A B C D chaîne acylée ramifiée 6 : CH 22 21 20 1,2... : CH2 23 18 12 27 18,19... : CH3 17 24 25 11 16 13 19 1 26 2 9 14 15 H 10 8 b 3 5 HO 7 4 6 tête polaire H corps apolaire

Les lipides membranaires : le cholestérol Configuration spatiale des stérols Bateau Chaise la plus stable forme favorisée A B C D Au dessus du plan b 3 HO H Au dessous du plan

* Les lipides membranaires : le cholestérol CH3 - COO- C D A B Le cholestérol résulte d'un assemblage d'acétyl-CoA * 21 22 CH3 - COO- C 20 C 23 C C 18 C Acétate radio- marqué (14C) 12 27 C C 17 24 C 25 C 11 19 C C C C 16 13 C C D 1 C C C C C 26 2 C 9 15 H C 14 10 C A B 8 b 3 5 C C C HO 7 C C 4 6 H Synthèse hépatique

Les lipides membranaires : le cholestérol (HMG-CoA) Le cholestérol résulte d'un assemblage d'acétyl-CoA CH3 - C S - CoA O ~ = CH3 - C - CH2 - C S - CoA O O + CoA-SH Thiolase Acétoacétyl-CoA Réversible 1ère étape: condensation de deux acétyl-CoA CH3 -O - C - CH2 - C - CH2 - C S - CoA O OH O ~ = CH3 - C S - CoA O CoA-SH HMG-CoA synthase b-hydroxy-b-méthylglutaryl-CoA (HMG-CoA) b a Réversible 2ème étape: condensation d’un 3ème actyl-CoA Les deux étapes sont réversibles

Les lipides membranaires : le cholestérol (HMG-CoA) Le cholestérol résulte d'un assemblage d'acétyl-CoA CH3 -O - C - CH2 - C - CH2 - C S - CoA O OH O ~ = b-hydroxy-b-méthylglutaryl-CoA (HMG-CoA) b a 2 NADPH + 2H+ Irréversible HMG-CoA réductase 2 NADP+ CH3 -O - C - CH2 - C - CH2 - CH2 O OH OH = Formation de mévalonate : l'HMG-CoA réductase est une cible pharmacologique Car cette étape est irréversible hypocholestérolémiant (statines) CoA-SH Mévalonate

Synthèse du cholestérol : étapes ultérieures Farnésyl pyrophosphate Mévalonate CH3 -O - C - CH2 - C - CH2 - CH2 O OH OH = CH3 O O CH3 - C = CH - CH2 - O - P - O - P - O- O- O- isoprène O O O - P - O - P - O- Isoprènes activés Squalène CO2 + H2O H HO 3 A B C D Cholestérol (animaux) Autres stérols Stigmastérol (plantes) Ergostérol (champignons)

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation II- Les lipides membranaires I- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 5- Intégration membranaire 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

Intégration membranaire 1) lipides (~50% de la masse) 2) protéines: différents modes d'association aux membranes Les lipides membranaires Glycérophospholipides - Glycérol - 2 acides gras - tête polaire Sphingomyélines - Sphingosine - 1 acide gras - tête polaire Phospholipides Tri-Alcool Amino- Alcool Glycolipides - Sphingosine - 1 acide gras - tête glucidique Cholestérol Déterminants : organisation des lipides amphiphiles dans les milieux aqueux

+ - Les lipides des membranes cellulaires La composition des membranes en lipides différent suivant l'espèce, le type de membranes, le type cellulaire etc.... membrane plasmique membrane mitochondriale PC 19 39 PE 18 27 PI 1 7 PS 8 8.5 Sph 17 0 glycolipides 10 0 cholestérol 27 + - phosphatidylcholines, - sphingomyélines, - phosphatidyléthanolamines, - phosphatidylsérines, -phosphatidylinositols Abon- dance -

