Chapitre 1 Biochimie structurale 3 ème partie Les lipides.

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1 Chapitre 1 Biochimie structurale 3 ème partie Les lipides

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3 Source d’énergie des cellules. Elément constitutif des membranes. Triglycérides Phospholipides Alimentation:Huiles 100% Fruits sec (noix) 70% Beurre 80% Fromages 40 - 30% Charcuterie 16% Double cheese 16% Viande 13% Saumon d’élevage 11% Cabillaud vapeur 0,9% Attention ! On ne peut pas choisir un aliment pour sa teneur en graisse, mais pour la qualité globale de sa composition: -Nature des lipides. -Teneur en protéines et glucides. -Présence de vitamines Par exemple, les huiles sont meilleures pour la santé que le beurre à cause de leur concentration élevée en acides gras insaturés. PLAN 3

4 Les acides gras sont des acides carboxyliques possédant une chaîne aliphatique (une longues chaînes carbonées). PLAN 04 Acide carboxylique = -- C – OH O Chaîne aliphatique = Enchaînement de carbones Les acides gras ne possédant que de simples liaisons sont appelés acides gras saturés. Les acides gras sont peu soluble dans l’eau.

5 PLAN 05 Les acides gras les plus communs contiennent de 14 à 24 carbones. Chez les animaux, la chaîne aliphatique n’est pas ramifiée.

6 PLAN 06 Certains acides gras possèdent une ou plusieurs liaisons multiples. Ce sont les acides gras insaturés. On verra qu’ils sont d’une grande importance pour la stabilité des membranes biologiques.

7 PLAN 07 Il existe deux conformations possibles pour les doubles liaisons. On verra qu’ils sont d’une grande importance pour la stabilité des membranes biologiques. -- CH 2 CH 2 -- C == C H H CH 2 -- C == C -- CH 2 H Cis (ensemble) Z (zusammer) Trans (opposé) E (entgegen)

8 PLAN 08 Nomenclature: -nbre de C -nbre de double liaison -Position de la double liaison (numéro du dernier C)

9 PLAN 09 Les prostaglandines sont des acides gras à 20 atomes de carbones qui contiennent un cycle à 5 carbones. Les principales classes sont désignées par PGA, PGB, PGE, PGF.

10 PLAN 10 Les prostaglandines ont été découvertes en 1935 dans le liquide séminal. A cette époque, les chercheurs étaient persuadés qu'elles étaient fabriquées dans la prostate (glande sexuelle masculine entourant le début de l'urètre, qui est le conduit amenant l'urine de la vessie à l'extérieur), ce qui explique leur nom. Or, les prostaglandines sont présentes dans de très nombreux organes. Aujourd'hui, on sait que ces molécules jouent un rôle de médiateur dans l'activité des cellules, et interviennent dans le cadre : De la circulation sanguine. (vasodilatation ou vasoconstriction, inhibition ou stimulation à l’agrégation plaquettaire) De l’immunité ( hypersensibilité immédiate (allergie) Des sécrétions gastriques. De la contraction de l'utérus. La mobilité du tube digestif. A priori, elles modulent l’action des hormones plutôt que d’agir directement.

11 PLAN 11 Il existe des prostaglandines de synthèse ayant diverses indications thérapeutiques. En gastroentérologie, en raison de leur effet protecteur sur la muqueuse gastrique (cytoprotection adaptative), les prostaglandines sont utilisées dans le traitement de l'ulcère gastroduodénal, dans la prévention et le traitement des effets indésirables des anti-inflammatoires. Elles protègent la muqueuse gastrique à faible dose et arrêtent la sécrétion d'acide chlorhydrique à forte dose. En urologie, des injections de prostaglandines dans les corps caverneux du pénis sont utilisées dans le traitement des troubles de l'érection. En gynécologie et en obstétrique, elles sont utilisées, par voie injectable ou vaginale, pour provoquer une interruption de grossesse ou pour déclencher l'accouchement. Des travaux montrent l’action au niveau moléculaire de la prostaglandine de type 2 (PGE2) dans la transmission synaptique de la voie d’intégration de la douleur. PGE2. Les résultats ont montré que PGE2 supprimait de manière spécifique la neurotransmission des inhibiteurs glycinergiques à la surface de l’épine dorsale, à des concentrations très faibles (de l’ordre du nanomolaire) via un mécanisme post- synaptique impliquant l’activation d’un récepteur ‘PG-like’ EP2 et la protéine kinase A.

