Cours ifsi - Biologie fondamentale - les lipides (partie 1)

La biologie fondamentale (UE 2.1 S1) est un enseignement dense mais néanmoins indispensable aux étudiants en soins infirmiers. Bonne lecture et bon travail d'assimilation !

1. Généralités

Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants. Elles sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques (méthanol, acétone…). Elles sont principalement constituées de carbone, d'hydrogène et d'oxygène et ont une densité inférieure à celle de l'eau.

Un lipide est une molécule :

• Soit complètement apolaire (lipide neutre),
• Soit bipolaire, molécule amphiphile (ou amphipathique), avec une tête polaire liée à une chaîne fortement apolaire (queue).

Les lipides peuvent se présenter à l'état solide, comme dans les cires, ou liquide, comme dans les huiles. Les lipides sont les substances les plus riches en hydrogène et l'oxydation d'un gramme de lipide apporte 9Kcal.

2. Classification biochimique

On distingue :

• Les acides gras saturés et insaturés,
• Les lipides neutres : triglycérides,
• Les lipides membranaires,
• Phospholipides et sphingolipides,
• Cholestérol et stéroïdes.

2 1. Les lipides de réserve

2 1 1. Les acides gras

Les acides gras sont les unités de base des lipides de formule générale R - COOH. R = hydrocarbure à nombre variable de carbone qui donne le caractère "gras".

2 1 1 1. Les acides gras saturés

Un acide gras saturé est un acide gras dont tous les atomes de carbone sont saturés en hydrogène. Chaque carbone porte le maximum d'hydrogènes possible. On ne peut pas ajouter d'hydrogène à la molécule ; elle est saturée. Toutes les liaisons entre les carbones sont simples (pas de liaisons doubles carbone-carbone).

Les acides gras saturés se trouvent notamment dans les graisses animales (lait, fromage, beurre, viande, lard, etc.) mais aussi dans l'huile de coco et de palme. Ils ont tendance à être solide à température ambiante.

Chaque acide gras saturé possède en général deux noms :

• Un nom commun qui rappelle souvent son origine. Par exemple, l'acide caproïque (du latin " capra ", chèvre) se trouve dans le lait de chèvre ;
• Un nom systématique décrivant sa structure (nombre de carbones, nombre d'insaturation, etc) et issu de la nomenclature chimique : acide (radical du nombre de carbone) anoïque où :
• Le radical correspond au nombre d'atomes de carbone de l'acide gras : "ane" indique qu'il s'agit d'un alkane, "oïque" qu'il s'agit d'un acide carboxylique.

Exemples : acide formique ou acide méthanoique. Acide acétique ou acide éthanoique

2 1 1 2. Les acides gras insaturés

Un acide gras insaturé est un acide gras qui comporte une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone. Il est possible de rompre une de ces liaisons pour ajouter des atomes d'hydrogène à l'acide gras. On parle d'acide gras mono-insaturé lorsqu'il n'y a qu'une seule double liaison et d'acide gras, poly-insaturé lorsqu'il y en a plusieurs. Les acides gras poly-insaturés sont notamment d'origine végétale.

Nomenclature :

• Le nombre de carbone de l'acide gras,
• Le nombre de doubles liaisons,
• La position,
• La configuration (cis ou trans). Les termes de configuration cis et trans sont dus au fait que la double liaison carbone-carbone -HC=CH- peut adopter deux organisations différentes dans l'espace ,
• Lorsque les hydrogènes H sont du même côté, la liaison est dite "cis",
• Lorsqu'ils sont de part et d'autre de la double liaison, la liaison est dite "trans".

Exemples :

• Acide gras mono-insaturés,
• Acide palmitoléique,
• Acide oléique,
• Acide érucique,
• Acide nervonique ,
• Acide gras poly-insaturés,
• Acide linoléique,
• Acide α-linolénique,
• Acide γ-linolénique,
• Acide di-homo-γ-linolénique,
• Acide arachidonique.

La plupart des huiles végétales sont riches en acides gras insaturés, notamment les huiles de colza, de maïs et d'olive. Les exceptions sont les huiles de palme et de coco qui sont saturées. Les corps gras riches en acides gras insaturés ont tendance à rester à l'état liquide à température ambiante.

Les acides gras insaturés cis des séries oméga-3, oméga-6 et oméga-9 comprennent plusieurs acides gras essentiels. Par exemple, l'acide linoléique, l'acide linolénique et l'acide arachidonique sont des acides gras essentiels chez l'homme.

2 1 1 3. Les acides gras essentiels

L'organisme des mammifères est capable de synthétiser des acides gras à partir de l'acide oléique. Cependant, ce n'est pas le cas de certains acides gras à 18 atomes de carbone contenant plusieurs doubles liaisons : ils ne sont fabriqués que par des bactéries ou des végétaux.

Les mammifères ne peuvent donc les obtenir que par leur alimentation. On les appelle acides gras essentiels.

Chez l'homme, deux acides gras essentiels se distinguent par l'importance de leur rôle :

• L'acide linoléique que l'on peut trouver dans certaines huiles (huile de colza, huile de soja, huile de noix),
• L'acide α-linolénique, que l'on peut trouver dans les graines et l'huile de lin, les noix…

Ni l'homme, ni l'animal ne sont capables de les synthétiser, mais l'un et l'autre peuvent ajouter à ces deux acides gras indispensables des doubles liaisons supplémentaires, entre la dernière double liaison et la fonction carbonyle en 1(COOH), et allonger la chaîne de carbones à cette extrémité.

