Biochimie SNV, Li, FSB, USTHB LIPIDES -STRUCTURES ET PROPRIETES Section F
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LES LIPIDES Introduction: Les lipides sont communément appelés Corps gras (graisses, huiles). - Dans l'organisme humain les lipides forment de véritables réserves dans les cellules du tissu adipeux. -Quand ils sont sous forme de molécules complexes = les phospholipides, ils participent à la constitution de tous les systèmes membranaires. - Par ailleurs, les lipides peuvent avoir une activité biologique (stéroïdes, prostaglandines etc..) Définition: Ce sont des substances naturelles contenant dans leur molécule un ou plusieurs acides gras, sous forme d'ester (99% des cas) ou d'amide. R-COO-R' R-CO-NH-R' І – Les acides gras: Ce sont des acides aliphatiques comportant une fonction acide organique. Leur nombre de C≥4 Le plus petit acide gras et donc: 4CH3 - 3CH2 - 2CH2 - 1COOH → acide butyrique. On numérote les carbones à partir du carboxyle = C1 A - Classification des acides gras: - acides gras saturés - acides gras insaturés - acides gras spéciaux 1) Acides gras saturés: La forme la plus stable est celle en zigzag β CH2 CH2 CH3
CH2
COOH
CH2 α
Les plus communs sont: en C16 = l'acide palmitique CH3 – (CH2)14 - C- OH ║ O C18 = l'acide stéarique C20 = l'acide arachidique C24 = l'acide lignocérique 2) Acides gras insaturés: Possédant une ou plusieurs doubles liaisons. On a toujours l'isomère géométrique cis. H
∆
H COOH
CH3 2
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a) Acides gras monoéthyléniques: en C16 = l'acide palmitoléique CH3 – (CH2)5 - CH═ CH – (CH2)7 - CO2H 10 9 1 en C18 = l'acide oléique CH3 – (CH2)7 - CH═ CH – (CH2)7 - CO2H 10 9 1
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∆9-10
b) Acides gras diéthylénique: en C18 = l'acide linoléique ∆9-10 , 12-13 CH3 – (CH2)4 - CH═CH- CH2- CH═ CH – (CH2)7 – COOH 13 12 10 9 c) Acides gras triéthylénique: en C18 = l'acide linolénique D9-10 , 12-13 , 15- 16 CH3 – CH2 – CH ═ CH – CH2 - CH═CH- CH2 - CH═ CH - (CH2)7 – COOH 16 15 13 12 10 9 d) Acide gras tétraéthylénique. En C20 ═ Acide arachidonique ∆5 – 6 , 8 – 9 , 11 – 12 , 14 - 15 CH3 – (CH2)4 – CH ═ CH – CH2 – CH ═ CH – CH2 - CH ═ CH – CH2 – CH ═ CH – (CH2)3 -COOH 15 14 12 11 9 8 7 6 5 L'organisme humain peut synthétiser les acides gras monoinsaturés à partir des acides saturés. En revanche, il ne peut synthétiser les acides gras linoléiques et linoléniques. Ce sont donc des acides gras indispensables. 3) Acides gras spéciaux: B - Propriétés physiques des acides gras: 1) Fusion: - Les acides gras saturés dont le nombre carbone > 10 sont solides - Les acides gras saturés à nombre C < 10 sont liquides. - Tous les acides gras insaturés sont liquides. 2) solubilité: a) Des acides gras Les molécules d'acide gras sont bipolaires
CH3
CO2H Hydrophobe apolaire Hydrophile polaire L'hydrophobie de la molécule d'emporte sur l'hydrophilie. Les acides gras sont donc insolubles dans l'eau, solvant polaire. Ils sont solubles dans les solvants organiques.
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b) des savons Par saponification des acides gras, on obtient les sels alcalins de ces dernières. On les appelle encore les savons. R – COO - Na + R – COO - K + Le pôle COO – est plus polaire, plus hydrophile que le pôle COOH de l'acide gras. Il en résulte une plus grande solubilité des savons dans l'eau par rapport aux acides gras correspondants. Si l'on dissout dans l'eau un savon, il y a formation d'agrégats sphériques les micelles, constituant une émulsion.
