CM5_M1_lipides - Actualités du Master EEA
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M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical V – Les lipides 1- Introduction 2- Nature et propriétés des acides gras 3- Lipides contenant des acides gras 4- Lipides dérivés d’acides gras 5- Lipides issus d’unités isopréniques 6- Purification des lipides M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1- Introduction M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1- Introduction • lipos (lipos) : graisse • Groupe hétérogène de composés • Propriétés communes : – peu ou pas solubles dans l’eau – solubilité élevée dans les solvants organiques non polaires (chloroforme, éther éthylique, cyclohexane,…) M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1- Introduction • Les graisses, les huiles, certaines vitamines et hormones ainsi que la plupart des constituants non protéiques des membranes biologiques sont des lipides. • Fonctions biologiques diverses : – stockage d’énergie – rôle structural dans les membranes biologiques – transport de l’information (hormones) – catalyse de réactions enzymatiques (vitamines) M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras A- Généralités • Acides organiques à longue chaîne hydrocarbonée – formule générale : CH3 – (CH2)n – COOH pKa~ 4 – à pH physiologique : CH3 – (CH2)n – COO• n>2 • en général, n pair, 14 ≤ n ≤ 24 – modifications de la chaîne aliphatique : insaturation, hydroxylation, ramification M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras B- Nomenclature • Formule générale, structure semi développée plane : CH3 – (CH2)n – COOH CH3 – (CH2)n – COO• Exemple pour n = 14 : CH3 – (CH2)14 – COOH : acide palmitique CH3 – (CH2)14 – COO- : palmitate Nomenclature : C16:0 nombre de doubles liaisons nombre total d’atome de C M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras C- Les acides gras saturés Noms usuels Noms systématiques • Acide palmitique (C16:0) • Acide n-hexadécanoïque H3C 16 14 15 12 13 10 11 8 9 7 Acide stéarique (C18:0) H3C 18 16 17 15 14 13 6 4 2 3 5 1COOH • Acide n-octadécanoïque 12 11 10 9 8 6 7 4 5 3 2 1 COOH M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras D- Les acides gras insaturés • Formule générale (acide gras monoinsaturé) CH3 – (CH2)a – CH = CH – (CH2)b – COOH en général : Cn:x Dp,q positions des insaturations en nutrition : série • Géométrie de la double liaison CH3 – (CH2)m (CH2)n – COOH CH = CH cis CH3 – (CH2)m CH = CH (CH2)n – COOH trans M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras D- Les acides gras insaturés • Acide palmitoléique C16:1 D9 16 10 1 COOH 9 acide 7 2 • Acide oléique C18:1 D9 18 10 1 COOH 9 acide 9 2 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras D- Les acides gras insaturés • Acide linoléique C18:2 D9,12 13 12 10 6 1 9 COOH 2 18 • Acide linolénique C18:3 D9,12,15 13 18 12 10 3 1 9 COOH 2 • Acide arachidonique C20:4 D5,8,11,14 15 20 14 12 11 9 8 6 5 6 1 COOH 2 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras D- Les acides gras insaturés La configuration cis de la double liaison induit une courbure rigide de la chaîne aliphatique C16:0 C16:1 D9 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras D- Les acides gras insaturés M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras • Molécules amphiphiles (forme acylate) COOchaîne hydrophobe tête hydrophile effet hydrophobe interactions polaires M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras • Formation de micelles COO - • Formation de savons : Acylate + cation savon R-COO- + K+ R-COO- K+ acylate de potassium M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras Acide myristique CH3-(CH2)12-COOH C14:0 masse moléculaire : 228 Da Solubilité dans l’eau : 24 µg/mL Glucose masse moléculaire : 180 Da Solubilité dans l’eau : 1 100 000 µg/mL soit 1,1 g/mL soit 46 000 fois moins soluble M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras Température (°C) • Point de fusion : température de passage de l’état gel à l’état fluide. – dépend de la longueur de la chaîne aliphatique 90 80 70 60 50 40 30 20 12 liquide solide température ambiante 14 16 18 20 22 Nombre de carbones 24 26 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras Liberté de rotation des liaisons simples C-C : 2 positions extrêmes appelées anti et gauche anti la plus stable gauche M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras Basse température : position anti prédominante. Les acides gras sont ordonnés : état gel Température élevée : position gauche prédominante. Les acides gras sont désordonnés : état fluide O O M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras • dépend du nombre d’insaturations Température (°C) 75 liquide 50 25 température ambiante 0 -25 solide 0 1 2 Nombre d’insaturations 3 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras Acide gras saturé Point de fusion (°C) Acide gras insaturé Point de fusion (°C) C12:0 44,2 C16:1 -0,5 C14:0 53,9 C18:1 13,4 C16:0 63,1 C18:2 5 C18:0 69,6 -11 C20:0 76,5 C18:3 C22:0 86,0 C20:4 -49,5 acides gras essentiels M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2- Nature et propriétés des acides gras E- Propriétés physicochimiques des ac. gras évent spermaceti 4°C état solide et dense, l’animal plonge 37°C état liquide et léger, l’animal remonte M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les glycérolipides ou glycérides Le glycérol (C3H8O3) est estérifié par un ou des acides gras pour donner des mono- di- ou triacylglycérol ou glycérides. O O H2C-O-C H2C-O-C HO-C-H monoacylglycérol ou monoglycéride HO-C-H H2C-O-C H2C-OH O triacylglycérol ou triglycéride diacylglycérol ou diglycéride O O H2C-O-C C-O-C-H H2C-O-C O Ils constituent une des principales réserves d’énergie et sont stockés dans les tissus adipeux. Ce sont des molécules insolubles. M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les glycérolipides ou glycérides Adipocytes M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les