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Les lipides

 

 

Généralités

 

Chez les organismes vivants, les graisses représentent les formes de stockage de l’énergie cellulaire. La structure de base d’un lipide est représenté par des acides gras. Ce sont des hydrocarbures dont les métabolismes vont, par oxydation produire beaucoup d’énergie qui sera utilisée par les cellules. Ces lipides ayant un niveau d’oxydation extrêmement faible, ils représentent les éléments fondamentaux de la structure de base des membranes cellulaires. Les lipides se divisent en plusieurs groupes, notamment entre les lipides simples et les lipides composés. Parmi les lipides simples, on a les acides gras. Ce sont des acides carboxyliques dont la chaîne hydrocarbonée (constituée de carbone et d’hydrogène) est plus ou moins longue. Ils ont pour formule générale (R-COOH). La chaîne est plus ou moins saturée et plus ou moins ramifiée. Certains acides gras peuvent posséder des groupements hydroxyles. Certains, même, possèdent des cycles.

 

A Les lipides simples

 

I Les acides gras

 

Les acides gras saturés à chaîne droite (= non ramifiée):

 

Ce sont les plus répandus et leur formule brute est : C_nH_2nO₂ où n est un nombre paire compris entre 4 et 36, ce qui va exclure des acides gras, l’acide formique (en C1), l’acide acétique (en C2) et l’acide propionique (en C2). La nomenclature : le carbone 1 est celui qui porte le carboxyle, plus on s’en éloigne plus la valeur augmente. Il existe une autre nomenclature basée sur l’alphabet grec : dans ce cas, l’a correspond au carbone 2 et le b est le carbone 3, puis le gamma. Le carbone en bout de chaîne est l’oméga, le précédent est l’oméga-1. La chaîne carbonée a une structure en zig zag, ils possèdent un nom systémique qui permet de connaître le nombre d’atomes de carbone et un nom commun qui représente l’origine de l’acide gras suivant qu’il est végétal ou animal. Ex : l’acide butanoïque =acide butyrique (4 carbones), l’acide décanoïque (10 C) = l’acide caprique (découvert dans le câpre), l’acide hexadécanoïque (16 C) = acide palmitique (issu de l’huile de palme). En règle général, les acides gras dont la chaîne est comprise entre C4 et C10 dérive du lait, entre C12 et C24 ce sont des acides gras que l’on retrouve dans des huiles végétales ou des graisses animales et qui sont à l’origine de la production d’énergie, de C26 à C36, ce sont des cirres qui ont un rôle de structure et ces cirres n’interviennent jamais dans les métabolismes énergétiques

 

Les acides gras saturés à chaîne ramifiée.

 

La majorité sont issus de la bacille de coque, responsable de la tuberculose. Il y a l’acide tuberculostéarique (en C18) = acide 10 méthyl stéarique parce qu’il possède sur le carbone 10, un groupement méthyle. La carbone présent dans le groupement méthyle ne compte pas dans la numérotation des carbones. L’acide mycocérosique est un acide gras à 28 carbones, il porte 4 groupements méthyles. C’est un acide tétra méthyle,2,4,6,8 montanique.

 

Les acides gras insaturés :

 

Nomenclature : ils peuvent être soit monoinsaturés soit poly insaturés. Une insaturation est une double liaison. Dans la majorité des cas, l’insaturation est éthylénique, c’est-à-dire avec deux doubles liaisons exceptionnellement acétylénique (c’est-à-dire avec trois doubles liaisons). On les caractérise par leur nombre d’atomes de carbones, on précise le nombre de doubles liaisons et leur position. Ex : acide oléique : 18 C avec une double liaison entre le carbone 9 et le carbone 10. On peut aussi utiliser l’alphabet grec : oméga -X avec x représentant la position de la dernière double liaison. Ces doubles liaisons permettent d’avoir des isomères par isomérie cis ou trans. L’isomérie cis étant la plus répandue dans la nature et l’isomérie trans étant plus rare mais beaucoup plus stable.

Les acides gras poly insaturés ont une double liaison en général en position 9-10, il n’y a pratiquement jamais de double liaison qui se suivent, il faut au moins trois atomes de carbone entre les doubles liaisons et en général, entre ces doubles liaisons, il y a des radicaux méthyle qui stabilisent la molécule. Exception : acide arachidonique qui comporte 4 doubles liaisons dont la première est au 5, 8, 11, 14). C’est un acide qui n’est pas indispensable parce qu’il est formé à partir de l’acide linoléique qui est indispensable. Cette acide arachidonique est à l’origine de la synthèse d’un nombre important de composés biologiques indispensables. Ces dérivés sont regroupés sous le nom d’éïcosanoïde. Ils ont des propriétés hormonales mais qui se différencient des hormones vrais par le fait qu’ils réagissent, in situ (c’est-à-dire où ils sont formés). Dans cette famille, on retrouve les prostaglandines impliqués dans les processus de réaction inflammatoires, dans la reproduction. On retrouve aussi les leucotriènes qui ont une importance dans les processus inflammatoires allergiques et dans la douleur. Il y a aussi les thromboxanes qui ont une grande importance dans la coagulation et dans la régulation de la pression artérielle.

 

Les acides gras cycliques.

 

D’origine végétale : le plus important est l’acide chaulmoogrique qui est extrait de la graine de chaulmoogra et cette huile a été le seul traitement contre la lèpre. L’acide prostanoïque (d’origine animale) est dérivée de l’acide arachidonique qui se présente sous différentes formes suivant le nombre, la position des doubles liaisons, le nombre et la position des groupements hydroxyles et on distingue plus d’une quinzaine de composés différents regroupés sous le nom de prostaglandines. Toutes les prostaglandines possèdent un cycle entre les carbones C ₈ et C ₁₂. On peut observer quelques modifications ® changement de l’activité physiologique. Elle peut même être totalement opposé mais toujours avec le même champ d’application (inflammatoire). L’aspirine ou l’acide acétyl salicilique est un inhibiteur puissant de la synthèse des prostaglandines. C’est l’explication thérapeutique de l’aspirine qui en réalité a une réaction inflammatoire.

 

II Les glycérides :

Sur la plan quantitatif, ce sont les lipides les plus représentés dans la nature et ce sont des esters de glycérol et d’acide gras. Le glycérol est un triol qui possède trois atomes de carbone pour la nomenclature les carbones des extrémités sont des carbones a et le carbone central étant un carbone b. Les fonctions alcools sont primaires quand elle est porté par le carbone a et secondaires quand elle est portée par le carbone b. Elle peut être estérifiée trois fois. La nomenclature dépend du nombre d’acides gras et aussi de la position de l’estérification. On distingue les glycérides homogènes dont le plus connu est le triglycéride qui est estérifié par trois acides gras de même type et des glycérides hétérogènes : soit pas totalement estérifiés sur les trois fonction alcool, soit estérifié sur les trois fonctions alcools par des acides gras différents. Si une seul estérification, on parle de mono glycéride, si 2, c’est un di glycéride et si 3, c’est un triglycéride. Les mono et les di glycérides sont hétérogènes. Pour les triglycérides, l’estérification se fait en a ou en b ® a ou b mono glycéride. Pour les di glycérides, on peut estérifier sur les deux carbones a ou sur une a et sur une b ® a a di glycéride ou a b di glycéride.

Configuration spatiale de ces glycérides. A l’état liquide, on admet que la structure d’un triglycéride est formé d’un angle de 120°, configuration confirmé par celle du glycérol. Quand on effectue une étude par diffraction aux rayons X, le glycéride a une structure en diapason par plan.

 

Les sérides

 

Ce sont des esters d’acides gras à longue chaîne saturée ou insaturée dont le nombre d’atomes de carbone est compris entre 16 et 36. Cette estérification se fait avec des alcools qui ont également de longues chaînes comprises entre 16 carbones et 30 carbones. Ces sérides sont des lipides constitutifs des cirres animales et végétales. On retrouve dans ces sérides, le palamitate de tri-anco-tannol qui est l’élément constitutif de la cire d’abeille. Le point de fusion de ces cires sont toujours supérieur à 40°C donc toujours a l’état solide, elles sont insolubles dans l’eau donc elles ont un rôle de protection. Certaines glandes de la peau des vertébrés sécrètent des cires dans un but de protection de la chevelure, de la peau (sébum = séride sécrété par les glandes sébacées). Les oiseaux sécrètent de la cire qui leur permet d’imperméabiliser leur plumage, les végétaux aussi puisque leurs feuilles sont recouvertes d’une cire brillante qui les protège de l’évaporation de l’eau. Toutes ces cirres biologiques ont trouvé une grande variété d’application dans les industries cosmétiques et pharmaceutiques. Les pommades toutes à base de lanoline (récupérée de la laine des agneaux) ou à partir de la spermaceti (huile récupérée de la masse graisseuse de la tête des cachalots).

 

Les stérides :

 

Ce sont des esters d’acides gras et d’un alcool de type particulier. Cet alcool possède un noyau stérol (ou stéroïde). Sa structure est de type cyclopentanopérhydrophénantrénique : il possède deux noyaux stéroïdes (benzéniques) juxtaposés + cycle à 5 carbones + un noyau phénol + double liaison entre le C5 et le C6 et la fonction alcool est portée sur le C3. Ce cycle est le cycle de base pour la presque totalité des hormones. Ce noyau stéroïde peut être plus ou moins alkylé (avec plus ou moins de groupements méthyle), c’est une des structures de base des glutamines liposolubles. Ce sont des molécules qui sont chimiquement très actives. Parmi les nombreux stérols, le plus connu est le cholestérol à 27 atomes de carbones et la fonction alcool est estérifié par un acide gras pour donner un stéride qui est un lipide vrai. Dans la majorité des cas, l’acide gras entrant dans cette estérification est l’acide oléique, puis l’acide stéarique et l’acide palmitique. Seul le cholestérol estérifié est un stéride, quand il n’est pas estérifié, c’est un alcool, c’est alors un cholestérol libre.

 

B. Les lipides complexes

 

Généralités :

 

C’est un lipide simple qui possède dans sa structure un atome de phosphore ou un atome de soufre ou encore un atome d’azote et surtout des molécules d’oses. Les lipides complexes sont des structures chimiques importantes de part leur rôle dans le métabolisme intermédiaire pour les cellules des organes nobles (comme le cerveau et le foie). Par contre, ils n’ont aucun rôle énergétique. Ils peuvent rentrer en combinaison sous forme d’une liaison alcool-alcool ® éther ou sous forme d’une liaison acide alcool par une estérification.

 

Les glycérophospholipides

 

Ils dérivent tous de l’acide phosphatidique qui vient d’un glycérol dont l’une des fonctions a est estérifiée par un acide phosphorique sur un carbone a. Sur le carbone b, il y a fixation d’acide gras sur l’acide phosphatidique pour obtenir un glycérophospholipide.

 

Les phosphatidylcholines

 

= Les lécithines : dans jaune d’œuf, dans les poumons des embryons et c’est l’apparition des lécithines qui permet d’apprécier la maturation pulmonaire. Ce genre de dosage permet au médecin un accouchement prématuré.

La seconde fonction de l’acide phosphatidique est estérifiée par un alcool. Dans la majorité des cas, les autres fonctions alcools du glycérol sont estérifiées par un acide gras saturé en a et par un acide gras insaturé en b : ce sont les chaîne R1 et R2. Dans deux cas précis, 1) les plasmalogènes qui représentent un certain nombre de lipides cardiaques 2) le facteur d’activation des plaquettes, les deux fonctions alcools ou une des fonction alcool du glycérol sont rattachées à des acides gras par une liaison éther. Le facteur d’activation des plaquettes est un glycérophospholipide à propriétés hormonales. Il est sécrété par des globules blancs : les basophiles qui stimuleront l’agrégation des plaquettes et ce sont ces plaquettes qui vont jouer un rôle croissant dans les processus inflammatoires et dans la réaction allergique.

 

Les phosphatidylinositides

 

la structure de base est toujours celle de l’acide phosphatidique mais l’acide phosphorique est estérifié par un inositol. Ce sont eux aussi, des lipides membranaires qui ont un rôle de messager dans la transmission de certains influx nerveux.

 

Les sphingolipides

 

la structure de base des sphingolipides est un alcool, la sphingosine. Ils se caractérisent par la présence d’une fonction amine qui sera engagée dans une liaison amide avec un acide gras en C₁₈. Il se différencie donc des autres par le fait qu’il est engagée par une liaison amide (pas ester, ni éther).

Les céramides : ce sont les plus simples. La sphingosine se présente sous la forme d’alcool primaire et la fonction amide toujours saturée est sur le carbone 2 et la fonction alcool primaire reste toujours libre. Ces céramides ont un rôle biologique important en tant que second messager dans le processus de mort cellulaire (=apoptose). Ceci se fait sous l’action d’une phospholipase C.

Les sphyngomyélines : se différencient des céramides par le fait que la fonction alcool primaire de la sphingosine est estérifiée par une phosphocholine. Ce sont les représentants les plus abondants du tissu nerveux et de la gaine de myéline. L’acide gras impliqué dans la liaison amide est un acide gras saturé ou mono insaturé entre C₁₆ et C₂₄.

Les glycosphingolipides : ce sont des glycolipides neutres. La sphingosine est substituée sur la fonction alcool primaire soit par un ose ® groupe des cérébrosides, soit par une chaîne oligosaccharidique ® groupe des gangliosides. Dans les deux populations, l’acide gras impliqué dans la liaison est un acide gras saturé entre 22 et 24 atomes de carbones.

Les propriétés biologiques des sphingolipides : les sphingolipides jouent un rôle majeur dans le processus de reconnaissance cellulaire. Les glycosphingolipides sont les déterminants des groupes sanguins A, B et O. Les membranes du système nerveux contiennent environ une quinzaine de gangliosides différents et pour la majorité d’entre eux, la fonction spécifique est encore inconnue. Par contre, leur absence est à l’origine de nombreuses maladies génétiques humaines graves.

 

C Les vitamines liposolubles

 

Ce sont des molécules hydrophobes apolaires, insolubles dans l’eau, et elles dérivent toutes d’une structure commune, d’une structure isoprénique (5 carbones présentant deux doubles liaisons conjuguées). Il existe 4 vitamines liposolubles : A,D E et K.

La vitamine A = rétinol : elle intervient dans les processus de reproduction et favorise la sécrétion de mucus mais son rôle le plus important est son activité dans les processus de vision crépusculaire. Au niveau de l arétine, le rétinol est oxydé en un composé supérieur : le rétinal qui est un aldéhyde qui intervient dans la vision crépusculaire. Le rétinol est apporté par l’alimentation, il n’est pas synthétisé par l’organisme et c’est la carotte qui est le plus riche en b carotène qui est le précurseur du rétinol. La vitamine A possède en plus des propriétés antioxydantes puissantes donc utilisé dans de nombreux produits anti-rides.

