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LIPIDES

Le terme de lipides recouvre un ensemble de composés naturels qui ont la propriété d’être insolubles dans l’eau, en raison de la présence, dans leurs molécules, de longues chaînes hydrocarbonées d’acides gras ou de dérivés. À l’inverse, ils sont solubles dans la plupart des solvants organiques. Dans les lipides naturels, les acides gras sont rarement présents à l’état libre. Le plus souvent, ils sont combinés sous forme soit d’esters, avec des alcools non aminés (huiles ou graisses alimentaires, par exemple), soit d’amides, avec des alcools aminés (lipides du cerveau, par exemple). Leur classification est fonction de la nature de l’alcool. Parmi les lipides, on classe, en outre, des composés qui se rapprochent des précédents par leur caractère hydrophobe et qui se retrouvent, de ce fait, dans l’extrait, «fraction lipidique totale», obtenu en traitant, par exemple, des tissus animaux ou végétaux par des solvants organiques. Il s’agit de stérols, d’alcools gras, des éicosanoïdes, etc.

Les lipides sont des constituants des membranes cellulaires; ils représentent la principale source d’énergie pour les cellules et participent, par leur métabolisme, aux fonctions biologiques de celles-ci.

Étude descriptive

On distingue couramment les lipides simples – composés uniquement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène – et les lipides complexes , qui renferment en outre: de l’azote, du phosphore ou du soufre dans leurs molécules (tabl. 1).

Lipides simples

Acides gras . Un acide gras est constitué par une chaîne aliphatique hydrocarbonée présentant un groupement carboxyle (COOH) à l’une de ses extrémités (carbone n^o 1 de la chaîne) et un groupement méthyle (CH³) à l’autre (dernier carbone, désigné par n ou 諸). Entre ces deux extrémités, la chaîne est constituée par une suite d’atomes de carbone, chacun d’entre eux étant relié au précédent et au suivant par deux de ses quatre valences, les deux autres valences étant chacune saturée par un atome d’hydrogène: acide gras saturé.

Dans un acide gras mono-insaturé, deux atomes de carbone adjacents ont chacun une valence libre (non saturée par un atome d’hydrogène) qu’ils mettent en commun; ainsi, ces deux atomes sont réunis par une double liaison (C = C). Un acide gras poly-insaturé présente deux doubles liaisons ou plus. Dans la quasi-totalité des acides gras poly-insaturés naturels, chaque double liaison est séparée de sa voisine par un groupement méthylène CH² (soit: 漣 CH = CH 漣 CH² 漣 CH = CH 漣).

Selon le nombre total d’atomes de carbone (tabl. 1), on distingue les acides gras à chaînes courtes, de C4 à C6 (lipides du lait), à chaînes moyennes, de C8 à C12 (graisses du lait, de coprah ou de palmiste), à chaînes longues, de C14 à C18 (constituants majoritaires des huiles végétales et graisses animales alimentaires), enfin à chaînes très longues, C20 et plus (tissus nerveux, huiles de poisson...). Les deux premières catégories de chaînes sont saturées, les deux dernières pouvant être saturées, mono- ou poly-insaturées. La majorité des acides gras naturels sont à nombre pair d’atomes de carbone et à chaîne hydrocarbonée droite; il en existe cependant à nombre impair d’atomes de carbone et à chaîne ramifiée (lipides des ruminants, par exemple).

La formule des acides gras est couramment simplifiée sous la forme x : y , n 漣 z (ou encore x : y , 諸z ), où x est le nombre d’atomes de carbone et y le nombre de doubles liaisons présents dans la chaîne droite; z est la position de la première double liaison numérotée à partir du carbone n (ou 諸) de la chaîne. Ainsi, la formule de l’acide:

s’écrit: 18: 2, n 漣 6 ou 18: 2, 諸6.

Glycérides ou acylglycérols . Ce sont des esters (= acyl) d’acides gras et du glycérol. Ce dernier étant un trialcool, on distingue, selon le nombre de fonctions alcools estérifiées, des mono-, di- ou triglycérides (tabl. 2). Fréquemment, chez les végétaux et animaux, au moins deux des trois acides gras présents dans la molécule d’un triglycéride diffèrent par la longueur et/ou l’insaturation de leurs chaînes (R, R , R ); les acides gras saturés étant préférentiellement estérifiés aux fonctions alcools correspondant aux carbones 1 et 3 du glycérol et les acides gras insaturés à la fonction alcool correspondant au carbone 2 du glycérol.

