– UE VII : – Biochimie, métabolisme des... 2015-2016 Métabolisme des lipides

2015-2016
Métabolisme des lipides
Nom du cours
– UE VII : – Biochimie, métabolisme des lipides
suite de cours
Semaine : n°8 (du 26/10/15 au
30/10/15)
Date : 29/10/2015
Heure : de 8h00 à
9h00
Binôme : n°45
Professeur : Pr. Brousseau
Correcteur :n°b44
Remarques du professeur
- « je ne suis pas un grand fan de la synthèse des glycérophospholipides et des sphingolipides, sousentendu ce n'est pas la peine de trop s'y attarder »
-«la synthèse du cholestérol est beaucoup beaucoup beaucoup plus intéressante »
PLAN DU COURS
II) Métabolisme des AG
A)B) Biosynthèse des AG
B)
3) Synthèse des triglycérides et des glycérophospholipides
- Etape commune
- Synthèse des TG
- Synthèse des Glycérophospholipides ;
a) Synthèse des phosphatidylcholines et des phosphatidyléthanolamines
b) Synthèse des phosphatidylsérines
c) Synthèse des phosphatidylinositols
4) Synthèse des sphingolipides
- Etape commune (synthèse des céramides)
5) Métabolisme du cholestérol
- Biosynthèse du Cholestérol
- Catabolisme du Cholestérol (synthèse des acides biliaires)
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Métabolisme des lipides
II) Métabolisme des AG
C)B) Biosynthèse des AG
3) Synthèse des triglycérides et des glycérophospholipides
1- ÉTAPE COMMUNE
On regroupe ces deux types de lipides car ils sont construits autour d'un squelette identique : le
glycérol.
Ils vont alors avoir une partie commune de leurs synthèses.
L'un des précurseurs de cette synthèse, pour la partie du squelette (c'est à dire le glycérol) est fourni
pour l'essentiel par la glycolyse, par l'intermédiaire de la 3-P-dihydroxy-acétone.
La 3-P-dihydroxy-acétone va être réduite au niveau de sa fonction cétone en une fonction alcool, (les
électrons étant fournis par NADH2), par la glycérol-3-P déshydrogénase
Cela donne le 3-P-glycérol.
On peut se procurer également du 3-P-glycérol au niveau hépatique, en utilisant le glycérol provenant
du tissu adipeux. En effet au moment de la lipolyse le tissu adipeux libère du glycérol car on mobilise les
acides gras du tissu adipeux, on hydrolyse les liaisons esters entre la partie glycérol et les acides gras du
tissu adipeux. Ce glycérol libéré ne peut alors être estérifié directement pour reformer des triglycérides, il
faut le faire repasser par l'hépatocyte. Une fois dans l'hépatocyte le glycérol va être phosphorylé par un
glycérol kinase pour donner du 3-P-glycérol.
On possède donc deux sources de 3-P-glycérol, soit au niveau de la glycolyse avec la réduction de la 3P-dihydroxy-acétone, soit au niveau hépatique en phosphorylant du glycérol.
Les deux fonctions -OH du 3-P-glycérol vont être estérifiées par 2 acides gras, activés par leurs liaison
au CoA, donc par 2 acides CoA, par la glycérol phosphate acyltransférase.
On obtient des molécules de glycérol estérifiées par 2 molécules d'acide gras (qui peuvent être de
nature différente): les Acides Phosphatidiques. Ils peuvent servir comme tel, ou alors comme précurseur
de la synthèse des glycérophospholipides ou des triglycérides.
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2- SYNTHÈSE DES TRIGLYCÉRIDES
On voit bien que ce qui nous manque, c'est un acide gras sur le carbone 3.Il va donc falloir dans un
premier temps dé-phosphoryler les acides phosphatidiques.
Les acides phosphatidiques peuvent être dé phosphorylés au niveau du carbone 3 par une phosphatase
pour former des Diglycérides.
La fonction OH est remplacée par un acide gras (activé par sa liaison au CoA), grâce à une Diglycéride
acyltransférase qui estérifie la 3 ème liaison permettant d'obtenir des Triglycérides.