La vitamine D  = cholécalciférol : c’est une vitamine indispensable pour les animaux non exposés aux rayonnements lumineux car c’est sous l’influence de rayons UV du soleil que le cholestérol de la peau est transformé en pro vitamine D3 (=pro-hormone qui sous l’action d’enzymes hépatiques permet la transformation en di hydro cholécalciférol). Cette hormone intervient dans le métabolisme phosphocalcique, c’est-à-dire la formation de l’os en régulant à la fois l’absorption intestinale du calcium et sa fixation au niveau des os. La carence en vitamine D aboutit au rachitisme.

La vitamine E : c’est l’a tocophérol : elle appartient aussi au groupe de substances anti-oxydantes, elle peut agir en inhibant la plupart des radicaux libres qui apparaissent lors de la réaction inflammatoire et, en particulier, ceux créés par les brûlures dues aux rayonnements solaires. C’est, en plus, le constituant de la plupart des boîtes de conserve ou elle empêche l’oxydation et améliore la conservation. Elle est présente dans les huiles végétales, les œufs et les germes de blé.

La vitamine K : dérivé du coumarol : elle a des propriétés coagulantes et elle représentait la traitement idéal de l’hémophilie (il y a quelques décennies). Présente dans le légume vert, le germe de blé mais notre flore intestinale, par l’intermédiaire des bactéries qui l’héberge, la synthèse de vitamine K endogène est largement suffisante pour qu’elle ne soit pas nécessaire à notre alimentation.

 

Les propriétés des lipides

 

Les propriétés physiques :

Les lipides sont insolubles dans l’eau mais ils sont solubles dans des solvants organiques : le benzène et le chloroforme (non miscibles à l’eau = composé apolaires hydrophobes). Plus la chaîne hydrocarbonée est longue, plus ils sont apolaires. La présence de cycle, comme dans le cholestérol augmente l’insolubilité dans l’eau, inversement, la présence d’un groupement ionisable tel qu’un hydroxyle phénolique et la présence d’un carboxyle, d’une fonction amine primaire, quaternaire, va augmenter la polarité de ces lipides. On peut dire que, pour certains d’entre eux, ils sont solubles, à la fois dans l’eau et dans les composés organiques non miscibles à l’eau : ils sont alors amphiphiles. Quand acide gras substitué avec beaucoup de molécules d’oses ® oses d’un coté et partie acide gras de l’autre côté. La présence de doubles liaisons augmentent la solubilité dans l’eau et un nombre de carbone égale, les acides gras insaturés sont plus polaires que les acides gras saturés. L’isomérie cis est plus polaire que les isomères trans qui sont plus stables. Pour les glycérides, leur solubilité dépend du nombre d’acides gras et de leur nature. Les a mono glycéride sont plus polaires que les di glycérides, eux-mêmes étant plus polaires que les tri glycérides. De manière générale, à la température corporelle, les acides gras sont liquides si la chaîne hydrogénocarbonée est inférieure à 10 carbones, au-delà ils deviennent solides. La présence d’insaturations dans les acides gras diminue le point de fusion, même avec le même nombre d’atomes de carbone. Le point d’ébullition augmente avec le nombre de carbone mais avec le nombre d’insaturation ne fait pas bouger le point d’ébullition.

 

Les propriétés chimiques :

Les propriétés vont dépendre de la présence ou non de groupement carboxyle et de la présence ou non des doubles liaisons. Pour les acides gras, la présence d’une fonction carboxylique permet l’obtention d’un sel alcalin et on obtient un savon :

 

(CH3-(CH2)n-COOH + NaOH ® CH3-(CH2)n - CONa + eau.

 

On peut avoir une hydrolyse chimique des tri glycérides : elle va porter sur les liaisons esters par un traitement acide avec un acide dilué, soit par un traitement alcalin à chaud. Le traitement par l’acide sulfurique dilué conduit à la formation d’un glycérol et de trois acides gras. Si on traite le tri glycérides par la potasse ou par la soude, on obtiendra un stérol et trois savons = réaction de saponification.

Propriétés liées à la présence de doubles liaisons : lorsqu’il y a des doubles liaisons , on peut effectuer des réductions. L’hydrogénation d’acides gras insaturés peut se faire par hydrolyse chimique ou enzymatique® aboutit à l’acide saturé. On peut oxyder une double liaison. L’oxydation des acides gras insaturés se déroule spontanément, à l’aire et les cellules en cis génèrent une odeur de rance et ils produisent, en même temps des produits toxiques dont la plupart sont cancérigènes. Plus la température s’élève, plus le procédé est important ® formation d’époxy. Ne pas utiliser pour la friture des huiles insaturés et pour les huiles saturés, ne pas les utiliser trop longtemps.

 

 

L’importance biologique des lipides

 

Ce sont des éléments des signaux intracellulaires. Aussi bien, dans la circulation qu’à l’intérieure des cellules, il existe de nombreuses enzymes capables de dégrader les structures lipidiques et la conséquence de cette hydrolyse des sphingomyléine est la fabrication d’un céramide qui va engendrer l’apoptose de la cellule. En premier lieu, l’hydrolyse de la phosphatidyl inositil : 4 enzymes en sont capables : la phospholipase A1 qui va hydrolyser la fonction ester par le carbone a, la phospholipase A2 va hydrolyser la liaison ester sur l’alcool en b, la phospholipase C va hydrolyser la liaison entre l’alcool du glycérol et l’acide phosphorique ® libération d’un di acyl glycérol et d’un inositolphosphate ; la phospholipase D va hydrolyser l’inositol pour libérer phosphodiacylglycérol.

Phospholipase C : sous l’action d’un second messager, elle va entrer dans une cellule grâce à un transport membranaire actif. Cette hormone va activer la phospholipase C qui va alors hydroxyler le phosphotidylinosityl avec formation de diacylglycérol (DAG) et inositol phosphate. Le DAG a une propriété : il active une protéine kinase et cette protéine kinase activée va permettre la phosphorylation de deux types d’enzymes antagonistes : les enzymes E1 et E2. Quand l’un est phosphorylé, il devient actif, l’autre une fois phosphorylé est inactif. La dégradation du glycogène dépend de la dégradation des lipides.

Le second grand rôle est un rôle en tant qu’élément de réserve. Les lipides sont les constituants fondamentaux des tissus adipeux (tissu où le métabolisme est très actif, où se déroule la synthèse des acides gras, lipides…). Ce tissu est une excellente réserve d’énergie pour l’organisme. En plus, comme les lipides sont hydrophobes, l’organisme peut les stocker à l’infini et peut stocker la masse de tissu adipeux parce qu’il n’y a aucun problème de pression osmotique. C’est l’inverse avec le polysaccharide : on ne peut pas mettre en réserve car on risque un éclatement des membranes. La masse de tissu adipeux peut atteindre une 100n de kg. Une masse de tissu adipeux de 20 kg peut assurer les besoins énergétiques pendant plusieurs mois alors que pour les lipides seulement une journée. Ce système est mis à profit pour les animaux hibernant. Les couches de tissu adipeux permettent une isolation du froid. Ils servent aussi d’éléments de structures.

Ils ont un rôle en élément de structure : ils sont capables de s’associer en structure très organisée et en fonction de la surface représentée par la partie hydrophile et la partie hydrophobe, trois types de structures différentes sont possibles. En premier lieu, formation de micelles : ces micelles se forment quand la surface hydrophile est plus grande que la partie hydrophobe, c’est la cas des b-monoglycéride qui possèdent deux zones hydrophiles pour une seule zone hydrophobe. La zone hydrophile est située à la périphérie de la micelle alors que la zone hydrophobe se trouve à l’intérieur de la micelle de façon à éviter tous contact avec l’eau. Elles se présentent sous forme de sphère. Autre structure : la bicouche se forme quand les deux surfaces (hydrophile et hydrophobes) sont égales. Les zones hydrophiles sont de part et d’autre d’une couche hydrophobe. C’est le cas des insositides, des lécithines et des phosphatidines. La troisièmes structure : les liposomes, on ne les retrouve pas dans la nature ; ils ne sont fabriqués que par l’homme. C’est l’équivalent d’une bicouche qui s’enroule jusqu’à former une sphère et les parties hydrophiles sont donc à la fois à l’extérieur et à l’intérieur. C’est une structure intéressante en cosmétologie car elle permet d’apporter une substance hydrophile dissoute à l’intérieur du liposome.

La digestion des lipides

La cellule tire une partie de son énergie à partir de l’oxydation des acide gras. Ces acides gras ont trois origines possible. D’une part, les graisses apportées par l’alimentation, d’autre part, les graisses stockées par la cellule et enfin les graisses qui sont transportées d’un organe à un autre. Parmi les acides gras, seuls ce qui ont entre 12 et 24 carbones sont capables de fournir de l’énergie. Dans les pays industrialisés, l’alimentation contient 40 % de lipides, dont 80 % sont des tri glycérides. Ces tri glycérides sont le substrat idéal pour produire de l’énergie donc la première étape sera celle de la transformation du tri glycéride en acide gras. Dans des cellules spécialisées, ces acides gras seront ensuite dégradés par maillon de deux carbones, ce qui aboutira à la formation d’énergie grâce à la synthèse de coenzymes réduits à NAD ou FAD et surtout à la formation d’acétyl coenzyme A. Cet acétyl coenzyme A a plusieurs devenir : soit, il sera totalement transformé en CO₂ et H₂O par l’intermédiaire du cycle de Krebs qui nécessite la présence d’un substrat : l’oxaloacétate qui n’est fournie que par le métabolisme des glucides, soit, il y aura la resynthèse de nouveaux lipides ou de lipides plus complexes pour alimenter des structure cellulaires. La troisième voie possible est la fabrication de corps cétoniques qui ont un pouvoir énergétique non négligeable. Un problème : un lipide est insoluble dans l’eau, quand il doit être transporté de l’intestin vers un organe, il y a de l’eau. Comment vont être transporté ces acides gras dans la circulation sanguine? On utilise comme transporteur, les lipoprotéines. Il existe 4 types de lipoprotéines qui vont de la moins dense à la plus dense : le chylomicron qui est la plus légère (= moins dense), VLDL, LDL et le HDL. Ce sont ces quatre lipoprotéines qui se chargeront du transport.

La digestion intestinale : quand on ingère des lipides, à la sortie de l’estomac arrivent les sécrétions pancréatiques qui contiennent une enzyme particulière : la lipase pancréatique qui attaque les tri glycérides au niveau des liaisons a. Ceci aboutit à la formation de deux acides gras et d’un b-mono glycéride. Les b-mono glycérides seront ensuite isomérisés en a, et de ce fait, hydrolysés par la lipase pancréatique ce qui aboutira à la production de glycérol et d’acides gras. Le cholestérol est présent dans toutes nos structure cellulaires : il peut être libre (surtout dans les membranes) et il peut être estérifié (principalement dans les cytoplasmes). Sous l’action de cette lipase pancréatique, le cholestérol estérifié est hydrolysé en cholestérol libre et en acides gras et seulement 10 % du cholestérol alimentaire sera réabsorbé par la muqueuse intestinale. Ce transfert est effectué par un transporteur spécifique dérivé du stanol, que l’on ajoute à certaines matières grasses. Ce sont des alicaments (médicaments alimentaires) qui saturent le transporteur du cholestérol et vont donc empêcher la réabsorption du cholestérol. Si on sature le transporteur, le cholestérol n’est plus réabsorbé. Une petite quantité de ces stanols vont malgré tout pénétrer avec les transporteurs dans la circulation sanguine pour séjourner dans l’organisme or, il n’existe aucune voie métabolique pour détruire les stanols. Donc, en réalité on accumule des stanols que ne sont jamais éliminé et personne ne sait si, à long terme ça ne produira pas des dommages graves.

 

L’absorption intestinale. Les acides gras libres et les b mono glycérides étant insolubles dans l’eau ne pourront pas passer dans la circulation tel qu’elle : ils seront solubilisés par une micelle qui provient de la bile dont la sécrétion de fait au niveau hépatique (les sels biliaires). La micelle formée peut solubiliser des acides gras en constituant une micelle mixte absorbée en bloc au niveau du jéjunum.

 

Le métabolisme anthérocytaire des triglycérides

L’anthérocyte est la cellule qui borde l’intestin. Dans l’anthérocyte, le triglycéride qui vient d’être dégradé va être reconstitué par deux voies différentes : 1) la voie majeure des b mono glycéride (des b MG) et par la voie mineure.

Þ la voie des b MG

C’est une voie assez simple : pour refaire un tri glycéride, il faut estérifier deux acides gras sur les fonctions alcools a du bMG. Cette réaction nécessite la consommation d’énergie apportée par l’ATP et la réaction est catalysée par la triglycéride synthétase.

Þ la voie mineure : elle va faire intervenir tous les acides gras qui ont été réabsorbé et qui n’ont pas pu emprunter la voie des bMG. C’est-à-dire qu’on se retrouve avec des acides gras seuls, donc il va falloir resynthétiser le b mono glycéride, il va donc former un glycérol et pour cela il faut obtenir un glycéraldéhyde 3P qui va provenir de la dégradation du glucose par la voie anaérobie. En effet, le glycérol obtenu par la digestion est passé rapidement dans la cellule, puis dans la circulation sanguine et le temps qu’il arrive au foie pour former du glycogène, les micelles ne sont pas encore arriver dans les cellules intestinales. C’est donc à partir de nouvelles molécules de glycéraldéhyde 3P qui proviennent du glucose qu’il y aura reformation du triglycéride et de glycérol. Il faut trois ATP, 3 coenzymes A pour fixer les trois acides gras sur le glycéraldéhyde phosphate. La digestion des lipides nécessite donc beaucoup d’énergie, c’est un processus lent c’est pourquoi la digestion des matières grasses est lente et difficile.

 

 

Métabolisme du chylomicron

La synthèse : dans l’intestin la lipoprotéine chargée de transporter les lipides dans le sang porte le nom de chylomicron. Comme toutes les lipoprotéines, il est constitué à la périphérie de molécules amphiphiles auxquelles s’associent à des protéines : les apoprotéines. A la surface du chylomicron, les apoprotéines sont de plusieurs types, la plus importante étant l’apo E qui permet l’endocytose rapide de ces particules au niveau de la cellule hépatique. Au centre du chylomicron, on retrouve les triglycérides qui viennent d’être reconstitués. Ces triglycérides contiennent donc les acides gras alimentaires mélangés à toute petite fraction de cholestérol estérifié. Et ces triglycérides passent dans la circulation général et on ne les retrouve qu’au moment de la période post randiale.