12 PLAN 12 Les thromboxanes sont des acides gras dérivés des prostaglandines. Les thromboxanes sont des acides gras dérivés des prostaglandines. Ce sont des cytokines (médiateurs immunologiques) à effet vasoconstricteur. Elles engendrent une augmentation de la pression artérielle. Elles activent aussi l'agrégation des plaquettes et aident à la coagulation sanguine et à la formation du thrombus ou caillot sanguin, d'où elles tirent leur appellation. Elles sont en équilibre homéostatique dans l'appareil circulatoire avec les prostacyclines. La principale action de la prostacycline est d'empêcher l'agrégation des plaquettes. C'est aussi un vasodilatateur efficace. La prostacycline a des effets opposés au thromboxane, ce qui suggère un mécanisme homéostatique entre ces deux hormones en réponse à une lésion de l'endothélium d'un vaisseau sanguin.

13 Le glycérol est un trialcol à 3 carbones. PLAN 13 C CH 2 OH H OH

14 Le glycérol est soluble dans les solvants polaires grâce à ses groupements hydroxyles. PLAN 14 C CH 2 OH H OH Il a tendance à attirer l’eau (effet hygroscopique)

15 Le cholestérol fut découvert sous forme solide dans les calculs biliaires en 1758 par François Poulletier de La Salle. Mais ce n'est qu'en 1814 que le chimiste français Eugène Chevreul lui donna le nom de cholestérine. PLAN 15 chole- (bile) et de stereos (solide), Partie polaire Partie apolaire La fonction -OH du cholestérol peut être estérifiée par un acide gras qui rend la molécule totalement insoluble dans l'eau.

16 Le cholestérol est présent chez les eucaryotes, mais pas chez la plupart des procaryotes PLAN 16 Partie polaire Partie apolaire Le cholestérol est présent sous forme de stérides (cholestérol estérifié) dans la plupart des tissus des vertébrés, et en particulier le foie, le cerveau, et la moelle épinière. C’est un constituant essentiel des membranes biologiques (eucaryotes).

17 PLAN 17 Le métabolisme du cholestérol est également précurseur de nombreuses molécules : les hormones stéroïdiennes : cortisol, cortisone, et aldostérone les hormones stéroïdiennes sexuelles : progestérone, œstrogènes, et testostérone le cholécalciférol (vitamine D 3 ) l'hème A l'ubiquinone ou coenzyme Q 10 ; le dolichol les sels biliaires Transporteur de protéine au cours de la glycosylation Transporteur d’électrons au cours de la phosphorylation oxydative Métabolisme du Ca 2+ (tissu osseux)

18 PLAN 18 Le métabolisme du cholestérol est également précurseur de nombreuses molécules : les hormones stéroïdiennes : cortisol, cortisone, et aldostérone les hormones stéroïdiennes sexuelles : progestérone, œstrogènes, et testostérone le cholécalciférol (vitamine D 3 ) l'hème A l'ubiquinone ou coenzyme Q 10 ; le dolichol les sels biliaires Transporteur de protéine au cours de la glycosylation Transporteur d’électrons au cours de la phosphorylation oxydative Métabolisme du Ca 2+ (tissu osseux)

19 La sphingosine, également appelée sphingénine, est un aminodiol possédant une double liaison (éthylénique). Cet alcool gras possède dix-huit atomes de carbone, deux groupements hydroxyle –OH, un groupement amine –NH 2. C'est sur sa fonction amine que viennent se fixer les acides gras via une liaison amide. Les groupements hydroxyle ont leurs propres substitutions. La sphingosine est à la base de la structure des sphingolipides. PLAN 19 1 double liaison. 2 groupes alcool. 1 fonction amine. viennent se fixer les acides gras via une liaison amide 18 carbones. La sphingosine-1-phosphate est importante à travers l'ensemble du corps humain et joue de surcroît un rôle déterminant dans le système immunitaire, où elle régule la circulation des lymphocyte B et lymphocyte T, et dans le système vasculaire, où elle régule l'angiogenèse 6 ainsi que la stabilité et la perméabilité des vaisseaux sanguins 6 O - O - – P – O -

20 PLAN 20 Déshydratation entre l’alcool et la fonction carboxylique. Les triglycérides résultent de l’estérification de trois acides gras avec les trois groupes hydroxyles du glycérol. Glycérol Diglycéride Monoglycéride Triglycéride Solubilité dans l’eau décroissante

21 Les triglycérides résultent de l’estérification de trois acides gras avec les trois groupes hydroxyles du glycérol. PLAN 21 Les acide gras d’un triglycéride sont généralement différents. L’acide gras en C2 est souvent insaturé tandis que les deux autres sont saturés. Dans les triglycérides, les chaînes des acides gras peuvent comporter de 4 à 22 atomes de carbone, mais celles de 16 et 18 atomes sont les longueurs les plus courantes. Des chaînes plus courtes se rencontrent dans le beurre par exemple (acide butyrique). Les acides gras naturels comportent un nombre pair d'atomes de carbone - du fait qu'ils sont synthésisés à partir de l'acide acétique.