lipides membranaires : glycérophospholipides et sphingolipides +CH3 H3C N CH3 acide phosphorique O H O-P-O- C-H O -O H- C-O C choline H- C-O C H O glycérol +H H N H H N H sérine acide gras acide gras + CH3 H3C N CH3 choline O O-P-O -O HO H sphingosine C H- N C O acide gras +H H N H éthanolamine +H acide phosphorique éthanolamine - COO sphingomyèlines M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les lipides membranaires : glycérophospholipides et sphingolipides Tête polaire Queues hydrophobes M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les lipides membranaires : glycérophospholipides et sphingolipides VALABLE EGALEMENT AVEC LES SPHINGOMYELINES M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les lipides membranaires : glycérophospholipides et sphingolipides Les phospholipides peuvent être dégradés par des enzymes : les phospholipases. PHOSPHOLIPASE A1 PHOSPHOLIPASE A2 PHOSPHOLIPASE C PHOSPHOLIPASE D lysoglycérophospholipides M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Les lipides membranaires : glycérophospholipides et sphingolipides M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Propriétés des biomembranes • Solvant à deux dimensions • Barrière de perméabilité sélective • Compartimentation • Matrice lipidique fluide • Homéostasie de viscosité : modulation de la fluidité membranaire M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique + NH 3 + - O-CH2-CH-COO - O-P-O-CH -CH-CH -O O 2 2 C O O O C PHOSPHATIDYLSERINE MEMBRANAIRE NH3 - O-CH2-CH-COO - O-P-O-CH -CH-CH -O O 2 2 C O OH H2O phospholipase A2 + cortisone 9 8 6 5 4 7 10 11 1 12 3 15 COOH 20 2 CH3 18 16 14 1 3 17 19 acide arachidonique M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique 9 8 6 5 4 7 10 11 1 12 3 15 COOH 20 2 CH3 18 16 14 1 3 17 19 acide arachidonique cyclooxygénase Prostaglandines Thromboxanes lipoxygénase Leucotriènes M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique acide arachidonique cyclooxygénase aspirine ibuprofène acétaminophène PGG2 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3- Lipides contenant des acides gras Eicosanoïdes : dérivés d’acide arachidonique Provoque la fièvre M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques 2-méthyl-1,3-butadiène UNITE ISOPRENE : 5 CARBONES M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques A- stérols et dérivés Lipide présent chez les eucaryotes (pas chez les procaryotes), sa structure de base est constituée d’un noyau stéroïde : 3 cycles à 6C + 1 cycle à 5C noyau stérol 12 13 11 1 10 2 3 4 5 17 16 9 8 14 15 7 6 Ce système tétracyclique est relativement rigide. M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques A- stérols et dérivés A partir de ce noyau stéroïde, on peut former des stérols, des hormones ou des vitamines. OH 1-25-dihydroxycholécalciférol forme active vitamine D3 CH2 HO cholestérol HO OH OH O testostérone progestérone M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques B- vitamines liposolubles CH3 H3C CH3 CH3 CHO Rétinal (vitamine A) CH3 M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques B- vitamines liposolubles CH3 HO H3 C CH3 CH3 CH2-[CH2-CH2-CH-CH2]2-CH2-CH2-CH-CH3 CH3 O Vitamine E (tocophérol) CH3 O CH3 CH3 CH3 CH2-CH=C-CH2-[CH2-CH2-CH-CH2]3-H O Vitamine K1 (phylloquinone) M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5- Lipides issus d’unités isopréniques C- sels biliaires O O- HO acide cholique HO acide taurocholique OH O N H acide glycocholique S O O- N H O O O- M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 6- Purification des lipides A - extraction Les lipides ne sont pas solubles dans l’eau : ils sont extraits avec des solvants organiques non miscibles dans l’eau (chloroforme, acétone…). Pour séparer les lipides des molécules solubles dans l’eau, une partition est effectuée (par exemple chloroforme/eau) : 2 1 3 chloroforme eau + chloroforme + lipides molécules solubles M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 6- Purification des lipides B - séparation La chromatographie sur couche mince (CCM) permet de séparer de nombreuses molécules. La phase stationnaire, souvent polaire (Al2O3, SiO2), est appliquée sur un support solide (plaque en verre ou aluminium). lipides Les lipides sont déposés sur la plaque dont le bas est ensuite immergé dans un solvant (migration par capillarité). solvant M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 6- Purification des lipides B - séparation Les lipides sont en interaction avec la phase stationnaire. En fonction de la polarité du solvant, les lipides seront plus ou moins entrainés sur la phase stationnaire. Front de migration du solvant Les molécules les plus polaires (qui ont le plus d’affinité avec la phase stationnaire) seront les plus retenues. solvant M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 6- Purification des lipides B - séparation Chromatographie des lipides : - chromatographie en phase directe : elle met en jeu des interactions polaires entre les lipides et la phase stationnaire. Remarque : les techniques de purification des protéines (échange d’ions etc…) ne peuvent pas s’appliquer aux lipides en raison de la présence de solvants organiques qui détruisent la phase stationnaire des colonnes. - chromatographie en phase inverse : elle met en jeu des interactions hydrophobes entre phase stationnaire et lipides. La phase stationnaire est constituée de billes de silice sur lesquelles sont greffées des chaînes hydrocarbonées plus ou moins longues (4 à 18C). Plus la chaîne est longue et plus la colonne est hydrophobe. M1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 6- Purification des lipides B - séparation 2 1 Chromatographie en phase inverse : 1 les lipides sont déposés et se fixent sur la colonne. 2 4 3 4 Les lipides sont élués avec des solutions de plus en plus hydrophobes : méthanol, acétonitrile, acétone. Les premiers lipides élués de la colonne sont les moins hydrophobes et les derniers, les plus hydrophobes.