Son catabolisme est beaucoup plus rapide puisque sa demi-vie sanguine est d’environ 1 heure. C’est une hydrolyse des tri glycérides sous l’action d’une lipoprotéine lipase qui est présente à la surface de tous les vaisseaux de l’organisme. Elle est activée par l’héparine mais sa synthèse est largement augmentée par l’insuline. L’insuline est principalement sécrétée pendant la phase de la digestion, ce qui explique la courte demi-vie du chylomicron. Comment va agit cette lipoprotéine lipase? C’est une enzyme membranaire et c’est le chylomicron qui doit se fixer sur l’enzyme et non pas l’inverse comme cela se produit dans la plupart des réactions. Cette fixation va être réalisée grâce à la présence sur la surface du chylomicron d’une autre apolipoprotéine : l’apo CII. Plus le temps passe et plus le chylomicron va s’enrichir en apo CII qui va s’échanger avec les HDL. On va assister à une hydrolyse progressive du chylomicron qui deviendra de plus en plus petit et il va changer de nom, son reste sera nommé remnant. Les acides gras issus de cette hydrolyse vont se fixer sur l’albumine et c’est l’albumine qui les transportera jusqu’aux tissus. Ce remnant va posséder à sa surface une grande quantité d’apo E qui sera captée par des récepteurs spécifiques qui vont provoquer une endocytose. Et rapidement ce remnant sera dégradé dans les cellules hépatiques sous l’action de la lipoprotéine lipase et la dégradation des triglycérides restants se fera in situ dans le foie. Ceci est vrai pour 90 % du remnant, les 10 % restant seront dégradés par le système réticulo-endothéliales par les macrophages.

 

Le métabolisme des VLDH

Ils ne sont formés au niveau du foie qu’en dehors des périodes post tranguiale, le rôle de ces VLDL est d’apporter des acides gras aux différentes cellules de l’organisme qui consomment de l’énergie (muscle squelettique, cardiaque). Elles possèdent à l’intérieur des lipides hydrophobes comme les cholestérols estérifiés que le foie a synthétisé. À sa surface, on trouve des lipides amphiphatiques : les cholestérols libres, les phospholipides et des protéines. Ces protéines sont l’apo B100 en grande quantité et l’apo E en faible quantité. On y trouve aussi un petit peu d’Apo CII. Comme on est à des périodes loin des repas, l’insuline est basse et de ce fait, la lipoprotéine lipase extrahépatique est peu active et peu nombreuse à la surface des vaisseaux. Dans la circulation général, la VLDL va s’enrichir en Apo CII par échange avec la HDL. Comme l’activité de la lipoprotéine lipase est faible, la demi vie du VLDL va être beaucoup plus longue que celle du chylomicron. Et, de ce fait, la VLDL va subir l’action d’une enzyme circulante : la LCAT (lécithine cholestérol acyl transférase), cette LCAT est capable d’hydrolyser un acide gras d’une lécithine et de le transférer sur la fonction alcool du cholestérol libre. Il en résulte donc la formation d’une lysolécithine et de cholestérol estérifié. On aboutit donc à une particule qui a perdu des tri glycérides, qui s’est fortement enrichie de cholestérol estérifié et qui a acquis une nouvelle densité intermédiaire et le VLDL devient une IDL (intermédiaire) qui sera catabolisé. Comme cette IDL est très pauvre en Apo E, elle ne sera pas dégradée dans le foie. En grande majorité, elle continue à être délipidée par la lipoprotéine lipase extrahépatique et au bout d’un moment, on obtient une particule qui ne contient que presque plus que du cholestérol estérifié. Quand sa densité à chuté, l’IDL devient la LDL.

Il existe aussi une voie mineure : c’est l’endocytose du système réticuloendothéliale par les macrophages.

Les LDL ont un catabolisme exclusivement extracellulaire qui a lieu au niveau des myocytes (cellules musculaires). Cette réaction est le résultat d’une endocytose avec un recyclage du récepteur. L’endocytose se fait au niveau des cellules musculaires car le myocyte possède des récepteurs spécifiques capables de reconnaître la lipoprotéine B100 pour que le LDL soit endocyté. Le cholestérol estérifié de la LDL va être hydrolysé au niveau des lysosomes et va donc redonner du cholestérol libre qui gagnera la membrane du myocyte pour être relargué. En ce qui concerne la partie protéique du LDL, elle sera entièrement dégradée en acides aminés. Qu’elles vont être les processus de régulation du cholestérol intra cellulaire? Il va y avoir une inhibition de la synthèse et du turn-over des récepteurs au LDL. Les conséquences de cette inhibition sont 1) de freiner la pénétration du cholestérol circulant c’est-à-dire de freiner l’absorption des LDL 2) inhibition d’une enzyme, l’hydroxy méthyle glutaryl coenzyme A (HMG CoA) qui est l’enzyme clé du métabolisme du cholestérol 3) activation d’une enzyme cellulaire cytoplasmique, l’acyl cholestérol acyl transférase (ACAT) ; elle est capable d’estérifier le cholestérol libre sous forme d’oléate, de stéarate ou de palmitate.

 

Le métabolisme des HDL

Ce sont les plus petites et les plus denses de lipoprotéines. Elles sont synthétisées en permanence par le foie et par les intestins. A leur surface on retrouve deux lipoprotéine essentielles : l’apo A1 et l’apo C2. Lors de sa synthèse, cet HDL ne contient pratiquement pas de lipides hydrophobes, elle ressemble à un tube plus ou moins aplatie. Dans la circulation sanguine, elle va rencontrer les cholestérols libres donc elle va, progressivement s’enrichir en cholestérol. Puis elle va rencontrer la LCAT qui à partir de la lécithine va permettre un enrichissement de cholestérol estérifié  --> arrondissement des HDL. Au contact, des chylomicrons et des VLDL elle va changer son apo CII en Apo E donc elle va avoir une quantité d’apo E suffisante pour être captée par les cellules hépatiques. Dans l’hépatocyte, le cholestérol estérifié des HDL va être transformé en acides biliaires puis en sels biliaires qui seront donc excrétés par la bile et qui vont permettre de solubiliser les b-mono glycérides et les acides gras en formant des micelles.

 

Le cholestérol :

Il existe deux grands groupes de lipoprotéines qu’on peut classer : celles qui contiennent l’apo B (VLDL, LDL et chylomicrons) et celles qui contiennent les apo A I (HDL). Deux sont riches en cholestérols estérifiés (HDL et LDL) pour le LDL, ça dépend des photorécepteurs aux apo b100, si la concentration augmente, les LDL vont s’accumuler dans la circulation sanguine pour être dégradés par le système réticulo endoplasmique. Ces macrophages gorgés de lipides deviennent des cellules spumeuses et ces cellules ont la particularité de s’associer aux plaquettes pour former des caillots d’où le risque de thrombus dans le cas d’hypercholestéromie. Ils sont à l’origine de la quasi-majorité des accidents cardiovasculaires. La dégradation des cholestérols estérifiés des HDL est relativement rapide. Cette dégradation ne dépend que de la quantité d’Apo E à la surface du HDL mais cette quantité n’est pas limitée, et son catabolisme conduit à la formation de sels biliaires qui sont soit utilisé, soit éliminé par la bile. Le cholestérol des LDL est le mauvais cholestérol. Il est important d’identifier et de doser le cholestérol HDL et le cholestérol LDL. Plus le rapport apo AI /apo B augmente, plus on se porte bien, à l’inverse, les risques augmentent.

 

La dégradation des acides gras :

 

Les acides gras proviennent de la dégradation des tri glycérides alimentaires. Ils seront dégradés dans des cellules spécialisés dans les cellules du muscle, du myocarde,et du foie. Il existe de légères différences selon que l’acide gras est saturé ou insaturé ou à nombre paire ou impaire de carbones.

 

Les acide gras saturés à nombre paire de C. cette dégradation va se faire par oxydation sur la c b : c’est la voie de b oxydation = hélice de Lynen. Il y a d’abord, l’activation de l’acide gras . Cette acide gras va être donc activé en deux étapes distinctes. La première étape va se faire avec l’adénylate lyase et c’est une réaction irréversible. Cette réaction nécessite de l’énergie apportée par l’ATP et l’acide gras va donner une molécule d’acyl adénylate et une molécule de pyrophosphate. Cette première partie se déroule dans le cytoplasme. Dans la seconde partie de cette réaction, les produits formés vont réagir avec du CoA par l’action de la pyrophosphatase. C’est une réaction irréversible. Le bilan de cette réaction est la formation d’u acyl coA, de deux Pi (ou pyrophosphate) et d’un AMP. A cet endroit, il n’y a pas assez d’énergie pour que les deux pyrophosphates refassent un ATP mais dans une troisième réaction ATP + AMP --> 2 ADP. Cette réaction produit donc une enzyme correspondant à 10 Kcal alors que la fixation du Co A sur l’acide gras ne nécessite que 7 Kcal. Il existe donc un excédent d’énergie qui se retrouve dans l’acyl Coa activé. A partir de cette étape, plus aucune réaction n esa fait dans le cytoplasme. Tous le matériel nécessite à cette réaction se trouve dans la mitochondrie et l’acyl CoA va pénétrer dans cette mitochondrie. Problème : l’acyl co enzyme A ne peut traverser seul la membrane de la mitochondries. Il va donc y avoir une étape intermédiaire avec formation d’un composé : la carnitine. Dans le cytoplasme, l’racyl co A se fixe sur la carnitine pour former de l’acyl carnitine libérant ce co A qui pourra recommencer à travailler. L’Enzyme qui réalise cette réaction est une enzyme membranaire de la mitochondrie : l’acyl carnityl transférase. Une fois la membrane traversée, production de la réaction inverse, la carnitine va rencontrer l’acyl coA. Ces dernières réactions sont réversibles et la constante d’équilibre est égale à 1. Chacune de ces réactions n’est donc commandé que par la loi d’action de masse : c’est-à-dire que seule la quantité des réactifs influe sur la réaction. Le facteur limitant est la concentration en Co enzyme A mitochondriale.

La b oxydation : cette dégradation va se faire par élimination successive de fragment de deux carbones jusqu’à obtenir un dernier fragment comportant deux carbones. Dans la première étape, l’acyl co enzyme A avec une oxydoréductase va être oxydé. Cette enzyme fonctionne avec la coez FAD. Le produit de cette réaction est un trans déhydro acyl coez A. c’est une réaction réversible. La deuxième réaction aussi réversible, est faite par une hydratase stéréospécifique, c’est-à-dire qu’elle est capable de fixer une molécule d’eau sur une molécule trans de part et d’autre de la double liaison , on obtient alors un b hydroxy acyl co enzyme a. L’étape suivante est une oxydoréduction par une oxydoréducatse avec une co enzyme à NAD : cette enzyme va arracher deux H portés par le carbone b et on obtient un b céto acyl coez A. La 4^ème étape aussi réversible catalysée par une thiolase et va réaliser une lise de la fonction thiol qui lie l’acyle co enzyme A et va donc couper la liaison entre els carbones a et b. on aboutit alors à une acide gras qui a perdu deux atomes de carbones et à la formation d’un acétyl co enzyme A. lorsque la dégradation de la formation d’un acide gras a commencer, l’hélice va continuer son action jusqu’à la dégradation totale de l’acide gras. On fera donc pour un acide gras (n tour/2)-1 pour un acide gras qui a n atomes de carbones. À la dernière étape de cette hélice, on obtient un butyril coez A (4 carbones) qui sera scindé en deux pour donner deux acétyl co enzyme A. cette dégradation des acides gras est conditionnée par le fait que toutes ces réactions sont réversibles uniquement par la disparition de l’acétyl co enzyme A. dans le cas contraire, où ces acétyl co enzyme A pourraient s’accumuler, ils vont finir par s’associer entre eux et être à l’origine de synthèse d’un nouvel acide gras, lipide ou corps cétonique. Bilan de la dégradation d’un acide gras en C16 Þ figure 18b. 1 ATP + 7 co enzyme A (1 par hélice et il y a 7 hélice) + une autre coez A + 7 H2O + 7NAD + 7FAD --> 8 acétyl co enzyme A qui vont rentrer dans le cycle de Krebs qui vont provoquer la synthèse de 8 * 12 = 96 ATP. Les FADH2 vont rentrer dans la chaîne respiratoire et vont donner la fabrication de 7 * 2 ATP = 14 ATP. Le NADH2 va rentrer aussi dans le cycle respiratoire et va donner 7 * 3 ATP = 21 ATP, soit au total, 131 ATP de fabriqués - 1 pour l’activation, soit le bénéfice net de 130 molécules d’ATP. Une molécule d’ATP représente a peu près 8 Kcal = 1040 Kcal par mole d’acide gras. Les lipides sont beaucoup plus énergétiques que les glucides.

 

Le catabolisme des acides gras à nombre impaire de carbone. Dans cette voie toutes les étapes sont identiques à celles de Lynen. Seul la différence porte sur l’avant dernière étape. On obtiendra un pentanoylacyl Co A (5 atomes de carbones) et la thiolyse va libérer deux composés : un acétyl (C2) et propionyl co enzyme A (C3) . L’acétyl co enzyme A va rentrer telle quel dans le cycle de Krebs alors que le propionyl va être carboxylé, isomérisé pour donner du succynil co enzyme A qui est un composé du cycle de Krebs, il y sera donc intégré. Contrairement aux acides gras à nombre paire de carbones, les acides gras à nombres impaires peuvent donner du glucose par une voie particulière : la voie malique. Les acides gras à nombre paires de carbones ne sont pas glucoformateurs, à la différence des autres acides gras. Les glucides peuvent toujours donner des lipides.

 

Le catabolisme des acides gras insaturés :

L’acide oléique est le plus répandue des acides gras insaturés. C’est une acide gras à 18 carbones avec double liaison portée sur le carbone 9 en position cis. La b oxydation de cet acide gras est tout à fait classique jusqu’à ce qu’elle rencontre la double liaison, c’est-à-dire jusqu’à la formation du 3,4 cis déshydro dodécanoyl co enzyme A. le déshydrogénation avec la coez FAD ne peut pas avoir lieur car on a déjà une double liaison. Par contre l’hydratase ne peut pas agir parce que la double liaison est en position cis. C’est à ce moment, qu’entre en jeu une isomérase qui va basculer la double liaison de 3,4 en 2,3. On obtient alors une trans déhydro décanoylco enzyme A puisque cette double liaison bascule et se met en position trans. Donc l’hydrolyse va pouvoir se faire et libérées une molécule à deux atomes de carbones. L’hydratase peut donc agir et la dégradation suit le schéma classique de l’hélice de Lynen. Mais dans le bilan, on a sauté l’étape à FAD, il y aura un FADH2 de moins dans le bilan final. Donc on considère qu’ils sont moins énergétiques que l’acide saturés. Plus ils est insaturés, moins il est énergétique mais il est plus il est bon pour la santé.

 

La synthèse des acides gras

Cette biosynthèse des acides gras se déroulent dans le cytoplasme et bien que ces réactions soient très voisines à la b oxydation de Lynen, ce n’est pas du tout un processus inverse. Moléculaire Walkyl a découvert ce système.