Organisation des acides gras et glycérophospholipides dans un milieu aqueux Partie hydrophobe Partie hydrophile CH3 - (CH2) n-2 - COOH Molécule amphiphile H2O concentration concentration micellaire critique (CMC)

Organisation des acides gras et glycérophospholipides dans un milieu aqueux Concentration micellaire critique des acides gras saturés pt fusion (°C) C.M.C. (µM) C4 butyrique -8 20 C6 caproïque -3 C8 +17 C10 +31 C12 laurique +44 C14 myristique +54 C16 palmitique +63 2 C18 stéarique +70 0,5 C20 arachidique +75 C22 +80 C24 lignocérique +84

Organisation des acides gras et glycérophospholipides dans un milieu aqueux Phospholipides H2O H2O hydrophile-polaire H2O hydrophobe apolaire + H2O hydrophile-polaire H2O H2O H2O bicouche liposome = modèles de membranes lipide amphiphile

Les lipides des membranes cellulaires : maintien d'une asymétrie membranaire flip- flop lent, flipase Feuillet externe interne 40 % 50 10 20 30 Phospholipides totaux Sphingo- myéline lécithine (PC) phosphatidyl éthanolamine (PE) sérine (PS) inositol (PI) Ca2+ (fusion de membranes, vésicules)

Organisation des glycérophospholipides dans un milieu aqueux Liposomes = Modèles de membrane biologique Notion de fluidité dans une bicouche de phospholipides choline Plusieurs composantes - diffusion latérale - vitesse de mouvement des chaînes acyl dans un cône - amplitude du cône (im- portance des insaturations) P glycérol Feuillet externe Diffusion latérale très rapide Feuillet interne

Liaison cis « désordre local » Fluidité membranaire, cholestérol, acides gras polyinsaturés choline choline P P glycérol glycérol Liaison cis « désordre local » Fortes interactions hydrophobes entre les deux chaînes saturées

Interactions cholestérol-glycérophospholipides grande quantité dans la membrane plasmique : 30% des lipides tete polaire Choline partie hydrophile HO interface glycérol structure cyclique rigide partie hydrophobe "in vitro" dans les liposomes - Rigidifie les bicouches de phospholipides en phase fluide (acides gras saturés et insaturés, têtes polaires PE et PC) - Fluidifie DPPC (acide gras palmitique, tete PC)

P Fluidité membranaire, cholestérol, acides gras polyinsaturés choline glycérol Le cholestérol limite « l’amplitude de mouvement » de la chaîne acylée (interactions hydrophobes)

Interactions cholestérol-sphingomyélines Interactions avec les phospholipides : interactions hydrophobes structure cyclique rigide partie hydrophobe interface partie hydrophile Choline sphingomyéline HO Le cholestérol présente une affinité pour les sphingomyélines en raison de la présence d’un acide gras saturé et de la partie hydrophobe de la sphingosine

Interaction lipides-protéines dans les membranes cellulaires Les protéines transmembranaires (intrinséques) domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices a exemple : bactériorhodopsine, récepteurs à 7 segments transmembranaires HO- HO- HO-

association non covalente Interaction lipides-protéines dans les membranes cellulaires Les protéines extrinséques - lys + associations non covalentes aux phospholipides association non covalente aux protéines

Interaction lipides-protéines dans les membranes cellulaires Les protéines extrinséques association covalente à des lipides : acides gras 14 H -N - CH2 - C - O 1 Protéine C O myristoyl Glycine N-terminale 16 NH - O - CH2 - CH CO 1 Protéine C O palmitoyl Ser ou Thr interne (réversible) 16 NH - S - CH2 - CH CO 1 Protéine C O palmitoyl Cys interne CH3 CH2 NH - S - CH2 - CH - NH - C O OCH3 Protéine mem- brane farnésyl Cys (méthyl ester) C-terminale

Famille de protéine Feuillet externe membrane Interaction lipides-protéines dans les membranes cellulaires Les protéines extrinséques association covalente à des lipides : ancre glypié H2N Famille de protéine Exemple : protéine du prion Protéine CO Mannoses Glucosamine Ethanolamine Inositol PLD P PLC Feuillet externe membrane