Eau COO - R Un micelle en contact avec l’eau Les groupes polaires COO – sont à l'extérieur; les chaînes paraffiniques hydrophobes sont à l'intérieur constituant un nilieu totalement hydrophobe. Propriétés chimiques: 1) Liées à la fonction COOH: a) Formation de sels b) Formation d'esters R – COOH + R'OH→R – COOR' + H2O Les esters sont intéressants car ils permettent la séparation des acides gras en chromatographie en phase gazeuse. c) Formation d'amides. R – COOH + R'NH2 → R – CO – NH – R' d) Formation de thioesters R – COOH + R'SH→ R – CO – S – R' Thiol Si R'SH = Co ASH R –CO – S – CoA Il y a formation de thioester du coenzyme A=forme active des acides gras. 2) Liées à la double liaison: a) Hydrogénation catalytique Exemple: acide oléique → acide stéarique. C18 (monoinsaturé) C18 (saturé) b) Addition d'halogènes - CH ═ CH - → -CH – CH – ׀ ׀ I I Il y a fixation d'une molécule d'iode par double liaison. On appelle indice d'iode le nombre de grammes d'iode fixé par 100 g de graisses. → Permet la détermination du nombre de doubles liaisons. 4
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c) Oxydation de la double liaison. *par KMnO4 → coupure au niveau des doubles liaisons KMnO4 Exemple: R – CH –CH – CH2 – CH – CH – (CH2)n – CO2 H R – COOH + HOOC – CH2 –COOH + HOOC - (CH2)n – COOH Le nombre et la nature des composes obtenus nous renseignent sur le nombre de doubles liaisons et sur leur emplacement. * à l'air: Il y a vieillissement des acides gras, qui deviennent rances. II- Les lipides simples: Ne contiennent que C, H et O dans leur molécule A - Les glycérides: 1) Définition: Ils résultent de l'estérification par des acides gras d'un trialcool = le glycérol α CH2 OH ׀ β CH – CH ׀ α CH2 OH Glycérol
R1 – COO – CH2α
R1 – CO – ScoA +
R2 - CO – ScoA
R2 – COO
R3 - CO – ScoA
R3 – COO – CH2α
Acides gras sous forme active
–
CH β
Triglycéride
R1, R2 et R3= Saturés ou insaturés. Les triglycérides constituent 99% de nos réserves graisseuses. Remarque: Si l'estérification ne porte que sur 2 fonctions alcools du glycérol, on a des diglycérides. Exemples α CH2 – O – CO – R1 α CH2 – O – CO – R1 ׀ ׀ β CH - O – CO – R2 β CH -CH ׀ ׀ CH2 - OH α CH2 – O – CO – R1 α , β diglycéride α , α diglycéride Il existe également des monoglycérides. Les diglycérides sont des intermédiaires dans le métabolisme des diglycérides et des lipides complexes.
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2- Différentes réactions: a) hydrolyse enzymatique: R1 – COO – CH2 ׀ R2 – COO – CH + 3H2O ׀ R3 – COO – CH2
R1 – COOH R2 – CO2H +glycérol R2 – CO3 H
Triglycéride
3 acides gras
b) Saponification. Par KOH ou NaOH R1 – CO2— K+ Triglycéride + 3KOH R2 – CO2— K+ + glycérol R3 – CO2 — K+ 3 Savons On appelle indice de saponification, le nombre de mg de potasse qui saponifié un gramme de graisse ou d'huile. Plus les acides gras contenus dans les lipides auront beaucoup de carbones, plus l'indice de saponification sera petit→ Permet de déterminer la masse molaire (PM) c) Estérification par l'acide de phosphorique CH2 OH │ CHOH + H3 PO4 │ CH2 OH glycérol Inactif (pas de carbone asymétrique)
O ║ α CH2 – O – P – OH │ HO – CH* │ CH2 OH acide α L glycérophosphorique actif (car c β asymétrique)
+ H3 PO4 CH2 OH │ O │ ║ β CH – O – P – OH │ │ │ OH CH2 OH Acide β glycérophosphorique inactif L'acide α L glycérophosphorique entre dans le métabolisme des triglycérides et des lipides complexes.
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B - Les stérides: Ce sont des esters d'alcools = les stérols et d'acides gras. Les stérols sont des composés tétracyclique, possédant le squelette stérane.
HO Stérane
Cholestérol
Le cholestérol est le stérol le plus commun exemple de stéride L'oléate de cholestérol
CH3 – (CH2)7 –CH ═ CH - (CH2)7 - C - O ║ O Ester du cholestérol et de l'acide Oléique III- les Lipides complexes: A –Les glycérophospholipides 1) Définition: Les glycérophospholipides sont constitués par une molécule de glycérol estérifiée en α et β par 2 acides gras, la 3éme fonction OH en α étant estérifiée par l'acide phosphorique. Ce triester du glycérol s'appelle
l'acide phosphatique.
CH2 - O - CO – R1 │ R1 = radical acide gras saturé R2 – CO – O - CH R2 = insaturé │ O │ ║ CH2 – O – P – OH ║ OH acides libres acide phosphatidique Puis il y a estérification d'une fonction acide libre de l'acide phosphorique par un alcool conduisant à un glycérophospholipide.
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CH2 – O – CO R' α CH2 – O – ou – R1 │ R2 – COO – CH O │ α CH2 – O – P - OH │ OH
+ XOH alcool
→ R2 -COO -CH
O
CH2 – O – P – OX │ OH GlycérophosphoLipide
Acide phosphatidique 2) Classification selon la nature de l'alcool X OH a) alcool= inositol
Les glycérophospholipides s'appellent les inositides ou phosphatidyl inositol et possèdent la formule suivante: CH2 – O – CO R1 OH OH Acide │ OH + phosphaR2 – COO – CH O OH sidique │ ║ CH2 – O – P ——— O OH OH │ CH OH OH OH OH OH b) Alcool= aminoalcool: Serine, colamine ou choline NH2 – CH – CH2 – OH Serine │ CO2 NH2 – CH2 – CH2 –CH éthanolamine ou colamine 3
Méthylations CH3 + CH3 —N – CH2 – CH2 OH Choline CH3
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Aminoalcool═ choline Le lipide complexe est la phosphatidyl choline ou lécithine.