De très nombreuses cellules sont capables de fabriquer des acides gras mais ce sont principalement les hépatocytes, les glandes mammaires et le tissu adipeux qui sont impliqués. La biosynthèse d’un acide gras passe toujours par la synthèse d’un acide gras insaturé : l’allongement de la chaîne et la désaturation interviennent après.

Le précurseur de cette synthèse est l’acétyl co enzyme A au niveau cytoplasmique. Cette localisation pose un problème, c’est que les acétyl co enzyme a sont toujours formé dans la mitochondrie qu’ils soient lipidiques ou glucidiques. Dans la mitochondrie, le mécanisme glucidique forme de l’acétyl co enzyme A à partir du pyruvate et donc c’est la glycolyse anaérobie. Dans la première étape du cycle de Krebs, on obtient du citrate : c’est la voie glucidique principale et parmi tous les éléments du cycle de Krebs, le citrate est un des très rares éléments à pouvoir traverser librement la membrane de la mitochondrie. Si la cellule ne consomme pas d’énergie, on aura un excès de NADH2 dans la mitochondrie et le cycle de Krebs sera freiné et ne fonctionnera que peu ou pas du tout. Dans ce cas, le citrate passe dans le cytoplasme, où sous l’action du citrase et en présence de co enzyme a il donnera de l’acétyl co enzyme A et de l’acétate …….., réaction irréversible. L’oxaloacétate formé peut être à l’origine de la fabrication de glucose mais l’actyl co enzyme A est le précurseur de l’acétyl co enzyme A. il existe d’une autre manière un acétyl co enzyme A pour sortir de la cve, c’est une voie mineur, c’est l’acétyl co enzyme A transférase qui est une enzyme transmembranaire : elle va permettre la sortie directe de l’acétyl co enzyme A de la mitochondrie vers le cytoplasme.

 

La synthèse de l’acide gras commence par une activation c’est-à-dire par la transformation de l’acétyl co enzyme A en malonyl co e A, réaction irréversible. Transformation du à une carboxylation. L’Enzyme est une acéty co enzyme A carboxylase qui utilise comme co enzyme de la biotine et cette biotine est la vitamine H. Ce malonyl co enzyme A formé est un puissant inhibiteur de l’acétyl co enzyme A transférase (= enzyme de la membrane des mitochondrie qui peut faire sortir ce composé de suite. Cette réaction d’activation peut être inhibé et nécessite de l‘ATP. Le citrate est donc sortie, est u activateur puissant de l’acétyl co enzyme A carboxylase. Il joue un rôle important car il est le fournisseur d’acétyl co enzyme A et il est l’activateur de la réaction qui va former le malonyl.

Hélice de l’ATP. La synthèse d’un acide gras nécessite l’intervention d’un complexe multi enzyme. Ce complexe et composé de - sous unités enzymatique distribuées en forme de couronne autour d’une protéine centrale chargée de transporter les groupements acyl. On l’appelle l’ACP (acyl carrier protein) Þ figure 20. Cet ACP est caractérisé par la présence sur la fonction hydroxyle de la sérine de deux groupements thiol : l’un central et l’autre périphérique. Ceci débute par la synthèse du palmitate qui débute par une étape d’ancrage. L’acétyl coA rencontre l’enzyme …….., se fixe et donne ….. avec libération d’1 HS coA. 1) Fixation : le groupement thiol libre de l’ACP va fixer le malonyl coA préalablement activé dans le cytoplasme. Le début de l’hélice de Walkyl : il y a une seconde phase d’activation par fixation d’une molécule acétyl coA ® le malonyl va se fixer sur l’ACP ® malonyl-ACP. L’Enzyme responsable de cette fixation est une b céto acyl synthétase. Seconde étape : transfert du groupement acétyl qui va se fixer sur le groupement COOH du malonyl avec régénération du groupement thiol réduit. Cette réaction aboutit à la libération du CO2 et d’un b céto butyril ACP. Le CO2 dégagé au cours de cette étape est le CO2 fixé lors de l’activation de l’acétyl co enzyme A. le groupement thiol de l’enzyme1 de l’ACP se trouve libre. 3) la réaction d’oxydoréduction par une oxydoréductase va utiliser comme co enzyme, le NADP et la réaction va donner un b-hydroxy butyril ACP. (réduction d’une fonction cétone en fonction alcool). 4) déshydrogénation par une 3-cétoacyl déshydratase qui va enlever une molécule d’eau entre le carbone a et le carbone b, ce qui va donner un trans déhydrobutyril ACP Þ figure 20a. C’est une réduction au moyen d’une NADH2 qui va réduire la double liaison. On va donc avoir un butiryl ACP. par une isomérase, il y aura transfert du radical butyrique sur l’autre fonction thiol et à partir de ce moment là, le groupement thiol de l’ACP peut fournir une nouvelle molécule de malonyl activée par le co enzyme A. même enchaînement de réaction et, après 7 tours d’hélices de Walkyl, on aboutit à la formation d’un palmityl ACP (en C16). C’est au stade de cette molécule que le tissu adipeux et que le tissu hépatique vont faire intervenir la sous unité de enzymatique E6 du complexe acide gras synthétase. Cette enzyme a une activité thioestérasique, c’est une thiolase que libère le palmityl lié à l’ACP sous forme de palmytil coA Þ figure 20b. Au niveau des glandes mammaires, il existe plusieurs types de thioestérases capables d’agir à différents stades de l’allongement de la chaîne. Certaines peuvent agir quand on a entre 4 et 10 carbones. Ceci explique que le lait ne contienne pas d’acides gras compris entre 4 et 10 carbones, qui sont des acides gras beaucoup plus faciles à digérer.

Bilan de la synthèse : pour une molécule d’acide palmitique, on a besoin d’une molécule d’acétyl co A et de 7 malonyl co enzyme A; elle consomme donc 7 ADP et 14 NADPH2.

 

Synthèse des acides gras à longue chaîne : environ 60 % du palmytil co enzyme A va servir à la synthèse d’acides gras de longueur de chaîne supérieure à 16 carbones. Au départ, l’élongation a lieu dans le REG, l’ajout de deux carbones à partir du malonyl conduit au stéaryl co enzyme A. cette réaction se déroule dans la mitochondrie. Les enzymes sont différentes car on est dans la mitochondrie.

 

Désaturation des acides gras:

Le palmitate et le stéarate servent de précurseur aux deux acides gras mono insaturés : la palmitate et l’oléate. Les deux acides gras ont une double liaison (C9 = C10) avec une isomérie cis. Chez les mammifères, la désaturation d’un acide gras au-delà du C9 est impossible, il n’existe pas d’enzymes capables de désaturer spécifiquement au-delà du C9. Seul, les végétaux en sont capables, ce sont eux qui apporteront les acides gras indispensables. Le devenir des acides gras : l’augmentation de la concentration en acyl co enzyme A dans le cytoplasme entraîne 3 conséquences :

1) inhibition de l’acétyl co enzyme A carboxylase, d’où arrêt de l’hélice de Walkyl et donc d’accumulation d’acétyl co enzyme A dans le cytoplasme

2) la triglycéride synthétase favorise la synthèse de triglycérides mais, à condition, que l’on dégrade le glucose pour avoir la glycéraldéhyde 3 P qui est le point de départ des triglycérides.

3) acyl co enzyme A qui va s’accumuler, va être à l’origine de la synthèse du cholestérol.

 

Étude du cholestérol :

C’est un des constituants fondamental des membranes cellulaires. Une alimentation équilibrée n’apporte que très peu de cholestérol et l’absorption intestinale est très faible (environ 10 %). En réalité, c’est l’organisme qui synthétise le cholestérol. Presque toutes les cellules du corps en sont capables, mais principalement les cellules du foie. La synthèse se fait dans le cytoplasme et le substrat de départ est l’acétyl coA cytoplasmique. Cette synthèse de cholestérol est donc essentiellement le résultat : d’une part, de l’inhibition de l’acétyl coA carboxylase et cette inhibition se fait par un excès de d’acétyl coA cytoplasmique et, d’autre part, cette synthèse se déroule du fait que l’enzyme qui intervient à la première étape de cette synthèse, cette enzyme catalyse la réaction dont Keq=1. Le noyau cyclopentanophénantrénique. Schéma de la synthèse: première étape de la synthèse : condensation de deux molécules d’acétyl coA et, on obtient un butiryl coA. Cette étape se fait dans le cytoplasme, étape irréversible. 2) condensation d’une autre molécule d’acétyl coA avec le b-céto butyril coA obtenu à l’étape précédente (réaction irréversible). Il y a libération de coA. Le produit obtenu est l’hydroxyméthylglutaryl coA ( =b HMG coA). 3) réduction du b HMG coA catalysée par une b HMG coA réductase qui va utiliser comme coA, le NADH₂. Le produit sera du mévalonate (réduction irréversible). La b HMG coA réductase est l’enzyme clé de la synthèse du cholestérol. La presque totalité du cholestérol agit sur cette enzyme. 4) décarboxylation qui utilise de l’ATP qui va donc fournir du pyrophosphate et donner 1 isopentényl pyrophosphate. Ce composé contient une structure isoprénique constituée de 5 atomes de carbone. C’est la répétition 6 fois de ces étapes qui va donner 6 molécules d’isopentényl qui vont se conjuguer pour obtenir un composé en C 30 qui, après décarboxylation donnera le cholestérol (en C 27)

Le devenir du cholestérol :

C’est un élément constitutif des membranes cellulaires. Il est présent dans toutes les apoprotéines. C’est le précurseur de la vitamine D, des sels biliaires et de toutes les hormones stéroïdes. Le cholestérol est transformé en prégnénolone qui est le point de départ dans les cellules spécialisée de la synthèse de testostérone et de progestérone. Au niveau des surrénales, la progestérone va donner l’aldostérone et le cortisol.

C’est le catabolisme du cholestérol, qui se déroule au niveau du foie, qui est à l’origine du cholestérol des HDL. Au niveau du foie, le cholestérol va être hydroxyler pour donner du 7 hydroxy cholestérol et sera transformé dans le foie pour donner des acides biliaires, l’acide cholique et l’acide chenodesoxycholique. Ces deux composés sont, ensuite, conjugués par la glycine et la thorine pour donner 4 acides biliaires primaire : l’acide glycocholique, l’acide glyco D chenodesoxycholique, l’acide glycotaurique et l’acide glycocheno desoxy taurique. Les quatre acides primaires vont donner des sels de sodium et de calcium qui vont former des sels biliaires au niveau de la bile.

L’implication des glucides dans la synthèse du cholestérol et des acides gras :

Cette synthèse du cholestérol et des acides gras est étroitement lié au catabolisme des glucides. Les glucides apportent l’oxaloacétate nécessaire pour assurer l’oxydation totale surtout des acétyl coA du cycle de Krebs. Ils apportent le glycéraldéhyde 3 P nécessaire et indispensable à la synthèse des tri glycérides, que ce soit au niveau de la digestion ou des triglycérides de réserves. Les glucides sont les éléments majeurs de la synthèse de NADPH₂ par la voie des pentoses phosphates. Sans NADPH₂, on ne peut pas fabriquer de glucides.

La cétogenèse = la fabrication des corps cétoniques

Cette synthèse se fait dans la mitochondrie et un des produits les plus important est l’oxaloacétate (=composé essentiel souvent peu abondant). Cet oxaloacétate peut être soit formé par la glycolyse, soit par les réactions de transamination de l’acide acétique. L’absence relative de cet oxaloacétate par rapport à l’acétyl coA est la conséquence d’une voie métabolique : la cétogenèse. La cétogenèse se déroule dans la mitochondrie hépatique et les constituants diffusés dans la circulation sanguine, fabriqués dans cette voie vont être utilisés par le muscle cardiaque et le cortex surrénalien. Ces corps cétoniques ne peuvent pas être utilisables par les neurones cérébraux quand la concentration sanguine est normale. Quand ils sont produits en excès, dans des conditions pathologiques, cette augmentation de concentration sanguine peut servir de substrat à la fabrication d’énergie cellulaire par les neurones. Ce qui veut dire que, dans des conditions physiologiques normales, le peu de corps cétoniques qui circulent dans le sang n’est pas utilisé par le cerveau. Les deux corps cétoniques présents, dans des conditions physiologiques normales sont le b cétobutyrate (=acétoacétate) et le b hydroxubutyrate. Il existe un corps cétonique pathologique : l’acétone.

 

La synthèse des corps cétoniques :

1) condensation de deux acétyl coA qui ont tendance à s’associer pour donner un b cétobutyril coA et ceci se fait à la suite d’un excès quasi permanent d’acétyl coA.

2) condensation du b céto butyril coA avec une autre molécule d’acétyl coA --> formation d’un b HMG coA.

Ces deux premières étapes se font dans la mitochondrie.

3) étape irréversible, elle est sous la dépendance d’une enzyme spécifique de la mitochondrie : c’est la b HMG coA liase (= enzyme spécifique de la mitochondrie, c’est pourquoi elle ne peut pas détourner la synthèse du cholestérol dans le cytoplasme). Cette enzyme possède un acétyl coA va donner un acétoacétate (ou b cétobutyrate).

4) la formation du b hydroxybutyrate se fait par simple réduction du cétobutyrate (hydroxylation d’une fonction cétone). La proportion d’acétoacétate et de b hydroxybutyrate ne dépend que de la quantité de NAD et de NADH₂ qui sont des fournisseurs d’hydrogène. Plus il y aura de NAD, moins il y aura d’hydroxybutyrate.

Dans des conditions physiologiques, les concentrations peuvent varier de 1 à 10. A quoi vont servir ces cops cétoniques?

Les corps cétoniques sont des composés sans coA, ils vont pouvoir traverser les membranes cellulaires et passer librement dans la circulation sanguine. Ils vont alors être captés par le tissu cardiaque et le tissu surrénalien : deux endroits où la consommation d’énergie est très abondante. Ce sont des endroits où le taux de NAD est supérieur au taux de NADH₂. Ces corps cétoniques seront réinjectés au niveau du cycle de Krebs qui se fait au niveau de ces organes. Ceci va permettre de transformer tous le b hydroxybutyrate en oxaloactétate : réaction qui va générer des protons et régénérer du NADH₂ et donc indirectement 3 ATP. Dans tous ces tissus utilisateurs, il existe une enzyme particulière : l’oxaloacétate succinyl coA. On va donc obtenir de la céto acétyl coA et du succinate. L’inconvénient de ce transfert, c’est qu’on bloque la synthèse du GTP (molécule énergétique) donc ce transfert commence par une perte d’énergie mais, par contre, on forme un acétoacétyl coA dans des lieux où le cycle de Krebs fonctionne à plein régime. Dans ce cas, le cycle de Krebs est consommateur d’acétyl coA. On sait que l’acéto acétyl coA est susceptible de subir une thiolyse pour donner deux acétyl coA. Ces acétyl coA vont rentrer dans le cycle de Krebs. Pour une molécule d’acétyl coA, ce cycle de Krebs produit 12 ATP donc pour un corps cétonique, on forme donc 24 ATP - la molécule de GTP utilisée au départ Þ bénéfice de 23 ATP. Cette voie de la cétogenèse est une des voies les plus importantes de l’organisme dans la mesure où, à elle seule, elle assure quotidiennement 40 % des besoins énergétiques du myocarde.