3- SYNTHÈSE DES GLYCÉROPHOSPHOLIPIDES
Les glycérophospholipides ont le même squelette que les triglycérides, c'est le glycérol. On part donc
de la fin de l'étape commune de synthèse c'est à dire des acides phosphatidiques.
a) Synthèse des phosphatidylcholines et des phosphatidyléthanolamines
Ici, comme pour les triglycérides, une phosphatase va agir sur les Acides Phosphatidiques, ce qui libère
la dernière fonction OH donnant des Diglycérides. On va alors, non pas comme précédemment fixer un
troisième acide gras mais de la choline ou de l'éthanolamine permettant d'obtenir :
•phosphatidylcholine
•phosphatidyléthanolamine
La liaison de la choline ou de l'éthanolamine avec la CDP leur permet d'être activées et réactives.
L’éthanolamine et la choline arrivent donc sous forme active grâce à leur liaison avec CDP. On va
transférer la partie phospho-choline ou phospho-éthanolamine. Cette réaction libère du CMP.
b) Synthèse des phosphatidylsérines
Les phosphatidyléthanolamines servent de précurseur immédiat à la formation des
phosphatidylsérines grâce à une enzyme échangeuse de base afin d'échanger l'éthanolamine contre de
la sérine.Cette réaction est réversible, on peut donc obtenir de la phosphatidyléthanolamine à partir de
phosphatidylsérine grâce à la même enzyme.
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c) Synthèse des phosphatidylinositols
Jusqu'à présent on partait d'un acide phosphatidique et on apporter la choline ou l'éthanolamine
sous forme activée, ici on va faire l'inverse: on va d'abord activer l'acide phosphatidique. Cette activation
se fait grâce au CTP, de celui-ci, se fixe la partie CMP sur le groupement phosphate, ce qui engendre la
formation de CDP-diacylglycérol. On a donc deux groupements phosphate avec de l'énergie au milieu.
Et c'est sur ce CDP-diacylglycérol qui correspond à un diglycéride activé que l'on va pouvoir fixer
l'inositol pour former le phosphatidylinositol.
4) Synthèse des sphingolipides
1-
ÉTAPE COMMUNE
(SYNTHÈSE DES CÉRAMIDES)
Chez les sphingolipides le squelette n'est plus le glycérol mais la sphingosine.
Pour arriver à la formation de ce squelette on part de molécules très simples:
•1 AA: la sérine
•1 AG à 16C: le Palmityl activé par sa liaison au CoA
Dans une première étape on va condenser la Sérine et le Palmityl CoA. Cette condensation se fait
entre le carbone ( -CO ) de l'acide palmitique et le carbone 2 de la sérine. On libère ici une fonction
carboxylique, donc cette condensation s'accompagne d'une décarboxylation.
Cela ressemble beaucoup dans l'organisation à ce que serait un monoglycéride, c'est à dire à une
molécule qui serait architecturée autour du glycérol et qui porterait une molécule d'acide gras, une
fonction -OH , et une fonction amine. Ce qu'on entend par là, c'est que les glycérophospholipides et les
sphingolipides ont l'air d'être extrêmement différents et c'est le cas d'un point de vue chimique mais en
revanche dans leur organisation dans l'espace ils sont assez proches.
Il y a ensuite une réduction de la fonction alcool puis une déshydrogénation qui forme la double
liaison de la sphingosine. Enfin grâce à une réaction d'amidification on fixe une molécule d'acide gras
sur notre sphingosine. Encore une fois ici, l'acide gras arrive sous forme activée grâce à sa liaison au
CoA. La réaction est assurée par une 4-sphingénine acyltransférase. On obtient un céramide. Les
céramides sont les premiers représentants des sphingolipides.
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2- SYNTHÈSE DES DIFFÉRENTS SPHINGOLIPIDES
On part de la céramide et on occupe la dernière fonction -OH en fixant:
–de la phosphocholine ou de la phosphoéthanolamine pour arriver aux sphingomyélines. La
phosphocholine et la phosphoéthanolamine, on va aller les chercher dans les glycérophospsolipides
correspondant, c'est à dire au niveau des phosphatidylcholines et des phosphatidyléthanolamines.