22 PLAN 22 Les triglycérides présentent, grâce aux acides gras, une réserve d'énergie très importante. Les triglycérides sont hydrolysés puis, les acides gras sont dégradés et fournissent de l’ATP. Chez l'homme de70 kg, il y a 7 kg de triglycérides, ce qui équivaut à 42 kg de glycogène. Cette réserve d'énergie est stockée dans les cellules adipeuses. La plupart des corps gras naturels sont constitués d'un mélange complexe de triglycérides; à cause de cela, ils fondent progressivement sur une large plage de température. Le beurre de cacao est atypique car il est constitué principalement d'un seul triglycéride (composé d'acides palmitique, oléique et stéarique dans cet ordre) et a un point de fusion assez bas (et donc le chocolat fond dans la bouche sans paraître graisseux).

23 PLAN 23 L'hypertriglycéridémie peut être due à : une anomalie héréditaire, une consommation excessive d'alcool, de graisses alimentaires ou d'aliments sucrés, la sédentarité, le diabète et les maladies rénales peuvent aussi la provoquer 1. 1 Elle est souvent associée à d'autres facteurs de risque comme l'obésité abdominale, l'hypertension, un haut taux de glucose sanguin et un taux de bon cholestérol (HDL) trop bas Le dosage se fait classiquement par une prise de sang à jeun. Sa valeur reste effectivement sensiblement augmentée jusqu'à six heures après un repas normal2 mais elle ne dépasse pas de plus de 20 % de la valeur mesurée à jeun.2 Taux (g.L -1 )Taux (mmol.L -1 )Interprétation < 1,50< 1,69 Taux normal, risque le moins élevé 1,50-1,991,70-2,25Élevé limite 2,00-4,992,25-5,63Élevé > 5,00> 5,65Très élevé, risque accru

24 Phospholipide: Diester d’acide gras avec une molécule de glycérol et groupement phosphate 2 chaînes apolaires Tête polaire et chargée Sa propriété amphiphile fait du phospholipide un élément essentiel de la composition des membranes. Phosphatidate Diglycéride 3-phosphate C1 C2 Le groupe phosphate du phosphatidate est estérifiépar le groupe hydroxyl de divers alcools (Sérine, éthanolamine, choline, glycérol et inositol). PLAN 24

25 Le groupe phosphate du phosphatidate est estérifié par le groupe hydroxyle de divers alcools (Sérine, éthanolamine, choline, glycérol et inositol). Phosphatidylcholine Phosphatidylserine Phosphatidyléthanolamine Phosphatidylinositol PLAN 25

26 Le groupe phosphate du phosphatidate est estérifié par le groupe hydroxyle de divers alcools (Sérine, éthanolamine, choline, glycérol et inositol). Phosphatidylglycérol Diphosphatidylglycérol PLAN 26

27 La sphingomyéline est le seul phospholipide membranaire qui ne soit pas dérivé du glycérol. Le squelette est la sphingosine. Un acide gras est lié par la fonction amine et l’alcool est estérifié par le phosphorylcholine Sphingosine PLAN 27

28 Les glycolipides sont des lipides qui contiennent des oses. Ils dérivent de la sphingosine. La fonction amine est acylée par un acide gras comme dans le cas de la sphingomyéline. Les oses sont liés au groupe hydroxyle primaire. Le glycolipide le plus simple est le cérébroside, dans lequel il y a un seul ose (glucose ou galactose). Des glycolipides plus complexes peuvent contenir jusqu’à 7 résidus d’oses (ganglioside). Sphingosine Cérébroside Ganglioside PLAN 28

29 PLAN 29

30 La molécule de β-carotène C 40 H 56 est une chaîne constituée de huit unités isopréniques, avec une série de onze doubles liaisons conjuguées. Elle peut absorber une lumière bleu-indigo et donc apparaître orange comme dans la carotte. α et β-carotène peuvent être stockés dans le foie, et à la différence de la vitamine A, un excès de carotène n'est pas toxique et peut également être converti en vitamine A si nécessaire. Le β-carotène est utilisé comme colorant alimentaire (E160a) Il peut être utilisé comme provitamine A en tant que complément vitaminé. C'est un antioxydant qui a un effet bénéfique dans la lutte contre les radicaux libres. Néanmoins son utilité comme complément alimentaire est débattue. Dans le domaine pharmaceutique, il est incorporé à certaines crèmes solaires en raison de ses propriétés d'agent filtrant contre le soleil et anti-cancéreuses. Pris en tant que complément alimentaire pendant une durée prolongée, il pourrait avoir un effet bénéfique sur les performances cognitives 1. 1 Un taux sanguin bas de α-carotène semble corrélé avec une mortalité augmentée, en particulier par maladies cardio-vasculaires et cancers 2. 2  -carotène PLAN 30