 

La cétogenèse pathologique :

C’est le résultat d’une insuffisance en oxaloacétate c’est-à-dire du métabolisme du glucose. Cette condition est, en général, réalisée dans le diabète ou dans les régimes stricts. C’est un dérèglement du cycle du glucose. Dans ces conditions, le glucose ne pénètre plus dans les cellules. Ceci peut provenir d’actes volontaires (anorexie, grève de la faim) ou de mal nutrition. Dans tous ces cas, le taux de corps cétoniques sanguin augmente et va dépasser le taux de captation des organes périphériques -> abaissement du pH sanguin ® production d’acédocétose métabolique qui peut aboutir à un coma diabétique ou cétonique.

L’excès d’acétoacétate s’élimine par les urines ou par les poumons. Au niveau des urines, le pH est normalement acide et l’acétoacétate va être spontanément décarboxylé par ce pH bas et la décarboxylation donne de l’acétone. On parle alors de crise d’acétonurie. Au niveau des poumons, la pression partielle en oxygène est élevée, ce qui va provoquer la décarboxylation de l’acétoacétate ® production d’acétone au niveau des poumons. Étant très volatil, il est éliminé par la respiration qui produit une haleine typique des comas diabétiques et des nourrissons fiévreux. (car le foie est de petite taille et les concentrations en glycogène sont faibles voire très faibles et dans les périodes de fièvres nocturnes, il y a une augmentation de la consommation de glucose et donc un épuisement rapide de réserves de sucre. Indirectement, il y a un épuisement de l’oxaloacétate d’où production de corps cétoniques. Chez les nourrissons, le seul remède est d’absorber de l’eau sucrée. En ce qui concerne l’hydroxybutyrate, on s’est aperçu qu’en cas d’excès, certaines cellules neuronales mettent en route des systèmes enzymatiques qui deviennent compétents pour transformer ce substrat en énergie.

Les glucides (suite)

Les propriétés chimiques des oses :

En ce qui concerne les propriétés chimiques : il y en a qui sont liées à la présence d’un groupement carbonyle et il y en a qui sont liées à la présence d’une fonction alcool .

Les aldoses et les cétoses vont se comporter comme des réducteurs car leur fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) est susceptible d’être oxydée.

Les oses peuvent réduire, à chaud et en milieu alcalin, un certain nombre d’ions métalliques, cette réaction va libérer soit le métal lui même, soit des sels métalliques dans lesquels le métal va posséder un degré d’oxydation inférieur à celui qu’il possédait avant.

Au cours de cette réaction, à la réduction du métal correspond une oxydation de l’ose au niveau de la fonction aldéhyde. C’est le cas de la réduction par la liqueur de Fehling. C’est une solution alcaline de sels cuivriques : par chauffage et en milieu alcalin, le cuivre passe de l’état cuivrique à l’état cuivreux avec un changement de couleur, apparition d'un précipité rouge.

Dans le domaine de l'oxydoréduction, la fonction carbonyle occupe une position particulière qui est à mi-chemin entre la fonction alcool et la fonction acide. Ce carbonyle sera oxydée en fonction acide et aussi réduit en alcool.

Lorsqu’il s’agit d’un aldose et qu’il possède une fonction alcool primaire, si on part du D-glucose, on obtient du D-sorbitol et si on part du D-mannose, on obtient du D-manitol. S’il s’agit d’un cétose, la réduction de cette fonction cétose conduit à deux isomères qui ont une position spatiale différente du groupement OH porté par le carbone 2. Si on part du fructose, on obtient un mélange de D-sorbitol et de D-manitol.

 

Tous les oses peuvent réagir par leur fonction alcool avec des acides pour donner des esters. Il existe de très nombreux esters naturels, en particulier les esters de l’acide ortho phosphorique qui joue un rôle prépondérant dans le métabolisme du glucose . Ce ne sont pas les seuls, il existe des esters d’acide sulfurique retrouvé dans l'héparine ou dans des polyosides complexe (dans la constitution des groupes sanguins).

 

• Les dérivés des oses et des composés voisins :

 

Il existe de nombreux composés voisins qui existent, soit à l’état libre, soit à l’état composé. Ils sont classés dans la famille des oses :

- les désoxydes ou désoses. Ce sont des oses qui ont perdu l’oxygène d’une fonction alcool secondaire, ils n'ont donc plus de fonction alcool au alentour immédiat de la fonction réductrice, ce n'est donc plus un ose vrai. C'est le cas du désoxyribose en C₂ (a-D 2 désoxyribofuranose), il joue un rôle physiologique important parce qu’il entre dans la composition de l’ADN. On le classe dans les oses mais il ne répond pas à leurs critères.

 

- Les osamines : ce sont des oses dans lesquels un groupement hydroxyle appartenant à une fonction alcool secondaire est remplacé par un groupement amine. Il existe 3 hexoses aminés importants.

o la D-glucosamine : on la retrouve dans la constitution des polyosides complexes.

o la D-manosamine : on la retrouve dans les glycoprotéines de nombreux polyosides complexes.

o la a-D-galactosamine souvent transformée en N acétyl a Dglucosamine : on la retrouve dans les polyosides complexes.

Les osamines sont toxiques, à l’état libre, vis-à-vis des cellules hépatiques, c’est pourquoi, on ne les retrouve jamais libres mais plutôt incorporées dans de grosses molécules.

 

- Les méthylose. Il s’agit de desoxyses sur la fonction alcool primaire remplacé par un groupement méthyle.

 

- Les polyalcools : ils sont obtenus après réduction du groupement aldéhyde ou cétone en fonction alcool : le galactose et le galactitol. Le galactitol est responsable de problèmes de la cataracte. L’acide L-ascorbique (=vitamine C) ne peut pas être synthétisée par l‘homme, il en est incapable. Cet élément indispensable doit être fournit par l’alimentation. Cependant, certains animaux sont capables de la synthétiser. La vitamine C joue un rôle dans l’activation de la transcription de certains gènes, un rôle de co-facteurs dans de nombreuses réactions et un rôle de protection contre les substances oxydantes.

 

- Les acides dérivés des oses : les acides aldoniques sont obtenus par l’oxydation ménagée de la fonction pseudo-aldéhyde avec apparition d’un radical carboxylique.

On obtient l’acide gluconique en position 1 à partir du glucose. Glucose  acide gluconique .

Il existe aussi dans ce même groupe, des acides uroniques quand l’oxydation porte sur la fonction alcool en position 6. L’acide D-glucuronique se retrouve dans le foie et dans les reins où il joue un rôle dans les phénoméne de détoxication par conjugaison avec des substances toxiques => Glucoconjugaison. Cette liaison permet de rendre soluble ces substances pour pouvoir les déverser dans la bile ou dans les urines.

 

• Les osides :

 

Les osides sont des glucides qui peuvent être hydrolysés en composés plus simple selon l’hydrolyse utilisée. Celle-ci peut libérer soit des molécules d’oses, soit des molécules dérivées d’oses, soit des substances non glucidiques. Ce sont donc des produits reliés entre eux par des liaisons covalentes osidiques (solides). Cette liaison est très stable en milieu alcalin mais peut être facilement détruite en milieu acide ou par hydrolyse enzymatique.

 

Liaison glycosidique = liaison entre n'importe quels oses

Liaison glucosidique = liaison entre glucose

 

Pour créer une liaison osidique, il est obligatoire d’avoir deux fonctions:

1) une fonction pseudo-aldéhyde ou pseudo-cétose du premier ose (obligatoire)

2) elle peut être de trois natures différentes

- fonction pseudo-aldéhyde ou pseudo-cétose d’un second ose. Si la seconde fonction est une fonction pseudo-aldéhyde ou pseudo-cétone, ce sont les fonctions réductrices qui sont à l’origine de la liaison. Le diholoside qui résultera aura perdu tout pouvoir réducteur : c’est un osido-oside (Ex : saccharose)

- fonction alcool d’un second ose ou même d’un alcool quelconque. Si la seconde fonction est une fonction alcool portée par le second ose, le diholoside résultant va conserver son pouvoir réducteur : c’est un osido ose (Ex : maltose ou cellobiose). Dans le cas où l'alcool est quelconque, on est en présence d’une liaison de type osido-alcool et un hétéroside est formé.

- fonction amine secondaire d’une base purique ou pyrimidique

 

I. Les oligoholosides ou oligosaccharides :

Ce sont des glucides dont l’hydrolyse ne libère que des molécules d’oses. Ils sont constitués d’un petit nombre d’oses (en général, moins de 10).

a. Les diholosides réducteurs (liaison osido-ose)

Ils se rencontrent rarement à l’état libre sauf le lactose. Ils sont obtenus après hydrolyse partielle de polyholosides. Ils sont solubles dans l’eau, on peut les obtenir sous forme cristallisée et trois d’entre eux sont importants sur le plan biologique :

- Cas du lactose : après hydrolyse, par la b-galactosidase , on a : lactose --> a-D galactose + b-D glucose. La liaison est de type osidique en b (1-4).

Lors de la digestion, il est hydrolysé par une enzyme qui se trouve dans les anthérocytes des cellules intestinales, c’est une b-galactosidase et c’est une enzyme qui se retrouve chez les enfants non sevrés et elle se retrouve aussi dans les populations de l’Europe du nord. Le plupart des autres populations, présente un déficit en b-galactosidase, ceci explique l’existence d’une pathologie bénigne d’intolérance au lactose. La galactosémie congénitale est une maladie d'intolérance au lactose qui est génétique et grave car c'est l'absence de b-galactosidase dés la naissance.

 

- Cas du maltose : c'est une molécule importante qui existe à l’état libre chez certains végétaux, c’est un produit de l’hydrolyse partielle de l’amidon et du glycogène. Le maltose peut etre hydrolysé par une maltase intestinale qui est l'a -glucosidase. Les deux glucoses sont liés par une liaison en a 1-4

 

- Cas du cellobiose: il apparaît au cours de la dégradation de la cellulose, il est hydrolysé par une b-glucosidase mais cette enzyme spécifique n’existe pas dans les sécrétions digestives de l’homme : l’homme contrairement à certains animaux, ne se nourrit pas de cellulose. Il est composé de deux glucoses liés en b 1-4.

 

b. Les diholosides non réducteurs : les osido-oside :

 

Le principal est le saccharose, c’est certainement le diholoside le plus abondant de la planète, il existe dans tous les végétaux chlorophylliens et peut être hydrolysé par 2 types d’enzymes : une a-glucosidase (présente dans le suc intestinal) qui reconnaît le glucose sous sa forme a et une b-fructosidase (produite par l’intestin) qui reconnaît le fructose sous sa forme b.

Dans les deux cas, on retrouve du glucose et du fructose et ces deux oses vont pouvoir franchir la barrière intestinale ce qui n’est pas le cas du saccharose.

Ces deux oses engagent leur fonction hémiactéalique  disparition du pouvoir réducteur.

 

II. Les polysaccharides :

 

Ce sont des osides formés par l’association d’un grand nombre de molécule d’oses réunies par des liaisons osidiques et on distingue plusieurs cas :

-toutes les molécules sont identiques, ce sont des homopolyosides = homopolysaccharides

-les molécules d’oses sont différentes ce sont des hétéropolyosides =étéropolysaccharides

 

a) les homopolysaccharides

 

L’amidon, le glycogène et la cellulose sont importants.

 

• Amidon: c’est une forme de réserve des monosaccharides chez les végétaux chlorophylliens. Il constitue, après ingestion, le principal élément glucidique chez l’homme. L’amidon est un mélange de deux types de polymères imbriqué dont les structures sont différentes.

Par exemple, pour la pomme de terre, on trouve l’amylose (amidon non ramifié) qui représente environ 20% de l’amidon et l’amilopectine (amidon ramifié) qui représente 80 % de l’amidon. Les pourcentages varient en fonction de l'origine de l'amidon.

 

• Le glycogène : il est la principale réserve d’énergie chez les animaux. Il est abondant dans le foie et dans les muscles. Sa taille est variable selon l’origine mais elle peut aller jusqu’à 25 000 résidus de glucose. Sa structure est à peu près celle de l’amylopectine mais beaucoup plus ramifiée (les liaisons sont plus proches) et à chaînes plus courtes.

L’amidon et le glycogène vont subir une hydrolyse par l’a-amylase que l’on retrouve dans la salive et dans le pancréas. Cette enzyme va hydrolyser, au hasard, les liaisons de type a-1-4 à l’intérieur de la molécule. Cela aboutit à l’obtention de fragments de tailles variables comme des résidus à deux molécules de glucose (pour avoir du maltose) mais l’hydrolyse n’est pas complète car, au hasard et elle ne peut pas se faire correctement au niveau des points de ramification et des extrémité.

Pour être complète, l’hydrolyse nécessite l’intervention de deux enzymes supplémentaires : -une a-glucosidase (=enzyme débranchante) qui va cliver les liaisons osidiques 1-6

-une maltase qui est une a-glucosidase qui va cliver des molécules de maltose en deux molécules de glucose.

 

• La cellulose : substance de soutien qui constitue l’essentiel des parois cellulaires des végétaux. Les fibres de coton sont constituées de 96 % de cellulose. La cellulose est constituée de longues chaînes non ramifiées de b-D glucopyranose reliées entre elles par des liaisons b-1-4, enchainement des molécules de cellobiose sous forme b . Chaque résidu de b-D glucopyranose est relié au précédent par une rotation de 180°, ce qui permet à l’oxygène du cycle d’un des résidus de s’unir par une liaison hydrogéne avec l’H de l’OH du C3 du résidu suivant. On a des liaisons internes qui vont se mettre en place dans la molécule et, c’est cette configuration qui va donner à cette molécule sa rigidité, beaucoup plus stable.

La longueur des chaînes varie en fonction de l’origine, cela va de quelques centaines d’unités jusqu’à plus de 3 000, comme dans les fibres de coton. Les chaînes courtes ont tendance à se regrouper en formant des liaisons H d’une chaîne à l’autre. On peut retrouver jusqu’à une cinquantaine reliées les unes aux autres. On obtient des microfibrilles insolubles qui donnent une grande cohésion aux molécules de cellulose.

Les mammifères n'hydrolyse pas la cellulose avec leur propres enzymes, mais des protozoaires ou des bactéries vivent dans leur intestin et synthétisent les enzymes nécessaires.