A1 ↑ A2 CH2 – O – CO – R1 ↑ │ ↓ R2 – COO – C-H O ↓ │ ↑ ║ ↑ + CH3 α CH2 - O – P - O – CH2 - CH2 –N — CH3 ↓ │ ↓ CH3 C OH D Lécithine
Phospholipase A2
CH2 – O – CO -R │ HO -CH O │ ║ + CH2 – O – P – O – CH2 – N – (CH3)3 │ OH Lysolécithine
Hydrolyze enzymatique des lécithines: - Ce sont des estérases qui coupent soit les esters carboxyliques soit les esters phosphoriques. - On distingue les lipases qui coupent les di et tri-glycérides, notamment en milieu intestinal pour la coupure des graisses et des huiles .Elles sont sécrétées par le pancréas.(en 3 étapes: 2rapides et une lente voir glycérides) Les phospholipases (PL) clivent spécifiquement les phosphoglycérides de configuration naturelle.Tous ont comme co-facteur le Ca++, à l'exception de la phospholipase A1. On retrouve ces PL dans les organismes vivants (mammifères, bactéries, plantes) en particulier la PLA2 est retrouvée dans le venin de serpent et d'abeille, de même que dans le pancréas des mammifères. Elles existent sous différentes isoformes. La PLA2 a un rôle biologique très important dans la genèse de la libération d'acide arachidonique:(Aa) à partir des phospholipides membranaires. L'Aa est l'anabolite des prostaglandines et leucotriènes. Le phosphatidyl insitol diphosphate est le substrat de la PLC, libérant un inositol triphosphate (IP3) et un diacylglycérol (DAG) qui sont des seconds messagers très fondamentaux (contrôle du flux de Ca++ dans la cellule). PLD: voir action sur le schéma. 9
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3- Les sphingolipides: 1/ Définition: Ce sont des phospholipides dans lesquels le glycérol est remplacé par la sphingosine. CHOH - CH═ CH – (CH2)12 –CH3 │ CH – NH2 │ CH2 – OH Sphingosine ou Sphingogénine Cette sphingosine forme une liaison amide avec l'acide lignocérique, conduisant à une céramide CHOH - CH═ CH – (CH2)12 –CH3 │ CH – NH – CO – (CH2)22 –CH3 │ CH2OH Céramide (qui s’unit par sa fonction alcool I aire à ≠ composés pour donner un sphingolipide) 2/ Classification: - La sphingomyéline La fonction alcool primaire de la céramide est estérifiée par l'acide phosphoique, lui-même estérifié par la choline. CHOH - CH═ CH –R │ CH– NH – CO – R' │ O + CH2 - O – P – O – CH2 - CH2 –N – (CH3)3 OH La sphingomyéline constitue la gaine des nerfs. -Les cérébrosides Ils contiennent dans leur molécule un ou plusieurs oses. L'ose le plus fréquent est le galactose. CHOH – CH ═ CH – R │ CH – NH – C – R' ║ O CH2 CH2OH
Cérébrogalactoside
Liaison osidique On les rencontre dans le cerveau. 10
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Les glycolipides: On les appelle couramment les lipides contenant du sucre. Dans les cellules animales, ils dérivent de la sphingosine et du cérébroside et sont retrouvés dans la myéline notamment. On en distingue deux groupes: 1/ Les cérébrosides : qui ont comme tête polaire un monosaccharide, D-Glucose ou D- Galactose. 2/Les gangliosides: qui ont comme tête polaire un oligosaccharide complexe. Ils dérivent d'une succession d'unités monosaccharides et dans un ordre défini, par exemple : -Du D-Glucose ou D-Galactose -Du D-Galactose auquel sont rattachés deux unités: - Acide N-acétylneuraminique (N.A.N.A) - N-acétylgalactosamine. Sur cette dernière peut être accroché un monosaccharide classique, le D-Galactose. On a identifié quelques 60 gangliosides se différenciant par les structures monosaccharides. Les lipoprotéines Le cholestérol et les autres lipides sont transportés vers des cibles spécifiques par les lipoprotéines qui sont classées suivant leur densité croissant en: VLDL: lipoprotéines à très basse (low) densité LDL: à basse densité HDL: à haute densité Leur structuration en est complexe et hors programme. par contre, le taux de LDL dans le sang est extrêmement important. Son taux élevé signifie un mauvais fonctionnement des récepteurs correspondants et entraîne un dépôt de cholestérol dans différents tissus.
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