Alkyl et alkényl-glycérides . Ils correspondent à des triglycérides dans lesquels l’une des trois fonctions esters a été remplacée par une fonction éther (alkyl-glycérides) ou vinyl-éther (alkényl-glycérides). Ces composés sont des constituants lipidiques mineurs de certains tissus animaux et huiles d’animaux marins.

Glycosylglycérides ou glycosyldiacylglycérols . Il s’agit de 1,2-diglycérides (1,2-diacyl sn -glycérol) dont la fonction alcool portée par le carbone 3 du glycérol est liée à un ou à plusieurs oses. Ce sont des lipides des végétaux et des micro-organismes.

Dérivés acyl d’alcools autres que le glycérol . Ce sont des esters d’acides gras à longues ou très longues chaînes et soit d’alcools aliphatiques saturés ou non à plus de vingt atomes de carbone (cérides), soit d’alcools cycliques appelés stérols (stérides). Les cérides sont des constituants des cires animales (abeilles, laine des mammifères...), végétales (carnauba, jojoba...) ou de bacilles. Parmi les stérides, on peut citer les esters de cholestérol du plasma sanguin. Les stérols existent également à l’état non estérifié chez les animaux (cholestérol; lanostérol de la laine de mouton), végétaux ( 廓-sitostérol) ou champignons (ergostérol).

Éicosanoïdes . Ainsi nommés, car dérivant d’acides gras poly-insaturés à vingt atomes de carbone, ces composés comprennent les prostaglandines, thromboxanes et leucotriènes. Ce sont des molécules qui contrôlent diverses voies métaboliques et fonctions physiologiques chez les animaux.

Lipides complexes

Glycérophospholipides . Le plus simple d’entre eux (tabl. 1) est l’acide phosphatidique correspondant à une molécule de sn -glycérol-3-phosphate (anciennement acide L- 見-glycéro-phosphorique) où les fonctions alcools correspondant aux carbones 1 et 2 du glycérol sont estérifiées par des acides gras saturés (préférentiellement en 1) ou insaturés (préférentiellement en 2). L’une des fonctions acides, qui sont demeurées libres dans le groupement phosphate, peut être estérifiée soit par un amino-alcool (sérine, éthanolamine ou choline conduisant à des phosphatidylsérine, phosphatidyléthanolamine ou phosphatidylcholine), soit par un inositol, un inositol monophosphate ou diphosphate, avec formation, respectivement, de phosphatidylinositol, phosphatidylinositol monophosphate ou diphosphate.

Plasmalogènes . Ils correspondent à des phosphatidyléthanolamines (ou -cholines) dans lesquels l’une des deux chaînes acyles est remplacée par une chaîne alkyle ou alkényle saturée ou insaturée.

Cardiolipides , ou diphosphatidylglycérols . Ils sont composés de deux molécules d’acide phosphatidique reliées au niveau de leurs groupements phosphates par une molécule de glycérol.

Sphingolipides . Tous ces composés présentent dans leur structure une molécule de céramide (fig. 1) résultant de l’association par liaison amide (face=F0019 漣CO 漣NH 漣) d’une molécule d’acide gras (R 漣COOH) et d’une molécule de sphingosine. Selon le sphingolipide, la sphingosine du céramide est liée par sa fonction alcool primaire (face=F0019 漣CH²OH):

– soit à une molécule d’acide phosphorique, elle-même unie à une molécule de choline (sphingomyélines de la myéline, ou encore des membranes des cellules animales);

– soit à une molécule d’hexose (glucose ou galactose), celle-ci pouvant être liée à une molécule d’hexosamine (galactosamine), à une ou plusieurs molécules d’hexoses (sphingoglycolipides). Selon le nombre total de molécules d’hexoses et hexosamines, on distingue parmi les sphingoglycolipides: des céramides monohexosides (ou cérébrosides), des céramides di-, tri-, tétra-hexosides. Les cérébrosides peuvent avoir l’hydroxyle en position 3 du galactose estérifié par l’acide sulfurique (cérébrosides sulfates ou sulfatides). Les gangliosides (tissu nerveux, membranes des érythrocytes, etc.) sont des sphingoglycolipides dont la partie polyhexoside contient une ou plusieurs molécules d’acide sialique (ou acide neuraminique) en plus des hexoses et hexosamines.