 

b)Les hétéropolyholosides :

 

Les hétéropolyholosides sont des polysaccharides où des molécules d’oses sont différentes, on les appelle aussi hétéropolyosides ou encore GAG (= glyco-aminoglycane). Ce sont des composés dont l'hydrolise va libérer plusieurs types d’oses associés ou non à des dérivés d’oses. Certains existent à l’état libre mais le plus souvent, ils sont associés à des protéines pour former des protéoglycanes.

Ce sont, en général, de longues chaînes qui résultent de la condensation d’un grand nombre d’unités diosidiques élémentaires répétitives. Ces unités sont constituées de résidus d’acide uronique (acide D glucuronique ou acide iduronique), associé par liaison osidique où s’associe un résidu d’hexosamine parfois hydroxylé ou sulfaté. Ceci provoque un caractère acide marqué du à la présence des groupement COOH ou S.

 

Il existe trois types de glyco-aminoglycane :

 

• L'acide hyaluronique est un GAG de structure qui entre dans la composition de la matrice

extracellulaire et que l’on retrouve chez tous les animaux dans le tissus conjonctif, dans le liquide sinovial, dans le corps vitré de l’œil… La longueur variable d'une centaine et peut atteindre plusieurs milliers d’unités élémentaires.

Le disaccharide de structure est : N acétylglucosamine + acide D glucuronique lié par liaison b 1-3.

L'acide hyaluronique est un GAG non sulfaté qui n’est donc jamais lié par des liaisons covalentes à des fractions protéique mais elle est plutôt liée par des liaisons ioniques.

Ce sont de longs fragments sans branchement constitués en hélice dont la structure diffère selon le tissu dans lequel elle se trouve par le nombre d'unité saccharidique par tour d'hélice. Deux molécule d'acide hyaluronique peuvent se lier par liaison hydrogène lorsqu'elle sont face à face de façon antiparalléle. En raison du très grand nombre de groupements polaires portés par cette molécule, elle va être associée à de très nombreuses molécules d’eau par liaison hydrogène, ce qui explique la très forte viscosité des fortes liaisons d’acide hyaluronique. Il joue un rôle important dans l’hydratation du tissu conjonctif et un rôle de ciment intercellulaire,ce qui minimise la place offerte à la circulation d'autres molécules, il est aussi un amortisseur de choc et lubrifiant. Il est parfois sensible à une enzyme, la hyaluronidase (enzyme que l’on trouve dans certaines bactéries pathogènes comme le pneumocoque, le streptocoque…) et dans certains venins d’animaux (abeilles, serpents) va faciliter la diffusion de ces bactéries et de ces enzymes. Les spermatozoïdes humains en contiennent  rôle dans la fécondation en hydrolysant le mucus sécrété par le col utérin

.

• Cas du sulfate de chondroïtine : c'est un GAG sulfaté. L'unité saccharidique est un

acide bDglucuronique et Nacétylb Dgalactosamine.

C’est un composé constitué d’une dizaine d’unités et l’arrangement dans l’espace forme une hélice et chaque tour d’hélice comprend entre 3 et 8 unités (unités élémentaires, c’est-à-dire disaccharide). La Nacétylb Dgalactosamine sera sulfatés en 4 ou en 6 et est dirigée vers l’extérieur de l’hélice. Cette chondroitine sulfate possède de très nombreuses charges négatives qui vont aider à fixer la calcium. C’est-ce qui explique leur présence surtout dans les zones d’ossification : cartilage, et dans tous les os en phase de croissance. Les chondroitine sulfate sont fortement fixés sur des protéines par une liaison covalente qui s’établit au niveau de l’extrémité réductrice.

 

• L’héparine est un GAG de sécrétion pour une action d'inhibition de la coagulation.

Elle est sécrétée par les mastocytes dans lesquels cette héparine est stockée sous forme de granules. Cette héparine se retrouve à peu près dans tous les tissus mais elle est surtout abondante dans le foie, les poumons et les muscles. L’unité disccahridique élémentaire est formé d’un acide a-L glucuronique et d’une a -D glucosamine relié par une liaison a 1-4. L’héparine est souvent sulfaté (voire bisulfaté), les molécules de sulfate se fixe toujours sur l’a-Dglucosamine et la sulfatation a lieu sur le carbone 2 et/ou le carbone 6. Comme la plupart des GAG sont reliés par une liaison covalente de la fonction réductrice  ils forment des protéoglycanes qui sont des édifices de grande complexité avec un poids moléculaire élevé et dont le poids total est représenté à 95 % par des molécules de glucides. Ils sont représentés dans tous les tissus de poids moléculaire importants.

 

LE METABOLISME DES GLUCIDES

 

Toutes les cellules animales utilisent les glucides comme fournisseur d’énergie. Le rôle principal est tenu par le glucose qui est l’ose circulant dans le sang. Ce glucose est destiné a alimenter l’ensemble des cellules dans lesquelles son catabolisme va produire de l’énergie. Le glucose ne pénètre pas librement à l’intérieure des cellules, il a donc besoin de transporteurs membranaires spécifiques.

Il existe deux grands groupes de transporteurs ou de co-transporteurs (ils se chargent de plusieurs molécules à la fois) :

-Le principal est le SGLT qui est le sodium glucose transporteur qui transporte à la fois une molécule de sodium et une molécule de glucose. Dans l’intestin grêle, c’est SGLT-1 et dans le rein, c’est SGLT-2. Les SGLT fournissent un transport actif qui nécessite la fourniture d’énergie.

-Les transporteurs passifs : les GLUT (glucose transférase) qui permettent sans dépense d’énergie mais plutôt grâce à plusieurs glycoprotéines transmembranaires (les perméases)qui vont faciliter l’entrée du glucose dans de très nombreux types cellulaires. Suivant les espèces, les cellules, les organes, les GLUT sont différentes : la GLUT-1 que l’on retrouve dans presque toutes les cellules animales et qui est prépondérante dans les hématies. Elle a pour rôle principal de faire pénétrer le glucose lorsque la glycémie (taux de glucose dans le sang circulant) est normale ou basse. La GLUT-2 est prépondérante dans le foie, le pancréas et vont faire entrer le glucose dans la cellule quand la glycémie est élevée (en période post prandiale, dans les deux heures qui suivent le repas). Cette GLUT-2 n’est pas sensible à l’insuline : ils ne sont pas insulinodépendant. La GLUT-3 se retrouve prépondérante dans les cellules du cerveau mais on les retrouve à peu près dans toutes les cellules et elle agira surtout quand la glycémie est basse. La GLUT-4 se retrouve principalement dans les cellules musculaires et dans les adipocytes. Ce sont des cellules où la consommation de glucose est extrêmement importante.

 

Lors de la digestion alimentaire des glucides, on a trois types d’oses : le glucose qui provient de l’hydrolyse de glucides, le galactose qui provient de l’hydrolyse du lactose et le fructose qui provient de l’hydrolyse du saccharose. Ces trois oses vont franchir les cellules de la muqueuse intestinale par différents types de transport.

Le glucose, après avoir traversé la membrane, sera phosphorylé en glucose-6-phosphate. C’est la plaque tournante du métabolisme des glucides.

 

1) La voie de la glycolyse

 

Cette voie est une séquence de réactions assurant la transformation du glucose en pyruvate avec pour conséquence la production d’ATP. Dans la glycolyse, on distingue deux grandes étapes :

 

1) l’activation de la molécule de glucose qui s’achève lors de l’obtention du glycéraldéhyde – 3-phosphate.

2) période d’oxydoréduction avec formation et conservation de l’énergie sous forme d’ATP qui concerne des étapes où le glycéraldéhyde-3-phosphate se transforme en pyruvate. Sur le plan cellulaire, cette voie de la glycolyse est complètement cytosolique (extramitochondriale car toutes les enzymes nécessaires à cette oxydation se trouvent dans le cytoplasme). C’est sûrement une des voies les plus importantes pour un grand nombre de cellules.

 

La glycolyse est importante dans les cellules cérébrales car seul le glucose passe la barrière céphalo-méningée, dans les globules rouges, dans les cellules musculaires striées lors d'un effort physique et dans les muscles lisses lorsqu'il y a diminution du passage sanguin (pathologie coronarienne).

 

• Première étape = phosphorylation du glucose

 

Dès son entrée dans la cellule, le glucose est phosphorylé en gluco-6-phosphate. Le donneur du groupement phosphorylé est l’ATP.

Dans l’absolu, cette réaction est irréversibles dans les conditions physiologiques. Elle est catalysée par deux groupes d’enzymes qui appartiennent aux kinases : l’hexokinases (qui concernent les sucres en C6) et la glucokinase (spécifique du substrat). Dans la plupart des tissus, la réaction utilise l’hexokinase. Elle est capable de phosphoryler divers hexoses (fructose, glucose, malose). Dans le foie, on a l’action simultanée des deux enzymes. La glucokinase phosphoryle le glucose à une vitesse beaucoup plus grande que l’hexokinase. Son activité ne semble pas affectée par des variations des conditions physiologiques. Cette glucokinase est sous contrôle hormonal de l'insuline. Le rôle de la glucokinase est d’initier la synthèse de glycogène dans le foie quand la concentration de glucose dans le sang est supérieure au besoin de l’organisme.

À glycémie normale : hexokinases saturé par son substrat (glucose)

A glycémie haute : hexokinases débordé par son substrar donc la glucokinase prend le relais.

 

 

• Seconde étape : isomérisation du glucose-6-phosphate en fructose 6 phosphate

 

L’isomérisation est une réaction réversible. L’Enzyme qui catalyse cette réaction est la phospho-hexose-isomérase. Ceci en présence de magnésium seulement.

 

• Troisième étape : phosphorylation du fructose-6-phosphate :

elle va s’effectuer sur le carbone 1 du fructose et elle nécessite l’apport d’un phosphate par l’ATP. On obtient un fructose deux fois phosphorylé : la fructose 1-6 biphosphate. C’est une réaction irréversibles catalysée par la pospho-fructo-kinase I : c’est l’étape la plus lente de la glycolyse. C’est donc l’étape limitante de la glycolyse, elle joue un rôle clé dans la régulation de cette voie.

La conversion de l’énergie

 

 

 

On sait que l’intégralité des anabolismes (= synthèses) et des catabolismes (= destructions) se font à l’intérieur des cellules.

Or, on sait que l’énergie nécessaire à ses mécanismes provient de l’environnement extérieur que ce soit l’oxygène de l’air, des aliments ou la lumière solaire. Comment ces énergies vont pouvoir être transmise aux cellules?

La membrane cytoplasmique gouverne le trafic des molécules entre l'intérieur des cellules et le milieu ambiant. Les gaz et les petites molécules hydrophobes diffusent directement à travers la bicouche phospholipidique, et ceci d’autant plus vite qu’elles sont plus solubles dans un solvant hydrocarboné.

Au contraire, les ions, les glucides et les acides aminés ne peuvent pas traverser cette bicouche phospholipidique ou du moins pas suffisamment vite pour répondre aux exigences de la cellule et ils doivent être véhiculés par un autre type de protéines membranaires intrinsèques. Grâce à l’action catalytique de leurs perméases, certaines molécules pénètrent dans la cellule sous la seule pression de leur gradient de concentration. Les perméases sont spécifiques de certains produits et de certaines cellules. Le glucose, par exemple, va pouvoir pénétrer dans l’érythrocyte grâce à une glucose perméase qui va permettre un passage transmembranaire aux molecules de glucoses fixés sur la perméase. C’est un passage spécifique qui ne concerne que le glucose et quelques rares molécules apparentées (molecule parasite qui profite du passage pour entrer dans l'erytrocyte).

Le passage de certaines molécules dans la cellule exige un transport contre un gradient de concentration ionique ; auquel cas une dépense énergétique est engagée. C'est la cas d'une enzyme, la sodium potassium ATPase, elle va permettre l’entrée de deux ions potatium et en même temps, la sortie de 3 ions sodium en consommant l’énergie d’hydrolyse de l’ATP. Il existe aussi une calcium ATPase qui va pomper deux ions calcium de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule, dans le muscle, elle permet de faire sortir deux ions calcium des vesicules carcoplamiques.

Ce sont ces pompes qui permettent de garder des concentrations intérieures basses en sodium et en calcium et riches en potassium.

Il existe une pompe à protons dépendante de l’ATP qui est active au niveau des membranes des lysosomes et des endosomes, elle sert à maintenir, dans ces organites, une concentration en ions H⁺, ce qui maintient un pH plus bas, donc plus acide que le pH environnant.

 

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour la synthèse et le catabolisme : elle ne peut venir que d’éléments extérieurs à la cellule. Ces éléments vont servir aux transports des molécules à travers la membrane plasmique et à travers la membrane des mitochondries. Le transport se fait le plus souvent contre un gradient de concentration.

 

Il arrive que de petites molécules puisse être exportées ou importées contre son gradient de concentration mais sans nécessité d’énergie, ce transfert va se faire par couplage avec celui d’une autre molécule ou d’un autre ion. En général, le glucose et les acides aminés arrivent aux cellules par couplage avec le flux des ions sodium.

Dans les cellules cardiaques, l’exportation de calcium est couplée au flux entrant de sodium. Les membranes cellulaires sont souvent différenciées, ce qui veut dire qu’il existe différentes zones qui contiennent différents types de perméases qui exécutent des mécanismes de transfert ou de transport différents.

Il existe des zones différentes dans une même membranes (segment topologiquement différencié) possédant des permeases spécifique et qui donc exécute des transports différents.

Dans les cellules intestinales, les sites glucose/ions H⁺ et les sites acides aminés/ions sodium sont confinés à la membrane du bord apical des cellules (c’est-à-dire tournés vers la lumière intestinale) alors que la sodium/potassium ATPase ainsi que les perméases du glucose et des acides aminés sont logées au niveau du segment basolatéral de la cellule (c’est-à-dire face aux capillaires sanguins = irrigation sanguine). Cette combinaison va donc permettre le transfert des acides aminés et du glucose de la lumière intestinal au courant sanguin.

Les cellules oxyntique de l'estomac disposent dans leur pole apical d'une pompe a proton ATPdépendante et au pôle basolatéral d'un antiporteur d'anion qui va échanger l'HCO3- contre Cl-, et cet échange maintient la neutralité du pH cytoplasmique malgrés le pH excessivement acide de la lumière de l'estomac.

Le déplacement de l’eau à travers les couches cellulaires est entraîné soit par la pression hydrostatique différente entre vaisseaux sanguins et cellules, soit par la pression osmotique. Lorsque les cellules pariétales de l’estomac sécrètent des ions H⁺ et Cl^- (acide chlorhydrique), le gradient osmotique produit une sortie massive d’eau hors des cellules.