–du glucose ou ose complexe pour arriver aux gangliosides.
–du glucose ou galactose pour arriver aux cérébrosides puis aux sulfamides. Cette fois ci, les oses sont
activés par une liaison à l'UDP.
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5) Métabolisme du cholestérol
1- BIOSYNTHÈSE DU CHOLESTÉROL
Toutes les cellules de l'organisme sont capables de synthétiser du cholestérol, synthèse
ubiquitaire, réalisée dans le cytoplasme. Cette biosynthèse passe par une étape clée assurée par l'HMG
CoA réductase. Cette enzyme est une cible très importante pour l'industrie pharmaceutique car elle
représente un chiffre d'affaire très important. On parle des inhibiteurs de l'HMG CoA réductase mais
appelés également les statines. Ils sont actuellement les plus puissants pour leurs effets
hypocholestérolémique. Les statines bloquent la synthèse du cholestérol, ce sont des molécules
hypocholestérolémiantes
Le cholestérol possède 4 cycles et une chaîne latérale à 27C. Il est formé exclusivement à partir d'un
précurseur étant l'Acétyl CoA.
La 1ère étape revient à condenser entre elles 2 molécules d'acétyl CoA, réaction assimilée à une
réaction de Thiolyse, grâce à une Thiolase, cela forme une molécule à 4C: l'acétoacétyl CoA. Cette
étape libère un CoA.
Ensuite l'acétoacétyl CoA est condensé à une 3ème molécule d'acétyl CoA permettant de former
le béta-hydroxyméthylglutaryl CoA(= HMG CoA).Cette réaction est possible grâce à HMG CoA
synthase.
Sur le carbone béta on trouve une fonction hydroxyle et une fonction méthyl, d'où la nomenclature.
L'HMG CoA est ensuite réduite sur sa fonction cétone, cela étant assuré par l'HMG-CoA
réductase, ce qui permet de fabriquer l'acide mévalonique. Cette étape libère le CoA.
 C'est l'étape d'engagement de l'HMG CoA dans la synthèse du cholestérol, car l'HMG CoA
permet également de partir vers la formation de corps cétoniques
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La régulation de la chaîne de cholestérol se fait essentiellement par une régulation de l'HMG CoA
réductase étant l'étape d'engagement, en effet cette enzyme est la cible d'inhibiteur de la synthèse du
cholestérol comme par exemple les statines.
L'acide mévalonique qui est un composé à 6C va être décarboxylé, pour couper la liaison
covalente il faut attirer les électrons grâce à la fixation de groupe phosphate sur les groupements OH
(grâce à 3 ATP pour leurs groupements phosphates). La forte électronégativité des groupements
phosphates permet le clivage de la liaison et donc la décarboxylation.
On forme un composé à 5C: l'isopentényl-pyrophosphate
Ce composé possède un isomère qui se distingue par la position de la double liaison: le Diméthyl-allylpyrophosphate dont on va avoir besoin aussi. On passe d'un isomère à l'autre grâce à l'IPPP isomérase.
Par la décarboxylation de l'acide mévalonique on obtient des molécules à 5C, on va ensuite les
polymériser.
Premièrement, on condense les 2 isomères à 5C pour former un Géranyl Pyrophosphate à 10C.
Deuxièmement, on condense un Géranyl Pyrophosphate avec une molécule d'isopentényl pyrophosphate
à 5C formant le Pharnesyl Pyrophosphate à 15C.
Troisièmement, on condense 2 molécules de pharnésyl pyrophosphate à 15C pour former un composé à
30C appelé le Squalène. L'organisation du squalène 30C dans l'espace donne l'ébauche des 4 cycles du
cholestérol ainsi que la chaîne latérale.
Pour obtenir du cholestérol, il faut alors:
•fermer les cycles
•réduire le nombre d'atome de carbone ( 30 – 27 = 3 décarboxylations )
•réorganiser les doubles liaisons (car dans le cholestérol il y en a une seule entre C5 et C6 dans le cycle
B)
Par toute une série de réactions que l'on ne va pas détailler on obtient alors le cholestérol.