Modèle de la mosaïque fluide Intégration des lipides et protéines dans les membranes cellulaires Modèle de la mosaïque fluide "mer de lipides dans laquelle nagent des protéines" Glycosphingo- lipides Cholestérol sphingo- myéline Glycérophos- pholipides HO- HO- HO- HO- Protéines Amendement au modèle : microdomaines exemple : cavéoles (protéine=cavéoline)

L Mer lipidique Mer lipidique Amendement au modèle de la mosaïque fluide : Les « radeaux » lipidiques Domaines riches en : Cholestérol Sphingolipides Protéines de signalisation cavéoline Extracellulaire Protéine à Ancre GPI L HO- HO- HO- Mer lipidique Mer lipidique HO- HO- cavéoline Protéine à Ancre farnésyl (signalisation) Intracellulaire

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation II- Les lipides membranaires I- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 5- Intégration membranaire 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

Les phospholipides des membranes sont sources de médiateurs Médiateurs: molécules conduisant un signal de la membrane à l’intérieur ou à l’extérieur de la cellule Signal Actions extra- cellulaires Production Médiateurs Récepteur Actions intracellulaire Noyau Les médiateurs issus des glycérophospholipides Les dérivés des acides gras Les médiateurs issus des sphingomyélines Les hormones dérivées du cholestérol

= Les médiateurs issus des glycérophospholipides PLA1 PLA2 PLD PLC Action des différents types de phospholipases H H - C - O - C - R1 R2 - C - O - C - H H - C - O - P - O - = O- O Tête polaire Choline, éthanolamine, sérine, inositol Les médiateurs issus des glycérophospholipides PLA2 PLA1 PLD Libération de médiateurs PLC

Les médiateurs issus des glycérophospholipides H-C-O-C- R1 O R2-C-O-CH O O H-C-O -- P-O — = HO OH P Produits formés par les phospholipases Les médiateurs issus des glycérophospholipides Acide phosphatidique PLD PLA2 Lyso- Phospho- lipide R2-COOH acide arachidonique PLA1 Prostaglandines leucotriènes Diglycéride PLC Inositol 1,4,5 triphosphate

Des phospholipases D reconnaissent spécifiquement les cholines Les médiateurs issus des glycérophospholipides Exemple de l’action des phospholipases D et A2 sur les phosphatidylcholines saturé Phosphatidylcholine CH2 - O - C O O - CH CH2O- P - O- 1 = insaturé = C - O 2 O = CH3 O - CH2 - CH2 - N+ - CH3 - - 3 Choline saturé Acide phosphatidique CH2 - O - C O O - CH CH2O- P – O- O- 1 = insaturé Des phospholipases D reconnaissent spécifiquement les cholines = C - O 2 O = 3

Phospholipases A2 (certaines reconnaissent la nature de l’acide gras) Les médiateurs issus des glycérophospholipides Exemple de l’action des phospholipases D et A2 sur les phosphatidylcholines saturé Acide phosphatidique CH2 - O - C O O - CH CH2O- P – O- O- 1 = insaturé = C - O O 2 = 3 Phospholipases A2 (certaines reconnaissent la nature de l’acide gras) insaturé = C–O- O saturé CH2 - O - C O HO - CH CH2O- P – O- O- 1 = Acide Lysophos- phatidique (LPA) 2 O = 3

Les médiateurs issus des glycérophospholipides Exemple de l’acide lysophosphatidique Phospholipase D Phospholipase A2 CH2 - O - C O HO - CH CH2O- P – O- O- = 1 2 3 Acide Lysophos- phatidique (LPA) Cellule productrice Récepteur membranaire R Effets multiples suivant le type cellulaire Prolifération cellulaire, activateur des plaquettes, contraction des muscles lisses……. Cellule réceptrice (proche)

