D1-UE3-Lambert-Métabolisme_des_lipides_et_des_lipoprotéines (1)-2015-word
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UE3 – Biochimie clinique, nutrition et métabolisme Lambert Date : 06/10/2015 Promo : D1 Plage horaire : 8h30-10h30 Enseignant : Lambert Ronéistes : Houchois Emeline Passalacqua Fanny Métabolisme des lipides et des lipoprotéines (partie 1) 1. 2. Classification 1. Les acides gras 2. Les stérols Digestion et absorption des lipides alimentaires 1.Lipase pancréatique et Orlistat 2.Transporteurs membranaires 3.Stérols végétaux 3. Métabolisme 1.Hydrolyse 2.Synthèse 1 But du cours : ne pas connaître précisément la biochimie, il ne va pas nous demander quelque chose "qu'on peut trouver en 2 secondes sur internet", comme le nom précis d'une enzyme, ou le nombre exact d'ATP produits. Il pointe ce qui est important de savoir pour l'ECN. A notre niveau, il faut être capable de différencier ce qui est très important, ce qui l'est moins, et ce qui est anecdotique (inutile de chercher à retenir les maladies qu'il donne en exemple quand il s'agit de pathologies touchant 50 personnes dans le monde, parce qu'on n'en verra probablement jamais). I. Classification 1.Acides gras Voilà comment on note en biochimie (à la façon de M. Lambert) un acide gras (AG), un phospholipide (PL) ou un triglycéride (TG) : Un acide gras, avec le cercle pour la tête polaire (la fonction -COOH), et la chaîne carbonée. C'est une molécule amphiphile. Un phospholipide, avec une tête polaire et deux chaînes carbonées, constituant essentiel des membranes biologiques. C'est une molécule amphiphile. Un triglycéride, 3 chaînes carbonées reliées par un pont glycérol. C'est la forme de stockage des graisses (de réserve d'énergie) dans l'organisme humain, et c'est une molécule hydrophobe. Ces lipides sont des lipides simples. Les lipides ont un rôle énergétique et de structure (membranes…). Saturation/Insaturation Les lipides peuvent être saturés ou insaturés : dans ce dernier cas, on aura des doubles liaisons au lieu de liaisons simples, ce qui donnera la forme "chaise" ou la forme "bateau". Un acide sans double liaison est appelé "saturé", et un AG avec une ou des doubles liaisons et dit "insaturé". S'il n'a qu'une double liaison, c'est un AG mono-insaturé, s'il en a plusieurs il est poly-insaturé. On note des AG insaturés : "nombre de carbones":"nombre d'insaturations" puis les localisation de ces double liaisons. 2 Remarque : selon le prof, connaître l'endroit des double liaisons n'a aucun intérêt clinique. Ex : Acide oléique C18:1, trouvé dans l'huile d'olive supposée miraculeuse, mais qui ne l'est pas. On sait synthétiser les AG saturés, mais on ne sait synthétiser que quelques AG insaturés. Il existe 2 acides gras essentiels pour l'Homme : ce sont l'acide linoléique (C18:2 9,12, aussi appelé oméga 6) et l'acide alpha-linolénique (C18:3 9,12,15, aussi appelé oméga 3), qui doivent être amenés par l’alimentation. Les animaux possèdent ainsi les enzymes capables de produire tous les AG, sauf ces deux-là, puisqu'ils ne possèdent pas de désaturase capable d'insérer une double liaison après le 9e carbone. Les AG insaturés à longue chaîne sont par conséquent essentiels. Il existe un 3e aa essentiel pour le nourrisson : l'acide arachidonique (C20:4 5,8,11,14). On doit l'apporter dans l'alimentation des nouveau-nés, des prématurés, des femmes enceintes ou allaitantes, et dans certaines situations cliniques comme chez les grands brûlés. Q/R : On sait synthétiser les AG à partir de glucose; si tu manges du riz, du pain ou des pâtes à midi et que tu ne fais pas d'exercice cet après-midi, l'amidon va être digéré en glucose, puis sera stocké sous forme d'AG. Puis cette nuit tu vas déstocker tes AG et refaire du glucose. Q/R : La femme enceinte possède pour elle-même suffisamment d'acide arachidonique, mais pas assez pour le fœtus. Ce ne serait pas un