Propriétés physiques et chimiques

Les lipides sont, en général, insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques tels que benzène, hexane, chloroforme, éther ou acétone. Toutefois, certains sphingolipides sont insolubles dans l’éther et les phospholipides ne sont pas solubles dans l’acétone, contrairement aux triglycérides. Ces caractéristiques de solubilité sont mises à profit pour isoler les lipides et pour les purifier à partir des tissus animaux ou végétaux. Ainsi, l’acétone permet de séparer les phospholipides, qui précipitent, des glycérides qui restent en solution.

Certains lipides, tels que les monoglycérides, les savons (ou sels de sodium d’acides gras: R 漣COONa), ou certains glycérophospholipides, sont dits amphiphiles (ou amphipathiques), car leurs molécules présentent à la fois une partie hydrophobe (chaîne hydrocarbonée de l’acide gras) et une partie hydrophile (fonctions alcools des monoglycérides; groupements ionisés C^-Na⁺ des savons, ou phosphates des phospholipides...). Du fait de cette double affinité, ces composés tendent à former des couches monomoléculaires aux interfaces (eau-air ou eau-huile) entraînant une réduction de la tension interfaciale: ils sont dits tensio-actifs.

Le point de fusion des lipides est fonction des acides gras qui les composent: il augmente avec la longueur de la chaîne hydrocarbonée et (pour une longueur donnée) diminue avec le nombre de doubles liaisons.

Métabolisme

Glycérides

Anabolisme . La biosynthèse (ou anabolisme) des triglycérides (fig. 2) commence (fig. 2, réaction 1) par l’estérification (catalysée par des transacylases) des deux fonctions hydroxyles du sn -glycérol-3-phosphate, par deux molécules d’acides gras activées sous forme d’acyl-coenzyme A (acyl 漣CoA: R 漣CO 漣CoA). L’acide phosphatidique résultant est débarrassé de son groupement phosphate, par une phosphatase en présence d’eau, pour conduire au 1,2-diglycéride (réaction 2). La fonction hydroxyle libre de ce dernier (carbone 3 du glycérol) est alors estérifiée par une molécule d’acide gras, transférée par une transacylase, à partir d’une molécule d’acyl-CoA, pour donner un triglycéride (réaction 3).

Catabolisme . La dégradation (ou catabolisme) des triglycérides procède par l’hydrolyse des fonctions esters catalysée par des lipases ou des lipoprotéines-lipases. Dans le tube digestif, les lipases préduodénales (linguale ou gastrique) et la lipase pancréatique transforment ainsi chaque triglycéride alimentaire en deux molécules d’acides gras et une molécule de 2-monoglycéride. Au niveau du jéjunum, ces acides gras et 2-monoglycéride traversent la membrane (ou bordure en brosse) des entérocytes. À l’intérieur de ces derniers, les acides gras sont transformés en acyl-CoA qui estérifient alors les 2-monoglycérides en triglycérides. Ceux-ci quittent l’entérocyte, au sein des chylomicrons, pour gagner la lymphe puis le sang. La lipoprotéine-lipase assure, dans le sang, l’hydrolyse des triglycérides des chylomicrons. Dans le tissu adipeux, une lipase, dont l’action est contrôlée notamment par des hormones (d’où son nom de lipase hormonosensible), permet l’hydrolyse des triglycérides de réserve en acides gras libres qui peuvent alors quitter l’adipocyte et gagner, via le sang, les organes d’utilisation.

Glycérophospholipides

Anabolisme . Le précurseur est également l’acide phosphatidique (fig. 2), synthétisé soit (fig. 2, réaction 1) à partir du sn -glycérol-3-phosphate (lui-même résultant du transfert, sur le glycérol, du groupement phosphate terminal de l’adénosine triphosphate – ATP – par une glycérol kinase), soit (réaction 3) par phosphorylation du 1,2-diglycéride par l’ATP sous l’action d’une diglycéride kinase. La synthèse des glycérophospholipides à partir de l’acide phosphatidique procède ensuite selon deux voies dont chaque étape est catalysée par une enzyme spécifique.