Exemple des dérivés de l’acide arachidonique Les médiateurs issus des glycérophospholipides Exemple des dérivés de l’acide arachidonique Phospholipides membranaires Phospholipases A2 acide arachidonique C20 :4 (D 5, D8, D11, D14) 8 5 COOH 20 11 Certaines phospholipases A2 reconnaissent spécifiquement l’acide arachidonique Hydrolyse de la liaison ester en position 2 du glycérol (ne nécessite pas d’énergie)

Exemple des dérivés de l’acide arachidonique Les médiateurs issus des glycérophospholipides Exemple des dérivés de l’acide arachidonique acide arachidonique C20 :4 (D 5, D8, D11, D14) 8 5 COOH 20 11 lipoxygénases 14 cyclooxygénases OH 5 5 COOH COOH O 8 Prostaglan- dine H2 14 11 20 20 11 O 12 8 15 OH PG synthase O leucotriène B4 COOH prostaglandine E2 OH OH Conversion de l’acide arachidonique libéré de la membrane à l’intérieur de la cellule Il existe de nombreuses prostaglandines et de nombreux leucotriènes

Prostaglandines et leucotriènes : rôles Tissu A Prostaglandines, leucotriènes.... médiateurs très actifs - dégradés très rapidement - rôle local Rôles physiologiques - contraction des muscles lisses( intestin, utérus, vaisseaux,) - agrégation plaquettaire - régulation du métabolisme Rôles physiopathologiques - inflammation, fièvre (l’aspirine inhibe les cyclooxygénases) Médiateurs R R R R R R Tissu B Effet(s) physiologique(s)

Les médiateurs dérivés des sphingomyélines HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH- 1 CH2O sphingosine O -P-O-CH2-CH2-N+-(CH3)3 O- acide gras saturé C = Phosphocholine HO-P-O-CH2-CH2-N+-(CH3)3 1 CH2OH Sphingomyélinases (cf phospholipases C) acide gras saturé O HO-C = HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH2 1 CH2OH sphingosine Céramidases Il existe plusieurs sphingomyélinases et céramidases (protéines et gènes)

Les médiateurs dérivés des sphingomyélines Céramides et sphingosines sont transformés en médiateurs par phosphorylation HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH- 1 CH2OH sphingosine O C = 1 CH2O -P-O- O- Céramide kinase HO 3 CH-CH=CH-(CH2)12-CH3 2 CH-NH2 1 CH2OH sphingosine Céramidases O -P-O- O- = 1 CH2O Sphingosine kinase

Cellule réceptrice (proche) Cellule réceptrice (proche) Les médiateurs dérivés des sphingomyélines Actions physiologiques des dérivés des céramides et sphingosines Cellule productrice Sphingosine-1P Céramide Céramide-1P Récepteur membranaire R Cellule réceptrice (proche) Arrêt croissance Apoptose Récepteur membranaire R Cellule réceptrice (proche) Survie Prolifération

Le cholestérol : précurseur des hormones stéroïdiennes OH CH3 Sécrété(e) par Action Testostérone testicules maturation spermatozoïdes etc... CH3 CH2OH C = O O CH3 OH HO cortico- surrénales métabolisme glucidique Cortisol CH3 CH2OH C = O O O H C HO cortico- surrénales Aldostérone excrétion sels CH3 OH O CH3 cycle ovarien etc.. ovaires, placenta Estradiol HO

Le cholestérol : précurseur des hormones stéroïdiennes Raccourcissement de la chaîne ramifiée Prégnénolone Aromatases = Déplacement ou création de doubles liaisons Hydroxylases= Ajout de OH Activités spécifiques selon les glandes Autres hormones stéroïdiennes

Le cholestérol : précurseur des hormones stéroïdiennes 22 H HO 3 A B C D 17 20 21 4 5 11 Cholestérol H 2NADPH + 2H+ Oxydase cytochrome p450 adrenoxine (Fe-S) adrenoxin reductase (flavoprotéine) 2O2 H HO 3 A B C D OH 2H2O 2NADP+ 20,22-dihydroxy- Cholestérol