drame de ne pas lui en apporter car on en trouve un peu partout, mais c'est conseillé. Il est toutefois indispensable d'en apporter au nourrisson. Si celui-ci est nourri au sein, il faudra suppléer la mère. Comparaison réserves énergétiques glucides/lipides En physiologie, on a dans notre sang un peu plus d'1g/L de glucides, donc 5g dans l'organisme, ce qui équivaut à un morceau de sucre. La glycémie est parfaitement régulée quand l'insuline et le glucagon 3 fonctionnent. Cette réserve énergétique nous permet d'assurer nos fonctions physiologiques pendant 20 secondes seulement. Les glucides sont stockés sous forme de glycogène dans les muscles et le foie, ce qui représente quelques centaines de grammes, jamais plus d'1 kilo. Sur ces réserves de sucre, on va tenir quelques minutes à quelques heures selon le stock de glycogène (chez les sportifs d'endurance, on essaie de garnir ces stocks car c'est là-dedans qu'ils vont puiser). Mais les graisses constituent la majorité de nos réserves énergétiques. Chez un homme de 70 kg, on compte en moyenne 10-15 kg de graisses (mais on peut en stocker bien davantage). Ces réserves énergétiques permettent de tenir des semaines. On a ici deux images d'un foie, à gauche des granules de glycogène et à droite des gouttelettes lipidiques (en rouge à cause de l'huile rouge employée). En regardant l’échelle, on se rend compte de la différence de taille des formes de stockage et de l'importance des stocks; les gouttelettes lipidiques sont beaucoup plus grosses (pas besoin du microscope électronique) et représentent la majorité des réserves énergétiques. Dans ces gouttelettes lipidiques, on trouve des TG (ci-contre : leur structure). "Je veux que vous reteniez ça" : On stocke du gras dans nos adipocytes sous forme de TG, on les hydrolyse sous l'action du glucagon, 4 ce qui libère des AG. Ceux-ci passent dans le plasma et vont dans le foie ou du muscle s'oxyder et permettre la production d’ATP. Un homme-type de 70kg fabrique 85kg d’ATP/jour. Cet ATP est produit au niveau du cycle de Krebs dans la mitochondrie, et on part soit des glucides (glucose → pyruvate → acétyl-CoA), soit d'acides gras et on arrive aussi à l’acétyl-CoA. 2.Stérols Le cholestérol est un hétérocycle à 27 carbones. Ici le cholestérol estérifié est lié à un AG polyinsaturé. On les notera comme suit : 5 Le cholestérol libre (C) avec un groupement -OH et une longue chaîne hétérocyclaire. C'est une molécule amphiphile. Le cholestérol estérifié (CE), avec un acide gras si s'estérifie avec la fonction alcool. C'est une molécule hydrophobe. La majorité du cholestérol dans l'organisme est sous forme estérifiée. Tout le cholestérol nécessaire est fabriqué par l'organisme, ce n'est pas un nutriment essentiel. En comparaison, on peut stocker 5kg de graisses, voire beaucoup plus, mais on ne stocke que 100 à 200g de cholestérol. C'est donc un lipide mineur par la quantité dans l'organisme, mais majeur par les conséquences cardiovasculaires qu'entraîne une hypercholestérolémie. Ces 5 formes (AG, PL, TG, C et CE) sont les seules formes de lipides que l'on trouve dans l'organisme; "vous avez ça, vous avez les bases de biochimie suffisantes pour passer les ECN, puisque ce qui va être intéressant ce n'est pas leur formule, mais leur physiologie". Le caractère amphiphile ou hydrophobe de ces molécules aura une influence sur leur solubilité dans le plasma. Les molécules seront amphiphiles lorsqu'elles auront une fonction polaire libre, hydrophobe lorsque cette fonction sera masquée. On a ainsi comme molécules amphiphiles les AG, les PL et le C, et les molécules hydrophobes sont les TG et le CE. II. Digestion et absorption des lipides alimentaires La ration alimentaire idéale : 50-55% glucides, 35% lipides, 10-15% protéines. En France, on consomme un peu trop de protéines, beaucoup trop de lipides et pas assez de glucides (et quand on en