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–La Régulation :
Il existe 2 niveaux de régulation de synthèse du cholestérol :
- Le premier niveau de régulation se fait au niveau de l'HMG CoA réductase, au niveau protéique,
enzymatique.
- Le deuxième niveau de régulation se fait au niveau de l'expression du gène de l'HMG-CoA par
la voie: INSIG/SCAP/SREBP
Régulation des activités enzymatiques:
Dans les cellules l'HMG CoA existe sous 2 formes:
•Forme phosphorylée = forme inactive ( grâce à une kinase )
•Forme déphosphorylée = forme active ( grâce à une phosphatase )
Un couple de phosphatase et kinase permet de jongler de la forme active à la forme inactive
Le précurseur unique de la formation du cholestérol dans le cytoplasme c'est l'actéyl CoA. Lors
d'un apport énergétique important on récupère beaucoup d'acétyl CoA qui va entrer dans le cycle de
Krebs, mais une partie de l'excès est utilisé dans le cytoplasme pour former du cholestérol.
L'insuline étant le meilleur marqueur d'un apport énergétique important, elle va donc activer la
phosphatase et activer l'HMG CoA réductase en la déphosphorylant lors d'apport élevé.
Lors d'apports faibles, le glucagon active la kinase et désactive l'HMG-CoA
En résumé:
–insuline → active phosphatase → active HMG-CoA
–glucagon → active kinase → désactive HMG-CoA
Régulation de l'expression du gène de l'HMG-CoA par la voie: INSIG/SCAP/SREBP:
Ici on va agir sur la quantité d'HMG-CoA réductase.On va donc agir sur la transcription du gène de
l'enzyme.
On met en place un mécanisme dont le principe est:
Peu de cholestérol → transcription
Beaucoup de cholestérol → pas de transcription
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Le cholestérol existe dans la cellule sous 2 formes:
•Estérifée
•Libre
La forme estérifiée est une forme hydrophobe contenue dans des gouttelettes lipidiques, c'est sa
forme de stockage dans la cellule. Cependant les capacités de stockage sont saturables, l'excès de
cholestérol dans une cellule va se présenter sous une forme libre.
Remarque: si les réserves sont saturées, la forme libre n'étant pas estérifiée et étant amphiphile, elle
se trouve donc dans les membranes. Donc plus l'excès de cholestérol est important, plus la forme libre
est importante, plus il y a de cholestérol libre dans la membrane.
 Le contenu en cholestérol des membranes est un excellent reflet de la quantité réelle de
cholestérol dans l'organisme. C'est cela qui va être mon signal pour la régulation.
Mécanisme: Si on beaucoup de cholestérol libre dans la membrane cellulaire, on en a tout autant dans
la membrane du RE. Dans celle-ci on trouve les protéines nécessaires à la régulation de la
transcription.
Ces protéines sont au nombre de 3: INSIG, SCAP et SREBP. Ces 3 protéines sont enchâssées dans la
membrane du réticulum endoplasmique et elles sont capables d'interagir entres elles:
- SCAP et SREBP interagissent par leur extrémité carboxy-terminale.
- INSIG interagit avec SCAP. Tant qu'ils sont liés, INSIG séquestre SCAP-SREBP dans la membrane du
RE.
La conformation dans l'espace de ces protéines dépend de leur environnement, or ces protéines sont
dans une membrane plus ou moins riche en cholestérol libre, donc la conformation de INSIG, SCAP et
SREBP ( en particulier celle de SCAP ) dépend de la concentration en cholestérol libre.
Tout est organisé pour que:
–S'il y a beaucoup de cholestérol libre dans la membrane, INSIG interagit avec SCAP qui interagit avec
SREBP qui va alors retenir les protéines dans la membrane du RE.
–Si il n'y a pas beaucoup de cholestérol libre dans la membrane, s'opère un changement de conformation
de SCAP qui perd contact avec INSIG, alors le complexe SCAP-SREBP peut migrer dans l'appareil de
Golgi, il n'est plus séquestré dans la membrane du RE.