Le cholestérol : précurseur des hormones stéroïdiennes 3 A B C D OH 20,22-dihydroxy- Cholestérol NADPH + H+ + O2 Desmolase H HO 3 A B C D O NADP+ + H2O O C H Isocaproaldéhyde Pregnénolone

Le cholestérol : précurseur des hormones stéroïdiennes 3 A B C D 17 20 21 4 5 11 18 Pregnénolone HO Cortisol 17-hydroxylase 17- hydroxy Pregnénolone 17- hydroxy Progestérone D4,5 isomérase 21-hydroxylase 11-hydroxylase (surrénales) Progestérone D4,5 isomérase (ovaires+ autres) Testostérone Oestradiol 17-hydroxylase D1,2 aromatase (testicules) (ovaires) Corticostérone Aldostérone 21-hydroxylase 11-hydroxylase 18-hydroxylase 18-hydroxy- déshydrogènase (surrénales)

Dégradation et renouvellement des lipides membranaires Les lipides membranaires sont catabolisés et renouvelés: exemple des glycérophospholipides AG glycérol AG Phospholipases A2 Choline P AG CoASH + ATP AG -O-C O = AMP Acyl-CoA synthétases glycérol HO AG CoAS~ Acyl-CoA transférases Choline P

Dégradation et renouvellement des lipides membranaires Les Phospholipases A2 sont impliquées dans l’élimination des acides gras peroxydés Acides gras insaturés Stress oxydant O2 et dérivés Acides gras peroxydés Phospholipases A2 Elimination Remplacement

Les produits d’oxydation des acides gras poly-insaturés acide arachidonique C20 :4 (D 5, D8, D11, D14) 11 14 8 20 COOH 1 9 6 5 - O2 20 COOH 1 9 6 OO. 20 COOH 1 9 6 O O2 - 20 COOH 1 9 6 O OO. O OH 4-hydroxy-2-nonenal (HNE)

Dégradation et renouvellement des lipides membranaires Les Phospholipases A2 sont impliquées dans l’élimination des acides gras peroxydés acide arachidonique C20 :4 (D 5, D8, D11, D14) 11 14 8 20 COOH 1 9 6 5 O2 - Modifications des propriétés des membranes Acide arachidonique peroxydé Elimination nécessaire (phospholipases A2) 4-hydroxy-2-nonenal (HNE) Modifications protéines et ADN Mort cellulaire

Dégradation et renouvellement des lipides membranaires Les sphingomyélines et céramides sont catabolisés et renouvelés Sphingomélinases: Plusieurs formes - Acides (lysosomes) - Neutres (cytosol et membranes) Céramidases: Egalement plusieurs formes Défaut génétique en sphingomyélinases acides et céramidases Accumulation sphingomyélines ou céramides Maladies de surcharge

sphingomyélinases acides Dégradation et médiateurs dérivés des sphingomyélines Pathologies : accumulation de la sphingomyélines et des céramides Accumulation de sphingomyéline maladie de Niemann-Pick - maladie lysosomale - hypertrophie du foie et de la rate - arriération mentale - mort précoce mise en évidence sphingomyélinases acides maladie de Farber Accumulation de céramides - maladie lysosomale - raucité de la voie - dermatite - déformation squelettique - arriération mentale - mort précoce mise en évidence céramidases

Les lipides : plan du cours I- Introduction: Lipides, définition, rôles et localisation II- Les lipides membranaires I- Les lipides de réserve 1- Les glycérophospholipides 1- Les triglycérides et acides gras 2- La sphingomyéline 2- L'entrée des triglycérides dans l'organisme 3- Les glycolipides 3- Les lipoprotéines et les transports de lipides 4- le cholestérol 5- Intégration membranaire 4- Production d’énergie à partir des triglycérides 6- Renouvellement des lipides membranaires et synthèse de médiateurs lipidiques