Les protéines, les bactéries et les virus pénètrent, eux, dans les cellules par des mécanismes particulier totalement différents où une partie de la membrane cytoplasmique se détache pour former des vésicules intracellulaires : c’est le phénomène de phagocytose (ou endocytose).

La phagocytose exige en premier lieu des récepteurs spécifiques à la surface de la cellule. Ils vont se fixer les uns après les autres à la particule de telle sorte que la membrane plasmique va petit à petit l’entourer pour former une vésicule qui sera intra cytoplasmique. La vésicule va fusionner avec un ou plusieurs lysosomes pour y produire la dégradation de cette particule. La fixation des anticorps sur des particules étrangères facilite leur absorption et donc leur destruction. La pinocytose est un autre type de traversée de la membrane : c’est une endocytose non spécifique et le passage se fait en fonction de leur concentration dans le milieu extracellulaire. Une fois dans la cellule, il y a acidification du contenu des vésicules et soit elles sont détruite soit elle survive dans le cas de virus.

 

Formation d’ATP dans les mitochondries et les bactéries

 

La molécule la plus importante est l’ATP (énergie), elle est produite dans une réaction qui nécessite de l’énergie (endergonique), il faut donc une énergie libre G, on aura incorporation de pyrophosphate.

 

Pi²⁺ + H⁺ + ADP ^3-  ATP ^4- + H₂O dG°'=7,3 Kcal.mol^-1

 

Cette énergie sera apportée par la photosynthèse dans les chloroplastes des plantes supérieures et dans certaines bactéries. Ceci par la transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique. Dans les cellules animales, c’est la dégradation aérobie du glucose qui va fournir l’énergie est a l'origine de la formation de 32 ATP.

 

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 32 H⁺ + 32 Pi^2- + 32 ADP ^3-  6 CO₂ + 34 ATP^4- + 38 H₂O

L'énergie de départ du catabolisme du glucose provient de la rupture d'une liaison phosphoanhydride de l'ATP. L'énergie peut provenir aussi d'une autre réaction dans laquelle l'ATP va se transformer en AMP + 2Pi mais dans cette réaction dG°=0.

Cette étape débutera dans le cytoplasme et se terminera dans la mitochondrie. Tous les processus qui sont mis en jeu dans la croissance et le métabolisme cellulaire exigent cette fourniture d’énergie qui viendra de la rupture des régions phosphores et phosphates de l’ATP. On ne connaît pas encore exactement l’enzyme qui scinde l’ATP en AMP et deux molécules de phosphates mais l’hydrolyse de l’ATP peut donner de l’AMP par perte de deux pyrophosphates qui seront hydrolysés par une pyrophosphatase. Quand les deux liaisons sont scindées, une énergie double est libérée et on aura dG°'=-14,6. On ne retrouve jamais de complexe PiPi, il est immédiatement scindé. La réaction ATP -> AMP + PiPi -> AMP + Pi+Pi avec dG°'=-14,6 est faite par un complexe enzymatique.

Les processus de photosynthèse et d’oxydation aérobie paraissent bien différents mais pourtant ces réactions aboutiront aux mêmes résultats : la formation de l’ATP avec un même procédé de formation dans les bactéries, chloroplaste et mitochondrie. Le gradient de concentration en proton et le potentiel électrique membranaire (=force proton motrice) sont la force direct qui met en route le processus. Dans la photosynthèse, le gradient engendré par l’énergie récupérée des radiations lumineuses est un gradient de concentration de protons qui provoque aussi une différence de potentiel entre membrane interne et membrane externe que l’on appelle la force proton-motrice.

Dans la mitochondrie, l’énergie récupérée de l’oxydation des glucides, des acides gras ou même d’autres substances, va pousser des protons sur une des faces de la membrane de la mitochondrie et va générer une force proton motrice. Cette force proton motrice va être capable d'être utilisée dans la fabrication de divers composés comme par exemple la formation d'ATP à partir d'ADP. L'énergie des gradients de concentration des protons va servir a transporter a travers la membrane certaines petites molecules contre leur gradient de concentration.

 

Flux énergétiques dans le cytoplasme

 

Le cytoplasme est le carrefour des voies métaboliques, on va donc aborder les premières étapes du métabolisme du glucose puis ce qu’il se passe dans la mitochondrie.

 

La glycolyse est la première étape du catabolisme du glucose et de la production d’ATP (figure page1).

Dans le cytoplasme, la glycolyse est la première étape du catabolisme du glucose pour la formation d’ATP. Chaque molécule de glucose est convertit en deux molécules tri carbonée : le pyruvate. Les réactions chimiques aboutissent par la voie de Embden Meyerhoff ou glycolyse dans le cytoplasme et sans apport d’oxygène moléculaire. La voie de la glycolyse est étroitement contrôlée est ne se fait que pour répondre au besoin énergétique de la cellule.

Tous les intermédiaires produits entre le produit final et de depart, sont des composés phosphorylés.

La glycolyse produit 4 molécules d’ATP à partir de molécules d’ADP : deux sont formées à la première étape par la phosphoglycérate kinase et deux autres par la pyruvate kinase.

Il a fallu deux molécules d’ATP pour former deux molécules de pyruvate. Le bénéfice net de cette première étape est de deux molécules d’ATP.

Au bilan de ces réactions chimiques vont apparaître quatre protons (H+) et quatre électrons.

 

C₆H₁₂O₆  2 C₃H₄O₃ + 4 H⁺

 

Ces atomes d’hydrogènes viennent de la réaction catalysée par la glycéraldéhyde 3 phosphate déshydrogénase.

Les quatre électrons et deux des quatre protons sont transférés à deux molécules qui se trouvent sous forme oxydée d’un transporteur d’électron. Le nicotyl amide adénine dinucléotide (NAD⁺) va se transformer avec deux électrons et deux protons en NADH. La réaction est :

 

2 NAD⁺ + 2 H⁺ + 2 e^-  2 NADH pour obtenir une forme réduite : le NADH.

 

Le bilan du premier tronçon du catabolisme du glucose va s’exprimer par :

 

C₆H₁₂O₆ + 2 NAD + 2 ADP ^2- + 2Pi ^2-  2 C₃H₄O₃ (pyruvate) + 2 NADH + 2 ATP ^4- + 2 H⁺.

 

Dans la glycolyse, la cellule utilise essentiellement deux voies pour produire son ATP. Dans les chloroplastes et les mitochondries, l’énergie peut être puisée directement dans les gradients ioniques au travers d’une membrane.

 

Dans la glycolyse, l’ATP est formé par une phosphorylation au niveau du substrat

Une autre source possible est la phosphorylation au niveau des substrats et des composés solubles du cytoplasme. Ils sont transformés par des enzymes hydrosolubles sans qu’interviennent ni membrane, ni gradient. La glycolyse donne lieu à deux phosphorylations au niveau du substrat.

Le glycéraldéhyde 3 phosphate

G3P^2- + NAD⁺ + Pi^2-  1- 3 bis phospho glycérate + NADH + H⁺ .

 

Cette réaction nécessite 1,5 Kcal/molécule. Mais il est couplé avec la disparition du 1-3 bisphosphoglycérate pour donner du 3 phospho glycérate avec formation d’une molécule d’ATP. La réaction fournit 4,5 Kcal/molécule. On a au départ une réaction qui nécessite de l’énergie et qui au final met en réserve 3 Kcal / molécule. La somme de ces deux réactions est fortement exergonique. Chaque molécule de fructose 1-6 bisphosphate produit deux molécules de glycéraldéhyde 3 phosphate et une molécule de glucose va produire deux molécules d’ATP. Tous les produits sont présents dans le cytoplasme. Les étapes ultérieures de la glycolyse vont produire la liaison phosphate du phosphoénolpyruvate qui est une liaison riche en énergie. Ces deux exemples nous montre bien le processus par lequel se fait l’inter conversion chimique de molécules qui se couplent pour la formation d’ATP. L’utilisation complète du glucose fournira 32 molécules d’ATP. Les 30 autres molécules sont synthétisées dans la mitochondrie par des mécanismes totalement différents qui font appelle à des gradients de concentrations de protons à travers la membrane.

 

Certaines cellules d’eucaryotes et de procaryotes dégradent le glucose en l’absence d’O₂

La plupart des cellules eucaryotes sont des cellules aérobies strictes car elles ne survivent qu’en présence d’oxygène : elles vont catabolisées le glucose jusqu’à la formation de CO₂ en produisant ainsi une grande quantité d’ATP. Quelques cellules eucaryotes (certaines levures) sont capables de vivre en absence d’oxygène. Il existe donc un mécanisme anaérobie du glucose mais celui-ci ne fera pas intervenir les mitochondries. Le glucose n’y est pas entièrement convertit en CO₂ mais il produit un ou plusieurs composés possédant un ou plusieurs atomes de carbone de sorte que la production d’ATP par molécule de glucose soit beaucoup plus faible. Les levures qui peuvent fermenter le glucose en anaérobiose vont former deux molécules d’éthanol et deux molécules de CO₂. Il y a deux fois moins d’ATP produits. C’est cette fermentation qui est la base de l’industrie de la bière et du vin.

 

L’oxydation des glucides se termine dans les mitochondries, où la plus grande partie de l’ATP est produit

L’oxydation du glucose se termine dans la mitochondrie et c’est dans cette mitochondrie que se produit la majeure partie de l’ATP.

Le pyruvate formé dans le cytoplasme est transporté jusqu’à la mitochondrie où il est couplé à l’oxygène.

 

CH₃ - CO -COOH + 5/2 O₂  3 CO₂ + 2 H₂O

NADH _cyto + NAD⁺ _mit ->NAD⁺ _cyt + NADH _myt

 

Les deux molécules de NADH produites dans le cytoplasme vont réduire deux molécules de NAD à l’intérieur de la mitochondrie et le NADH de la mitochondrie va être oxydé par l’oxygène dans la mitochondrie pour donner du NAD⁺. Et ce sont toutes ces réactions d’oxydoréduction qui sont la source de la majorité de l’ATP produit dans la conversion du glucose. Dans le cycle complet, on obtient 30 molécules d'ATP (énorme). L'ATP sera utilisé parfois directement au passage de membrane ou en chaleur mais la mitochondrie est la centrale énergétique de la cellule.

 

Mitochondries et métabolisme des glucides et des lipides

 

Les membranes externe et interne de la mitochondrie diffèrent par leur structure et leur fonction

Les membranes externes et internes de la mitochondrie diffèrent par leur structure et leur fonction. Les mitochondries sont visibles au microscope optique. La mitochondrie comporte deux membranes tout à fait distinctes qui délimitent deux compartiments sous mitochondriaux et l’espace situé entre les deux membranes est nommé le compartiment central. Leur composition en protéine et en phospholipides est connu ainsi que l’endroit exact (membrane ou compartiment) où se déroule chacune des réactions mitochondriales. La membrane externe qui délimite le pourtour externe lisse de la mitochondrie, on y trouve des petits trous ménagés dans la membrane par des protéines : les porines. La partie externe de la membrane est du fait de ces pores donc tout à fait perméable aux petites molécules de poids moléculaires en général inférieure à 10 000 Da et donc particulièrement aux protons. C’est donc la membrane interne de la mitochondrie qui est la seule véritable barrière entre le cytoplasme et la matrice mitochondriale. La teneur en protéine de cette membrane interne et beaucoup plus élevé que celle de n'importe quelle autre membrane cellulaire et représente 76 % du poids total de la membrane. Il existe dans cette membrane interne la cardiolipine qui est un lipide particulier à cette membrane interne et on pense que c’est cette cardiolipine qui pourrait jouer un rôle dans la perméabilité aux protons, elle réduirait la perméabilité au proton. Cette partie de la membrane contient de nombreuses particules riches en protéines mobile dans le plan de la membrane et certaines sont servent au transfert d’électrons du NADH au FADH2 jusqu’à l’oxygène. Certaines autres particules sont des perméases qui permettent à des particules comme l’ADP ou des particules phosphorylées de passer du cytoplasme à la matrice.

Les réactions d'oxydation et de dégradation du pyruvate et des acides gras vont se faire dans la matrice et la paroi interne des mitochondries.

Ces processus complexes impliquent de nombreuses étapes que l’on peut schématiser en trois groupes :

 

1) l’oxydation du pyruvate ou des acide gras en CO₂. C’est une réaction qui va être couplé à la réduction de transporteur d’électron (NAD⁺ et FAD). Elle se déroule dans la matrice et dans des protéines de la membrane interne.

2) le transfert des électrons du NADH et du FADH₂ jusqu'à l'oxygène se fait à l’intérieur de la membrane interne. Il est couplé à la formation d’un gradient électrochimique de protons : la force proton motrice.

1. l’utilisation de l'énergie cumulée dans la force proton motrice pour la synthèse d’ATP. Cette synthèse est catalisée par la F₀F₁ATPase qui se situe dans la membrane interne.

 

Les procédés 2 et 3 font intervenir des protéines multimériques qui sont orientées d'une façon asymétrique dans la membrane mitochondriale interne. Les replies de la membrane interne augmente les procédés de synthèse de l'ATP.

 

En résumé, on a la transformation du glucose dans le cytoplasme puis passage à travers le feuillet externe de la mitochondrie et enfin, passage passif à travers la membrane interne de la mitochondrie.

Figure page 6

Tous les métabolismes sont liés entre eux, un blocage empêche tout de fonctionner.

 

L’acétyl CoA est un intermédiaire clé dans le catabolisme mitochondriale du pyruvate.

L’AcétylcoA est un intermédiaire dans le catabolisme mitochondriale du pyruvate. Le pyruvate va être produit dans le cytoplasme par la glycolyse et est transporté dans la matrice mitochondriale après avoir traversé les membranes par des perméase. L’oxydation complète du pyruvate en CO₂ et H₂O s’effectue à l’intérieur de la mitochondrie en utilisant l’oxygène qui sera l’accepteur final des électrons. A son arrivée dans la mitochondrie, le pyruvate va réagir avec la co-enzyme A et va donner du CO₂ et de l’acétyl Coenzyme-A. Cette réaction est fortement exergonique, elle va libérer 8 Kcal / molécule (dG°'=-8Kcal.mol^-1) : c’est une réaction irréversible car le CO2 est directement éliminé et le NADH va donner son énergie dans d'autres réactions. Cette réaction est catalysée par une enzyme : la pyruvate déshydrogénase qui est une enzyme parmi les plus complexes connues. C’est une enzyme géante de 30 nm de diamètre et d’un poids moléculaire de 4,6 millions Dalton : elle est plus grosse qu’un ribosome et faite de l'association de 60 monomères dans laquelle ont a isolé 3 enzymes distinct et des peptides de régulation et 5 types de coenzymes tous parfaitement ordonnés dans le complexe.

 

CH₃-CO-COO^- + HSCoA + NAD⁺ → CH3-CO-SCoA + CO2 + NADH dG°'=-8KCal.mol^-1

 

L'acetyl Coenzyme-A est le point d'entré dans le cycle de Krebs

Voir dans le poly les structures.