Dans l'appareil de Golgi on trouve beaucoup de protéases qui sont capables de cliver SREBP
au niveau de la jonction d'un domaine cytoplasmique et de l'extrémité amino-terminale. Ce clivage va
libérer l'extrémité amino-terminale. Cette extrémité libérée dans le cytoplasme va adopter la
conformation d'un facteur de transcription, puis elle va être capable de transloquer jusqu'au noyau et
de venir se fixer et reconnaître des séquences de nucléotides spécifiques (appelé aussi éléments de
réponse) activant la transcription du gène situé à proximité. On trouve des séquences de nucléotides
spécifiques reconnues par l'extrémité amino-terminale de SREBP, près du promoteur du gène codant
pour HMG CoA réductase.
En résumé:
Lorsque le contenu en cholestérol de la cellule est faible, le contenu en cholestérol libre de la
membrane du RE est faible également, la conformation de INSIG, SCAP et SREBP rompt le contact
entre INSIG et SCAP.
Le complexe SCAP-SREBP peut migrer vers l'appareil de golgi, dans celui-ci SREBP est clivé par
une protéase de l'appareil de golgi, l'extrémité amino-terminale est libérée, elle acquiert des propriétés
de facteur de transcription et vient activer la transcription d'un certain nombre de gènes cibles dont le
gène de l'HMG CoA réductase.
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Lorsqu'il y a beaucoup de cholestérol, la membrane du RE retrouve du cholestérol libre, le contact
entre SCAP et SREBP est rétablit le complexe ne peut plus migrer, et la transcription est régulée.
2- CATABOLISME DU CHOLESTÉROL: SYNTHÈSE DES ACIDES BILIAIRES
Le cholestérol est synthétisé par toutes les cellules, mais le catabolisme est assuré uniquement par une
cellule: l'Hépatocyte.
Pour éliminer le cholestérol, il faut le rendre un peu plus hydrophile, en tout cas un peu moins
hydrophobe pour pouvoir l'éliminer dans un compartiment essentiellement aqueux (la bile).
1ère réaction : fixation d'un groupe OH sur le carbone 7 grâce à la CYP7A1 ( 7-alphahydroxylase ) pour former le 7-aplha-hydroxycholestérol. C'est l'étape la plus importante, c'est
l'étape d’engagement vers le catabolisme.C'est à cette étape qu'aura lieu la plus grande partie de la
régulation du catabolisme du cholestérol.
2ème réaction : on réduit la chaîne latérale et on fixe une fonction très hydroxyle qui est le COOH
par clivage oxydant, en même temps on réduit la double liaison qui est un obstacle à
l'hydrophilie entre C5 et C6. Cela forme l'acide chénodésoxycholique
Remarque : On peut en plus hydroxyler le carbone 12 formant l'acide cholique.
L'acide chénodésoxycholique et l'acide cholique forment les acides biliaires primaires.
Ces composés présentes des fonctions -OH et des fonctions carboxyliques ce qui fait qu'ils vont
pouvoir être conjugués soit au glycocolle soit à la taurine. La fonction carboxylique va permettre de fixer
la fonction amine de ces composés qui sont eux-mêmes assez hydrophile. Donc on améliore l'hydrophilie
non seulement en fixant des fonctions -OH mais aussi en fixant d'autres molécules qui sont-elles mêmes
hydrophiles.
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On obtient alors les sels biliaires :
•pour l'acide cholique → acide glycocholique, acide taurocholique
•pour l'acide chénodéxycolique → acide glycochénodésoxycholique, acide taurochénodésoxycholique
Les sels biliaires vont être stockés dans la bile puis éliminés dans l'intestin où ils vont subir des
réactions qui vont être assurées par des enzymes bactériennes.
Ces réactions vont cliver le glycocolle ou la taurine, et aussi déshydroxyler le carbone 7, cela permet de
former des acides biliaires secondaires:
–l'acide désoxycholique
–l'acide lithocholique
Ces acides biliaires secondaires seront éliminés dans les selles.
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