consomme, c'est surtout des glucides rapides). Meilleur sucre lent : pâtes pas trop cuites (ce que mangent les marathoniens avant de courir). Sucres rapides : riz blanc bien cuit, pain blanc par rapport au pain complet, sucreries, sodas, tout ce qui a un goût sucré Question du prof : Le lait contient-il du sucre ? Oui, du lactose. Dans les produits laitiers, il y a du sucre en plus, c'est moins bon. Dans le lait entier on a plus de gras que dans le demi-écrémé, et notamment des graisses saturées. Les lipides alimentaires sont constitués en majorité des TG, mais aussi de cholestérol, estérifié s'il est d'origine animale, quelques PL, quelques AG, et dans les graisses animales, on a des vitamines liposolubles ADEK. 1.Lipase pancréatique et Orlistat La digestion des lipides commence dans la bouche, elle est très modeste : une lipase salivaire va digérer quelques TG (anecdotique), mais surtout les AG à chaîne courte du lait, ce qui est important pour le nourrisson. Ceux-ci seront absorbés directement dans circulation veineuse gastrique, ce qui permet d'épargner le pancréas du nouveau-né qui n'est pas encore entièrement fonctionnel (il n'aura pas besoin de synthétiser des enzymes pour digérer ces AG). 6 La principale zone de digestion des lipides est le duodénum. Dans le duodénum, le mélange avec les sels biliaires permet l'émulsification des gouttelettes lipidiques pour former une émulsion fine. Les lipases pancréatiques vont s'attaquer aux TG (aux sites SN1et SN3), générer des AG (et des monoglycérides qui se comportent comme des AG) et qui vont être absorbés par la barrière intestinale (entérocytes). Les sels biliaires et le cholestérol sont aussi absorbés. Cette lipase pancréatique est activée par un cofacteur, la colipase. Si elle était active dans le pancréas, elle commencerait à le digérer; les enzymes digestives sont donc activées au niveau de leur site d'action. La fixation de la colipase permet l'ancrage de la lipase pancréatique et la pénétration du site de l'enzyme dans la gouttelette lipidique. Rappel anatomique : le canal cholédoque en provenance de la vésicule biliaire et le canal pancréatique se rejoignent au niveau du duodénum, et y déversent l'acide biliaire (contient acides biliaires, formés à partir de cholestérol) et le suc pancréatique via le sphincter de Oddi. Remarque : au niveau de la bordure en brosse, on ne peut absorber les TG ou le CE, on absorbe les AG et le C. L'exemple de l'Orlistat (Alli, Xenical) : inhibiteur de la lipase pancréatique Hypothèse des labos pharmaceutiques : si l’on inhibe la lipase pancréatique, on diminue l'absorption et on ne grossit pas : remède contre l'obésité ? Une des deux spécialités est délivrée sur ordonnance (120 mg) et l'autre est en automédication (60 mg)… sans ordonnance, il suffit de prendre 2 pilules pour avoir la même dose qu'avec ordonnance. "Mais alors, pourquoi ai-je encore des kilos en trop ??" Attention aux effets secondaires ! Si vous mangez votre pizza 4 fromages puis prenez Alli, vous allez le payer : tâches lipidiques, flatulences avec décharges, selles huileuses, incontinence, et surtout, diminution de l'absorption des vitamines liposolubles. Les patients le prennent une fois, et hop ! Au fond 7 de la trousse à pharmacie ! Donc, à ne prendre que dans le cadre d'un régime équilibré ne dépassant pas 35% d'apports lipidiques : ça marche quand on fait un régime, et encore mieux avec de l'exercice ! En gros, ça ne sert pas à grand-chose. Ce médicament est utilisé par certains médecins pour faire prendre conscience à leurs patients qu'ils mangent trop gras. Juste pour le plaisir, imitation de patients par M. Lambert : "Mais non docteur, je n'ai mangé qu'un petit bout de pizza… 4 fromages, croûte fourrée.", "Mais non, j'ai pris le menu enfant… de mon fils en plus du hamburger que j'avais pris pour moi !" Un petit coup d'Alli : "Oui docteur, effectivement, j'ai