Le catabolisme des acides gras s’effectue dans la mitochondrie et fait aussi intervenir l’acétyl CoA

Les acides gras sont aussi catabolisés dans la mitochondrie : ils font aussi intervenir l’acétyl co-enzyme A. Les réserves de lipide de l’organisme sont constituées de tri acyl glycérol que l’on retrouve dans les cellules adipeuses. En réponse à certaines excitations hormonales comme l’adrénaline par exemple, ces triacylglycérols sont hydrolysés en acides gras et en glycérol.

 

Ces acides gras sont alors libérés dans la circulation sanguine, absorbés par des cellules et récupéré par d'autres cellules où ils seront oxydés et dégrades dans la mitochondrie. Chez l’homme, la dégradation des graisses est quantitativement plus importante comme source d’ATP que celle du glucose. L'oxydation d’un gramme de triacylglycérol en CO₂ fournit 6 fois plus d’ATP que la dégradation d’un gramme de glycogène. Une fois dans le cytoplasme, les acides gras libres vont se lier aux co-enzymes A pour former un acyl co-enzyme A (à n atones de carbone) dans une réaction exergonique couplée à l’hydrolyse de l’ATP avec la réaction ATP ->AMP+2Pi.

Le groupe acyl est ensuite transporté dans la matrice mitochondriale en traversant la membrane par l’intermédiaire d’une translocase et il est refixé dans la mitochondrie sur une autre molécule de co-enzyme A. Chaque molécule d’acyl co-enzyme A oxydée dans la mitochondrie produit une molécule d’acétyl co-enzyme A et une molécule d’acyl co-enzyme A. Ce dernier est amputé de deux atomes de carbones. En même temps, on a une molécule de NAD⁺ et une molécule de FAD qui sont réduites : cette réaction va se reproduire en cercle fermé sur ces acides gras par amputation successive de deux atomes de C jusqu‘aux derniers atomes de carbone retirés. On va jusqu’à l’hydrolyse complète de l’acide gras. Ceci pour former des molécules de NADH et de FADH2.

Une autre façon de former des molécules de NADH et de FADH₂ : dans le cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique.

Le cycle de Krebs est le tronçon final de l’oxydation des glucides et des lipides et c’est une suite complexe de neuf réactions. Il faut remarquer que l’oxygène n’intervient pas et qu’une seule région phosphoryle d’énergie élevée est formée.

 

CH3COSCoA + 3NAD⁺ + FAD + GDP^3- + 2Pi^2- + 2H2O

→ 2CO₂ + 3NADH + H⁺ + FADH₂ + GTP^4- + 2H⁺ + HSCoA

 

Les électrons sont transférés du NADH et du FADH₂ vers l’O₂ moléculaire par des protéines transporteurses d’électrons.

 

Les deux atomes de carbones de l’acétyl-coenzyme A seront oxydés en deux molécules de CO2 et en même temps, les électrons produits vont être transférés du NAD et du FAD pour former le NADH et FADH₂.

Le cycle débute par la condensation d’un groupe acétyl coenzyme A à une molécule à 4 C d’oxaloacétate. Le produit obtenu est un citrate à 6 atomes de C.

Dans les réactions 2 et 3, il y a influence de la cis-aconitate (enzyme unique = aconitase) qui va donner naissance, par accumulation d’une molécule d’eau à l’isocitrate. Au cours de la réaction 4, l’isocitrate va nous donner du a-cétoglutarate (molécule à 5 C seulement) donc élimination d’une première molécule de CO2. Et une molécule de NAD est transformée en NADH. Cet a-cétoglutarate va être transformé en succynyl-coenzyme A (à 4 C) en présence d’HS coenzyme A, formation d’une molécule de CO2 et formation d’une seconde molécule de NADH+H⁺. Ce succynyl coenzyme A va perdre son radical HS CoA pour donner la succinate (4C). Cette perte d’HS CoA formation de GDP en GTP. Ce succinate va se transformer en fumarate par perte de deux hydrogènes au niveau des carbones centraux. Ces hydrogènes se fixant sur FAD  formation de FADH₂. Ce fumarate en présence d’eau va donner du malate qui va perdre deux hydrogènes se fixant sur NAD  l’oxaloacétate. Puis possibilité de faire un autre cycle.

 

La plupart des enzymes et des petites molécules qui entrent dans ce cycle du citrate sont solubles en solution aqueuse et sont donc confinées dans la matrice de la mitochondrie. Trois produits font exception : la coenzyme A, l’acétyl coenzyme A et la succynyl coenzyme A car la coenzyme A possède un fragment hydrophobe qui est fixé dans la membrane mitochondriale alors que la partie acétyl et succynyl sont dirigées vers la matrice.

La concentration en protéine de la matrice mitochondriale est grande ce qui lui confère une consistance gélatineuse.

La succinate déshydrogénase qui catalyse la réaction 7 et l’a-cétoglutarate déshydrogénase qui catalyse la réaction, sont les deux seules enzymes logées dans la membrane de la mitochondrie.

Si on isole des mitochondries, si on les lyse, soit par des ultrasons, soit par lyse osmotique, toutes les enzymes non fixées à la membrane sont libérées sous forme d’un énorme complexe protéinique multienzymatique (on ne sait pas comment il intervient dans le cycle de Krebs : le produit de réaction d’une des enzymes passerait directement sur l’enzyme suivante sans diffuser dans la solution mitochondriale?), le produit des réactions passe sur un autre site pour effectuer la suite de la réaction, on ne change pas de protéine.

 

Le cycle aboutissant finalement à la conversion d’une molécule de glucose en 6 molécules de CO2, à la réduction de 10 molécules de NAD en NADH et de deux molécules de FAD en FADH₂.

L’oxygène de l’air (moléculaire) ne sert qu’à réoxyder les coenzymes réduites. Par contre, cette réoxydation ne peut pas se faire directement. Le NADH et le FADH₂ transfèrent leur paire d’électrons à des molécules acceptrices : molécules qui appartiennent à la membrane mitochondriale interne. Ces électrons vont passer successivement sur une série de transporteurs qui sont des protéines constitutives de la membrane interne.

Ces électrons vont passer par une série de transporteurs (schéma page 6) qui sont tous des protéine de la membrane interne, les électrons vont finir leur circuit sur l’ O₂ qui est l’accepteur final des électrons pour former une molécule d’eau.

 

NADH+H⁺+1/2O2 <=> NAD⁺+H2O avec DG = -52,6 Kcal/mole.

FADH2+1/2O2<=>FAD+H2O avec DG = -43,4 Kcal/molécule.

 

La transformation du NADH sur l’oxygène en NAD⁺ + H₂O est une réaction qui va donner un DG° négatif, il va donc fournir de l’énergie à la cellule. Le passage de FADH₂ en FAD + eau avec DG = -43 Kcal/molécule.

 

Donc l’oxydation de ces deux coenzymes sont des réactions très exergoniques de tel sorte que la majeure partie de l’énergie libérée par l’oxydation du glucose est sauvegardée sous la forme réduite de coenzyme.

Cette énergie récupérée par transfert d’électrons va suffire à alimenter la synthèse de plusieurs molécules d’ATP.

Pendant le transfert des électrons de NADH₂ à l’oxygène, des protons sont pompés en différents sites particuliers à travers la membrane mitochondriale et il va donc s’installer un gradient membranaire de protons. L’expulsion de cess protons (chargées positivement) à travers la membrane va produire un potentiel électrique qui existe entre les deux faces de la membrane interne, la matrice devenant négative par rapport à l’espace intermembranaire. Une partie de l'énergie libre récupérée par l’oxydation du FADH₂ ou du NADH est mise en réserve dans ce gradient de protons, et le retour des protons à l’intérieur de la mitochondrie est couplé à la synthèse d’ATP en présence de Pi.

Des vésicules fermées sont indispensables à la synthése d'ATP.

L’addition de substances comme le pyruvate ou le succinate à des mitochondries intactes provoque une synthèse non négligeable d’ATP qui n’a lieu que si la membrane interne n’est pas détruite.

Si l’on rajoute des traces de détergents qui rendent la membrane interne perméable (= destruction de la membrane interne), l’oxydation du pyruvate a toujours lieu mais il n’y a aucune synthèse d’ATP. Il n’existera alors ni gradient protonique ni potentiel électrique.

 

La force motrice protonique est la résultante d’un gradient de concentration de protons et d’un potentiel électrique de membrane

 

On en a donc déduit que la force proton motrice est la résultante d’un gradient de concentration de protons et d’un potentiel électrique de membrane. Que ce soit dans les chloroplastes, dans les bactéries ou dans les mitochondries, le flux transmembranaire des protons dans le sens de leur gradient de concentration est couplé à la synthèse d’ATP.

L’injection de protons dans la face interne de la membrane externe ne produira un potentiel électrique que si la membrane est très peu perméable aux anions (comme le chlorure). Ce passage de protons n’entraîne pas réellement de potentiel électrique, il n’empêche que le pompage de protons génère un gradient de pH (membrane externe). Pour la membrane interne qui est relativement perméable aux anions, il existe un potentiel électrique de membrane sur la membrane interne et le gradient de pH est moins élevé.

On a pu mesurer ce potentiel électrique entre les deux faces de la membrane interne qui atteint 200 mV.

Le complexe de l’ATP synthétase (F₀F₁) couple la synthèse de l’ATP au niveau de la membrane mitochondriale au flux de protons (figure page 12). Ce complexe est une protéine majeure de la membrane mitochondriale interne, c'est ce facteur de couplage : il comprend deux éléments principaux différents distincts : F1 et F0.

Le complexe F0 comprend les mêmes éléments quel que soit l’espèce que se soit dans les bactéries ou dans les mitochondries : il est composé de trois unités différentes a, b et c. Il existe selon les espèces en plus de 2 à 5 peptides additionnels qui ne sont pas correctement identifiés. La seule chose qui diffère entre les espèces sont les proportions.

Le complexe F1, qui est intracytoplasmique est constitué de 5 polypeptides différents a, b, g, e, d. Il est de conformation a3b3ged .

C’est la fixation de F1 sur F0 qui va permettre l’entrée des protons dans la cellule avec la formation d’un ATP (ADP + Pi). Dans la mitochondrie, le transfert d’électrons est couplé au pompage de protons (H⁺). mais, en anaérobiose, une préparation de mitochondrie n’oxyde pas le NADH ni les autres substances susceptibles de donner des électrons. En effet, l’accepteur final est l’oxygène mais en absence, la mitochondrie ne produit pas d’ATP. L’apport d’une petite quantité, même minime d’oxygène provoque l’oxydation d’une quantité double de NADH. Quand on effectue les mesures, on voit que le NADH a cédé deux électrons au lieu d’un et qu’un atome d’oxygène a été réduit. Quand on introduit une quantité limitante d’oxygène dans une suspension mitochondriale, le milieu s’acidifie parce que les protons s’accumulent dans l’espace intermembranaire. Ceci parce que la membrane est très perméable au protons et donc le pH du milieu baisse. On estime que dix protons seraient pompés à l’extérieur pour une paire d’électrons transférés. Les électrons font donc passer le NADH et le FADH₂ à l’oxygène en empruntant une chaîne de transporteur d’électrons. La plupart de ces transporteurs sont des groupes prosthétiques comme les flavine, les hèmes, dont le centre de la molécule est soit du fer, du soufre ou du cuivre. Un seul transporteur fait exception à la règle : l’ubiquinone qui est aussi la Co enzyme Q (CoQ).

 

RESUME

 

La combinaison d’un gradient de concentration de protons et d'un potentiel electrique a travers la membrane mitochondrial interne alimente la principale source d'energie servant a synthétiser l'ATP. La membrane des chloroplastes (= membrane thylacoïde) ou la membrane plasmique bactérienne alimentent la principale source d’énergie servant à la synthèse d’ATP. La résultante de ce gradient de pH et de ce potentiel est appelée la force proton motrice. Le complexe protéique F0/F1 catalyse la synthèse d’ATP. La structure de ce complexe est très semblable dans les trois systèmes : chloroplaste, bactérie et mitochondrie. F0F1 détaché = pas de synthése d'ATP. F0 est un complexe transmembranaire qui ménage un tunnel à protons réglable et F1, fortement attaché à F0 en activité renferme le site de transformation de l’ ATP en présence d'ADP et Pi (phosphate inorganique).

Dans le cytoplasme de cellules eucaryotes, le métabolisme du glucose suit en premier lieu la voie d’Embden Meyerhoff (voie de la glycolyse) qui va le transformer une molecule de glucose en deux molécule de pyruvate avec un gain de deux molécules d’ATP et la réduction de deux molécules de NAD+ en NADH.

Dans les cellules anaérobies, cette glycolyse ne s’arrête pas au niveau du stade pyruvate mais se poursuit jusqu’à la formation en lactate (acide lactique) ou en éthanol avec libération de CO2, et cette réaction produit également une réduction supplémentaire de NADH.

La majeure partie de l’ATP produit par les mitochondries et les bactéries aérobies résulte de l’oxydation du pyruvate en CO₂. Pyruvate → acetylCoA avec production de NADH et de FADH2. Sans AcoA, on ne pourrait pas bruler les graisses.

Le flux d’électrons du NADH ou du FADH₂ vers l’oxygène est couplé à l’éjection transmembranaire de protons de la matrice. Les principaux éléments de la chaîne de transfert d’électrons sont quatre complexes multiprotéiques qui sont chacun orientés de façon particulière dans la membrane mitochondriale interne. Le premier complexe est la succinate coenzyme Q réductase, puis il y a la NADH coenzyme Q réductase, ensuite la coenzyme Q dihydrogène cytochrome C réductase, et pour finir la cytochrome C oxydase (transfére les électrons a l'oxygène), qui sont les principales enzymes du transfert d’électrons.

Dans la mitochondrie, le passage de ces électrons au sein de ces trois dernier complexes est couplé à l’éjection de proton. Le coenzyme Q, fonctionne de façon réversible comme transporteur liposoluble d’électrons et de protons ceci grâce à sa mobilité dans toute l'épaisseur de la membrane. Comme la membrane mitochondriale interne est imperméable aux anions, la composante principale de la force proton motrice est le potentiel électrique membranaire qui atteint des valeurs près de 200 mV. La partie négative de la membrane étant tournée vers l’intérieur de la mitochondrie, cette force proton motrice est le moteur de la synthèse mitochondriale d’ATP. La conversion du glucose en pyruvate est sous une régulation serrée en grande partie par une inhibition allostérique de la phosphofructokinase. La voie d’Emden Meyerhof est inhibée par un excès d’ATP ou de NADH (principe de régulation en fit back).

La production de pyruvate est inhibée à l’oxydation mitochondriale du pyruvate.