31 L’hydrolyse du carotène produit 2 molécules de vitamine A.  -carotène La vitamine A joue un rôle important dans la vision, notamment au chapitre de l'adaptation de l'œil à l'obscurité. Elle participe aussi à la croissance des os, à la reproduction et à la régulation du système immunitaire. Elle contribue à la santé de la peau et des muqueuses (yeux, voies respiratoires et urinaires, intestins), qui constituent notre première ligne de défense contre les bactéries et les virus. La vitamine A est essentielle à la différenciation et la croissance cellulaire, car elle participe à la transcription de certains gènes et à la synthèse de certaines protéines. Elle favorise également l’absorption du fer et semble jouer un rôle dans la régulation des réponses inflammatoires. PLAN 31

32 La molécule de β-carotène C 40 H 56 est une chaîne constituée de huit unités isopréniques, avec une série de onze doubles liaisons conjuguées. Elle peut absorber une lumière bleu-indigo et donc apparaître orange comme dans la carotte. cholestérol Vitamine D2 Ergocalciférol (origine végétale) Vitamine D3 Cholécalciférol (origine animale) La vitamine D intervient dans l'absorption du calcium et du phosphore par les intestins, ainsi que dans leur réabsorption par les reins, sous l'influence de la PTH (hormone de la para-thyroïde). Ses effets sont contrebalancés par la calcitonine. PLAN 32

33 La vitamine E est une vitamine liposoluble recouvrant un ensemble de huit molécules organiques. La forme biologiquement la plus active est l'α- tocophérol. Ces molécules sont présentes en grande quantité dans les huiles végétales. Elles agissent, parallèlement à la vitamine C et au glutathion, essentiellement comme antioxydants contre les dérivés réactifs de l'oxygène produits notamment par l'oxydation des acides gras. La carence en vitamine E occasionne des problèmes neuromusculaires tels que des myopathies (dégénérescence du tissu musculaire), des troubles de la rétine ou du système immunitaire. En plus de son rôle antioxydant, la vitamine E évite l'agrégation excessive des plaquettes responsable des thromboses, a une action protectrice sur les globules rouges et pourrait prévenir, par ce biais les maladies cardio-vasculaires. La vitamine E a également un effet bénéfique sur le taux de cholestérol. Elle pourrait aussi protéger de la maladie de Parkinson en empêchant l'oxydation des acides gras oméga-3 et du fer. Une étude de 2011 sur la maladie d'Alzheimer montre une plus faible concentration en vitamine E chez les personnes atteinte d'Alzheimer que les personnes en bonne santé. α-tocophérol PLAN 33

34 Les vitamines K forment un groupe de vitamines liposolubles requises pour les modifications post-traductionnelles de certaines protéines intervenant essentiellement dans lacoagulation sanguine mais aussi dans le métabolisme des os et d'autres tissus. L'utilisation de la lettre K vient du mot allemand désignant la coagulation (Koagulation). la vitamine K 1, uniquement synthétisée par les plantes ; Insoluble dans l'eau, elle est soluble dans les graisses et se présente (sous forme pure) sous la forme d'une huile jaune. la vitamine K 2, synthétisée par les bactéries de la flore intestinale à partir des végétaux du bol alimentaire. la vitamine K 3 est une forme synthétique de précurseur de la vitamine K active. Vitamine K1Vitamine K2 PLAN 34

35 Les vitamines K forment un groupe de vitamines liposolubles requises pour les modifications post-traductionnelles de certaines protéines intervenant essentiellement dans lacoagulation sanguine mais aussi dans le métabolisme des os et d'autres tissus. L'utilisation de la lettre K vient du mot allemand désignant la coagulation (Koagulation). la vitamine K 2 est impliquée : dans les métabolismes cardiovasculaire et osseux, dans la croissance, la prolifération et la migration des cellules, dans leur survie, dans l’apoptose, dans la phagocytose, dans l’adhésion des cellules, dans le contrôle de la réponse inflammatoire, dans la spécialisation des cellules… Vitamine K1Vitamine K2 PLAN 35