Les triglycérides : esters de glycérol Les lipides de réserve Les triglycérides : esters de glycérol Structure des triglycérides (triacylglycérols) Liaison ester 1 CH2O O 2C H 3 CH2O C O C O C O configuration L lipides neutres = très apolaires, très hydrophobes Les acides gras sont stockés dans les triglycérides (+++) ou les phospholipides et glycolipides membranaires Peu à l'état libre : - membrane 2-3 % - protéines de transports (albumine, FABP)

les triglycérides : comparaison avec les glycérophospholipides et les sphingolipides glycérol glycérol Sphingosine Sphingosine Acide Gras AG Acide Gras AG AG AG Acide Gras P alcool P choline glycéro phospholipides sphingo phospholipides sphingo glycolipides triglycérides Phospholipides sphingolipides lipides de réserve constituants des membranes

Apports alimentaires de triglycérides Végétaux- Animaux Les triglycérides : des lipides de réserve - adipocytes des vertébrés chez l'homme, réserve énergétique = quelques mois - graines des plantes Apports alimentaires de triglycérides Végétaux- Animaux état % Saturés %Insaturés à 25°C C4-C12 C14 C16 C18 C16+C18 Huile d'olive liquide <2 <2 13 3 80 Beurre solide 11 10 26 11 40 Graisse de boeuf solide (++) <2 <2 29 21 46

Les triglycérides : des lipides de réserve Point de fusion des acides gras saturés pt fusion (°C) C4 butyrique -8 C6 caproïque -3 C8 +17 C10 +31 C12 laurique +44 C14 myristique +54 C16 palmitique +63 C18 stéarique +70 C20 arachidique +75 C22 +80 C24 lignocérique +84

Capture et dégradation Les triglycérides : des lipides de réserve Schéma d’utilisation des triglycérides dans l’organisme Adipocytes Acides gras en réserve dans les triglycérides sang Libération et transport Capture et dégradation Energie Apports alimentaires

Trois liaisons riches en énergie Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie L’ATP: le carburant de la cellule -O - P - O - P - O- P - O - CH2 N NH2 OH O O- 1' 2' 3' 4' 5' Phosphate Base (Adénine)    O ATP -30,5 kJ/mol (-7,3 kcal/mol) Sucre (Ribose) Trois liaisons riches en énergie ADP + Pi -30,5 kJ/mol (-7,3 kcal/mol) AMP + Pi -14,2 kJ/mol (-3,4 kcal/mol) Adénine ribose + Pi

Diglycérides Monoglycérides Glycérol Schéma général de synthèse cellulaire de l’énergie dans l’organisme Mito- chondrie Cytosol Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie glucose Glycogène (n+1) Glycogène (n) glycolyse pyruvate Diglycérides Monoglycérides Glycérol Triglycérides Acides gras b-oxydation Cycle de Krebs Acétyl CoA NADH+H+ Pyruvate ATP synthase Chaîne respiratoire FADH2 NADH+H+ ATP

Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie Acides gras activé Activation ATP Acides gras activé Cytosol b-oxydation Mito- chondrie Acétyl CoA Cycle de Krebs Chaîne respiratoire ATP

Activation des acides gras Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie Activation des acides gras Acide palmitique C16:0 CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - COO- + ATP acyl-CoA synthase CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - C - O  AMP + PPi O = CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - C  S - CoA O = AMP 2 Pi HS- CoA acyl-CoA synthase DG'o = -32,5 kJ/mole HS - CoA Carnitine CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - C  Carnitine O = CH3 H3C-N+-CH2-CH-CH2-COO- CH3 OH acyltransférase I