Par la voie des cytidine-diphosphate-diglycérides, le cytidine-triphosphate (CTP) transfère la partie cytidine-monophosphate (CMP) de sa molécule sur le groupement phosphate de l’acide phosphatidique pour donner le CDP-diglycéride (réaction 4). Celui-ci transfère à son tour sa partie acide phosphatidique sur une molécule soit de sn -glycérol-3-phosphate (réaction 5), soit d’inositol (réaction 6), pour donner, respectivement, d’une part le phosphatidyl glycérophosphate puis le phosphatidylglycérol, d’autre part le phosphatidylinositol. L’inositol de ce dernier peut être phosphorylé sur un (ou deux) de ses hydroxyles, en présence de une (ou deux) molécule(s) d’ATP, conduisant au phosphatidylinositol mono- (ou di-) phosphate, tandis que chaque ATP est transformé en adénosine diphosphate (ADP). La condensation du phosphatidylglycérol avec une nouvelle molécule de CDP-diglycéride (réaction 7) génère le diphosphatidylglycérol (ou cardiolipide). Uniquement chez les bactéries, la phosphatidylsérine est synthétisée par la voie CDP-diglycérides (réaction 12).

Par perte de son groupe phosphate, l’acide phosphatidique, par la voie des diglycérides, donne le 1,2-diglycéride (réaction 2) qui sert d’accepteur pour un radical de type phosphorylcholine apporté par une molécule de CDP-choline (réaction 8), ou de type phosphoryléthanolamine fourni par une molécule de CDP-éthanolamine (réaction 9). Il se forme, respectivement, la phosphatidylcholine et la phosphatidyléthanolamine. Cette dernière, par trois méthylations successives au niveau de son groupement NH², peut conduire également à la phosphatidylcholine. Chez les animaux, la phosphatidylsérine et phosphatidyléthanolamine sont interconvertibles, par échange entre sérine et éthanolamine (réaction 14), tandis que la décarboxylation de la phosphatidylsérine conduit à la phosphatidyléthanolamine (réaction 13).

Catabolisme . L’action de la phospholipase A¹ (ou A²) sur un glycérophospholipide (fig. 3) entraîne la libération de l’acide gras estérifié sur le carbone 1 (ou 2) du glycérol et la formation d’un monoacyl-glycérophospholipide, encore appelé lysophospholipide en raison de son action hémolytique. L’acide gras restant dans le lysophospholipide est à son tour libéré par une phospholipase B ou lysophospholipase (non indiquée dans la figure 3), avec production d’une molécule de glycérophosphoryl-choline (-éthanolamine, -inositol...). Les glycérophospholipides diacylés sont transformés par la phospholipase C en 1,2-diglycérides + phosphoryl-choline (-éthanolamine, -inositol...) et par la phospholipase D en acide phosphatidique + choline (ou éthanolamine, inositol...).

Sphingolipides

Anabolisme . La condensation de la sérine avec le radical palmityl du palmityl-CoA conduit à la sphingosine, qui réagit ensuite avec un acyl-CoA pour former un céramide. Ce dernier réagit soit avec une molécule de CDP-choline pour donner la sphingomyéline + le CMP, soit avec les coenzymes transporteuses uridine-diphosphate-glucose (UDP-glucose), ou UDP-galactose, UDP-galactosamine et CMP-acide sialique pour donner les céramides mono- (di-, tri- ou tétra-) hexosides ou les gangliosides, avec libération du transporteur correspondant (UDP ou CMP). La synthèse des sulfatides résulte du transfert du groupe sulfate du diphospho-adénosine-sulfate sur l’hydroxyle en 3 du galactose des cérébrosides.

Catabolisme . Les sphingomyélinases catalysent l’hydrolyse des sphingomyélines en céramide et phosphorylcholine. La dégradation hydrolytique des sphingoglycolipides fait intervenir des sialidases (ou neuraminidases), glucosidases, galactosidases et galactosaminidases qui détachent, de façon séquentielle, l’acide sialique, le glucose, le galactose, la galactosamine. Les céramides obtenus sont finalement hydrolysés, par des céramidases, en acide gras et sphingosine. Celle-ci peut ultérieurement être dégradée, après phosphorylation préalable, en acide palmitique et éthanolamine-phosphate.