L'acide α-linolénique (ALA) est le précurseur de la famille des oméga-3. Il a un rôle essentiel dans la biogénèse des membranes et facilite la croissance et le développement. L'acide linoléique (AL) est le précurseur de la famille des oméga-6. Il intervient dans la croissance et le développement. C'est un constituant des phospholipides membranaires.

2 1 1 4. Les lipides neutres

Le glycérol (molécule à 3 fonctions alcool), réagit avec 1 ( 2 ou 3) acide gras (estérification).

2 1 5. Les triglycérides

Les triglycérides (également appelés triacylglycérols ou triacylglycérides ou TAG) sont des glycérides dans lesquels les trois groupements de  glycérol sont estérifiés par des acides gras. Ils sont le constituant principal de l'huile végétale et des graisses animales.

En chimie, la fonction "ester" désigne un groupement d'atomes formé d'un atome de carbone lié simultanément à un atome d'oxygène par double liaison, à un groupement O-R' et à un groupement H ou R. Ils ont un rôle fondamental : ils sont une réserve d'énergie très importante (énergie grâce aux acides gras, réserve grâce au glycérol). Les triglycérides sont hydrolysables, les acides gras peuvent donc être libérés.

Cette réserve d'énergie est stockée dans les cellules adipeuses.

2 2. Les lipides membranaires

2 2 1. Phospholipides

Les phospholipides sont des lipides possédant un groupe phosphate, autrement dit, il s'agit d'un assemblage de deux acides gras, de glycérol et de phosphate.

Chacun des phospholipides est organisé en deux régions :

• Région hydrophobe (= partie apolaire) constituée par les deux chaînes d'acides gras,
• Région hydrophile (= partie polaire) constituée par le reste de la molécule.

Les phospholipides ont une manière très particulière de s'organiser en présence d'eau. Selon les conditions (proportions relatives eau/lipides), différentes structures peuvent se former dont les plus représentatives sont les micelles et les bicouches.

Les membranes plasmiques sont des bicouches bilipidiques avec les deux régions hydrophiles à l'extérieur de la membrane et les deux régions hydrophobes au milieu de la membrane. Les phospholipides sont rangés parallèlement les uns aux autres formant deux couches orientées tête-bêche.

Cette organisation structurale permet à la membrane d'avoir un rôle de barrière hydrophobe entre les deux compartiments hydratés: le milieu extracellulaire et le cytosol.

Les phospholipides se subdivisent en:

• Glycérophospholipides (constituants majoritaires) ;
• Sphingophospholipides.

2 22. Cholestérol et stéroïdes

Le cholestérol possède un groupement polaire et un groupe stéroïde. Dans les membranes des cellules eucaryotes, il y a environ une molécule de cholestérol pour une molécule de phospholipide.

Ces proportions peuvent être modifiées, ce qui a pour conséquence  de changer la fluidité de la membrane : plus les molécules de cholestérol sont nombreuses, moins la membrane est fluide.

Le cholestérol représente environ 35% des lipides de la membrane plasmique alors qu'il ne représente que 5-7% des lipides des membranes mitochondriales.

Tous les stéroïdes partagent la même structure de base, le noyau stérol. Le plus abondant et le plus connu des stéroïdes est le cholestérol. Certaines hormones comme la cortisone, les oestrogènes ou la testostérone sont aussi des stéroïdes. Ces hormones sont fabriquées à partir du cholestérol.

Le cholestérol, malgré sa mauvaise réputation, est essentiel à notre santé :

• Il s'associe aux phospholipides pour former les membranes des cellules animales (il n'y a pas de cholestérol chez les végétaux),
• Il sert à former différentes molécules essentielles comme les hormones stéroïdes, la vitamine D ou les sels biliaires (ces derniers sont contenus dans la bile : ils aident à la digestion des lipides dans l'intestin).

Puisque le cholestérol est un lipide, il ne peut pas se mélanger à l'eau. Alors, comment peut-il se déplacer dans le corps s'il ne se mélange pas à l'eau du sang ou du liquide interstitiel ?Il le fait en s'associant à des protéines et des phospholipides. Chaque petite goutte de cholestérol s'entoure d'une pellicule formée d'une molécule d'épaisseur de phospholipides.

Les parties hydrophobes des phospholipides sont dirigées vers l'intérieur de la sphère (côté lipides) alors que les parties hydrophiles sont dirigées vers l'extérieur (côté eau). La sphère est soluble dans l'eau puisque toute sa surface est hydrophile (le côté hydrophile des phospholipides). On retrouve aussi des protéines en nombre variable associées aux phospholipides. Ces structures sont appelées lipoprotéines. Plus la lipoprotéine contient de protéines, plus sa densité est élevée.

On distingue couramment deux types de lipoprotéines :

• Les HDL (Hight Density Lipoprotein) (on dit aussi bon cholestérol),
• Les LDL (Low Density Lipoprotein) (on dit aussi mauvais cholestérol.

Les apolipoprotéines sont les protéines associées aux phospholipides. Elles permettent à la lipoprotéine de se fixer à la membrane d'une cellule. Une fois celle-ci fixée, elle sera "englobée" par la membrane de la cellule.

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