Transport cytosol mitochondrie des acides gras Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie Transport cytosol mitochondrie des acides gras Carnitine CH3 H3C-N+-CH2-CH-CH2-COO- CH3 OH HS - CoA Liaison ester entre l’acyl et l’hydroxyl de la carnitine CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - C - O  Carnitine O = Carnitine acyltrans- férase I Carnitine acyltrans- férase II HS - CoA CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 - CH2 - C  S - CoA O = MItochondrie Cytosol b-oxydation

b-oxydation mitochondriale Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie Oxalo- Acétate Succinate Fumarate malate NAD+ NADH + H+ H2O Cycle de Krebs FAD FADH2 FAD FADH2 Acyl CoA déshydrogénase Acyl CoA (palmitoyl CoA) trans D2 Enoyl CoA b a CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH2 CH2 - C - S - CoA O = CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH CH - C - S - CoA H2O Enoyl CoA hydratase (crotonase) L-b-hydroxyacyl CoA b a CH3 - (CH2)11 - CH2 - CH CH2 - C  S - CoA OH O = NAD+ NADH + H+ b-ceto-acyl CoA L-3-Hydroxyacyl déshydrogénase b a CH3 - (CH2)11 - CH2 - C CH2 - C  S - CoA O O =

Acyl-CoA raccourci de 2 carbones (C14) Les acides gras des triglycérides : une source d’énergie b-oxydation mitochondriale: dernière étape b a CH3 - (CH2)11 - CH2 - C CH2 - C  S - CoA O O = b-ceto-acyl CoA b-cétothiolase (thiolase) b a CH3 - (CH2)11 - CH2 - C  S - CoA + CH3 - C - S - CoA O O = = Acyl-CoA raccourci de 2 carbones (C14) Deuxième cycle de b-oxydation Acétyl-CoA Cycle de Krebs

Rendement énergétique de la b-oxydation mitochondriale Acide palmitique 2 ATP (ATP AMP +PPi) Activation Chaîne respiratoire 7x3 ATP Palmitoyl-CoA 8 Acétyl-CoA 7 b-oxydation 7 NADH+H+ 7 FADH2 7x2 ATP 8x3 NADH+H+ 8 FADH2 8 GTP 8 x cycle de Krebs 24x3 ATP 8x2 ATP 8 ATP Rendement = 21+14+72+16+8-2 = 129 ATP (1 glucose = 38 ATP)

Les triglycérides : une source d’énergie Devenir du glycérol Glycérol kinase glycéraldéhyde- 3-phosphate C OH H CH2-O- O P Triose phosphate isomérase C O CH2-O- CH2OH P Dihydroxy- acétone- phosphate NAD+ NADH+H+ Glycérol-3P déshydrogénase C OH H CH2OH P C OH H CH2-O- CH2OH ATP ADP L-glycérol 3-phosphate glycérol -1 ATP +3 ATP 2ème phase glycolyse pyruvate AcétylCoA NAD+ NADH+H+ pyruvate déshydrogénase +5 ATP Rendement glycérol 22 ATP +3 ATP { 12ATP Cycle de Krebs 3 NADH+H+ 1 FADH2 1GTP Tripalmitoylglycérol 3x129+22 = 409 ATP

Comment les acides gras parviennent-ils aux tissus? Triglycérides alimentaires -graines (huiles) - viande (graisses) lipase pancréatique Intestin Transport chylomicrons Lipase régulée par les hormones Autres tissus production d'énergie foie resynthèse adipocytes stockage Autres tissus production d'énergie Transport lipoprotéines

Nécessité d'un agent émulsifiant : les sels biliaires La digestion des triglycérides par la lipase pancréatique Nécessité d'un agent émulsifiant : les sels biliaires lipase pancréatique = estérase CH2OH COO C H a CH2O-OC COO- C H b monoglycéride (et diglycérides) COOH COOH acides gras TG sels biliaires Emulsion surface d'attaque activité de la lipase

Structure des sels biliaires Les acides biliaires sont des dérivés du cholestérol HO OH COOH CH3 3 7 12 a acide cholique H acide chénodé- soxycholique Synthèse des acides primaires dans le foie cholestérol 12 18 b 3 5 HO 7 H HO OH COOH CH3 3 12 a acide désoxycholique (acide secondaire) acide lithocholique Acides secondaires: conversion des acides primaires par les bactéries intestinales (7 et 12 a-déhydroxylation) 6