Cholestérol

Anabolisme . La condensation de trois molécules d’acide acétique (fig. 4), sous forme d’acétyl-CoA, conduit au 廓-hydroxy- 廓-méthyl-glutaryl CoA. Celui-ci est réduit en acide mévalonique, grâce à l’intervention d’une enzyme (hydroxy-méthyl-glutaryl-CoA réductase: HMG-CoA réductase) et de sa coenzyme (NADPH²) qui apporte les deux H nécessaires à la réduction. Les étapes ultérieures conduisant de l’acide mévalonique au cholestérol sont indiquées dans la figure 4. La biosynthèse du cholestérol est étroitement dépendante, chez les animaux supérieurs, de l’activité de l’HMG-CoA réductase qui est fonction, notamment, de la quantité de cholestérol cellulaire.

Catabolisme . Chez les animaux supérieurs, la voie quantitativement importante du catabolisme du cholestérol est sa transformation, dans le foie, en acides biliaires dits primaires. Une partie de ceux-ci est ultérieurement convertie en acides biliaires secondaires par la flore bactérienne intestinale. Celle-ci réduit également une partie du cholestérol en dihydrocholestérol et coprostanol qui sont excrétés dans les fèces, en même temps qu’une partie du cholestérol, non modifié, et des divers acides biliaires. Le reste des acides biliaires et cholestérol présents dans le contenu intestinal est résorbé au niveau de l’iléum et rejoint le foie via le sang. La transformation du cholestérol en hormones stéroïdiennes est quantitativement peu importante.

Rôles biologiques

Les lipides ont, selon leur nature, un rôle structural, de réserve ou métabolique.

Les lipides de structure

Les lipides de structure constituent les membranes plasmiques, qui entourent les cellules, et les membranes cytoplasmiques, qui délimitent chacun des organites intracellulaires: membranes des mitochondries, du noyau, du réticulum endoplasmique, etc. Il s’agit de glycérophospholipides, de cholestérol non estérifié et de sphingolipides. L’importance relative de ces divers types de lipides et la nature des acides gras qui les constituent varient selon la membrane considérée et confèrent à celle-ci ses caractéristiques physiques propres. Les lipides membranaires contribuent étroitement aux activités dont les membranes sont le siège: transport de molécules ou d’ions à travers la membrane, fonctionnement des enzymes et des sites récepteurs (d’hormones, d’antigènes, de certaines lipoprotéines du plasma sanguin, etc.) associés aux membranes... Dans le plasma sanguin, les phospholipides composent, avec des protéines, l’enveloppe des lipoprotéines qui assurent le transport des lipides hydrophobes (triglycérides, cholestérol estérifié ou libre). Les cérides constitutifs des cires forment un revêtement de protection (végétaux, bactéries, insectes...).

Les lipides de réserve

Les lipides de réserve sont représentés par les triglycérides des tissus adipeux. Ils sont d’origine alimentaire ou bien ils sont formés par l’organisme à partir des glucides, voire de certains acides aminés. Un excès d’apport alimentaire en lipides ou en glucides ainsi que certains troubles endocriniens sont susceptibles d’entraîner un accroissement des lipides de réserve. À l’inverse, en période de jeûne ou de sous-alimentation, l’organisme mobilise ses lipides de réserve: les acides gras libérés par la lipase hormonosensible sont utilisés principalement comme source d’énergie par les tissus. La valeur énergétique de 1 gramme de lipides est d’environ 9 000 calories contre seulement 4 000 calories environ pour un gramme de glucides.

Fonctions métaboliques

Les lipides ont des fonctions métaboliques multiples et importantes. Les acides linoléique (18: 2 n -6), linolénique (18: 3 n -3) et/ou leurs dérivés poly-insaturés à 20 et 22 atomes de carbone exercent des fonctions vitales (acides gras dits essentiels) pour les cellules et l’organisme animal: multiplication et différenciation des cellules, reproduction et croissance des animaux, précurseurs de prostaglandines, thromboxanes et leucotriènes, etc. De plus, les acides linoléique et linolénique, contrairement aux acides gras polyinsaturés en C20 et C22, ne sont pas synthétisés par les animaux et doivent donc, du fait qu’ils sont essentiels, être apportés en quantités suffisantes par les constituants végétaux de l’alimentation (certaines huiles, légumes...): ces deux acides gras, à l’exclusion de tout autre, sont dits indispensables.