= Structure et synthèse des sels biliaires Propionyl-CoA cholestérol 3 5 6 7 12 18 b cholestérol HO 3 5 6 7 12 18 b OH 7a-hydroxy cholestérol 7a-hydroxylase NADPH+H+ O2 NADP+ NADPH+H+ +2CoASH + O2 cholyl-CoA HO OH C-S-CoA O CH3 3 7 12 a = OH H HO C-S-CoA O CH3 3 7 a chénodé- soxyl-CoA = CH3-CH2-C-S-CoA O = Propionyl-CoA

(ou chénodésoxycholique) Les acides biliaires sont conjugués et forment des sels Na+ partie hydrophobe extrémité hydrophile Structure globale d'un sel biliaire H HO OH COO- CH3 3 7 12 a acide cholique (ou chénodésoxycholique) H C - N - CH2 - COO- Na+ O +H3N - CH2 - COO- glycine glycoconjugué +H3N - CH2 - CH2 - SO3- Taurine C - N - CH2 - CH2 - SO3- Na+ tauroconjugué (3 1)

Cycle entéro-hépatique des sels biliaires estomac Foie Vésicule biliaire production 3-5 g/jour duodénum illéum proximal réabsorp- tion 98% illéum distal élimination 500 mg/jour

Absorption intestinale des lipides, Synthèse des chylomicrons Triglycérides Diglycérides Monoglycérides Acides gras Lipases pancréatiques Sels biliaires Triglycérides Apolipo- protéines Chylomicrons = lipoprotéines Phospholipides Acides gras Lysophospholipides Phospholipases pncréatiques Cholestérol Phospholipides Cholestérol Acides gras Bordure en brosse

Structure générale d'une lipoprotéine Le transport des acides gras (triglycérides, esters de cholestérol) dans les lipoprotéines Structure générale d'une lipoprotéine OH OH HO- OH OH TAG HO- OH Matrice : triglycérides cholestérol estérifié monocouche de surface : phospholipides cholestérol libres apolipoprotéines Acides gras Acides gras Acides gras

Formation d'esters de cholestérol: deux voies Vaisseaux sanguins : Lécithine cholestérol Acyl-tranférase (LCAT) Transfert d’un acide gras à partir d’une phosphatidylcholine Foie : acyl-CoA-cholesterol acyl transférase (ACAT) Transfert d’un acyl-CoA H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 19 23 16 17 24 25 26 27 21 20 22 A B C D C-O O =

Il existe plusieurs classes de lipoprotéines Les lipoprotéines Il existe plusieurs classes de lipoprotéines A l'origine, classification selon la densité = proportions respectives de triglycérides et protéines COMPOSITION (% masse) Lipoprotéine Densité protéines cholestérol cholestérol phospho- triglycérides (g/ml) libre estérifié lipides Chylomicrons <1,006 2 1 2 9 85 VLDL 0,95-1,006 10 7 12 18 50 LDL 1,006-1,063 23 8 37 20 10 HDL 1,063-1,210 55 2 15 24 4 Formes de transport des triglycérides et du cholestérol dosages sanguins dosage dans les lipoprotéines

Les lipoprotéines : transport des triglycérides et du cholestérol Intestin Foie Tissus périphériques Chylo- microns remnants Chylomicrons Transport triglycérides HDL Circulation sanguine Circuit triglycérides Circuit du cholestérol "Bon cholestérol" Adipocytes VLDL Trigly- cérides Tissus périphériques LDL "mauvais" cholestérol Cholestérol : Rôle important en pathologie Athérosclérose: accumulation parois artérielles

Lipides : conclusions Classe hétérogène de molécules hydrophobes ou amphiphiles structure : acides gras, chaînes poly isopréniques propriétés physicochimiques : fluidité, amphiphilie - lipides de réserve : TG - lipides de structure : PL, glycolipides, cholestérol - précurseurs de molécules actives : hydrolyse des PL, oxydation des acides gras (hormones stéroïdes) vitamines liposolubles rôles : divers