mangé un peu trop gras ce week-end…" En résumé pour l'Orlistat : à prendre avant le repas, respecter le pourcentage de lipides alimentaires. Si on le prend dans le cadre d'un régime approprié, ça va un peu accélérer les effets du régime. C'est le seul médicament autorisé en France pour traiter l'obésité, avec les régimes, l'exercice physique, et la chirurgie bariatrique pour les obésités morbides (on ne laisse qu'un petit bout d'estomac, mais ce geste peut entraîner beaucoup de complications, dont une baisse de l'absorption des nutriments). On trouve d'autres enzymes de digestion des lipides dans l'intestin : des estérases du cholestérol, qui transforment le cholestérol estérifié en cholestérol libre absorbable, des phospholipases qui hydrolysent les PL. Les gouttelettes lipidiques dont on hydrolyse le contenu vont peu à peu devenir plus petites. L'absorption des lipides alimentaires (AG et cholestérol) se fait au niveau des entérocytes par des transporteurs membranaires. 2.Transporteurs membranaires Au niveau de la bordure en brosse, on trouve 2 transporteurs des lipides alimentaires : - FABP (Fatty Acid Binding Protein) : transport des AG, - NPC1L1 : transport du cholestérol → implication thérapeutique (hypolipémiant) à voir plus loin dans le cours 8 Q/R : Ces transporteurs réalisent-ils un transport facilité ou ATP-dépendant ? Probablement que le FABP fait un transport facilité et NPC1L1 un transfert ATP-dépendant, mais il n'en est pas sûr = ce n'est pas à savoir. Ce schéma résume ce qui se passe : les micelles sont digérées, les AG absorbés dans l'entérocyte. 3.Les stérols végétaux Stérol que l’on retrouve dans toutes les cellules animales Stérol des plantes (CH2-CH3 en plus) Dans le beurre, produit d’origine animal (lait de vache), on retrouve du cholestérol. Dans l’huile de colza, produit d’origine végétal, pas de cholestérol mais dans les membranes des plantes, il y a quand même des stérols, des stérols végétaux. ❖ La bêta-sitostérolémie C’est une maladie génétique (autosomique récessive) rarissime. Les patients ayant une bêtasitostérolémie absorbent massivement le cholestérol et absorbent les stérols végétaux (on en retrouve dans leur plasma). Ces stérols végétaux et le cholestérol se déposent sur les parois, les patients se retrouvent alors avec une athérosclérose carabinée et une hypercholestérolémie familiale assez particulière, car répond à la nutrition. 9 → Ce n’est pas qu’ils fabriquent plus de cholestérol ou qu’ils l’épurent moins bien mais c’est qu’ils en absorbent beaucoup plus (avec en plus des stérols végétaux). Comment détecte-t-on ces patients ? En général, ils ont fait leur 1e infarctus vers 5-6 ans. Etude faite dans les années 2000 Voici 9 familles répertoriées dans le monde. En réunissant tous les patients, les chercheurs ont trouvé dans 1 des 9 familles une mutation sur un transporteur ABC G5 qu’on retrouvait chez les individus malades de cette famille, mais pas chez les individus sains ou les patients hétérozygotes. On sait que 10 ces transporteurs ABC font passer des petites molécules de part et d’autre des membranes notamment des molécules lipophiles Voici le gène du transporteur ABC. On a remarqué qu’à coté de la séquence codant pour le transporteur ABC G5, il y avait un autre gène codant pour un autre transporteur ABC G8. Il y a donc 2 gènes en tandem sur le même chromosome, séparés par quelques centaines de bases. Les chercheurs ont alors trouvé que chez toutes les autres familles il y avait une mutation sur le gène d’ABC G8. En conclusion, on constate que tous les patients atteints de bêta-sitostérolémie avaient une mutation soit sur ABC G5 soit sur ABC G8. Science 290:1771-1775 -Berge et al. (Dec2000) Accumulation of DietaryCholesterolin SitosterolemiaCausedby Mutations in Adjacent ABC Transporters. In healthy individuals, acute changes in cholesterol intake produce modest changes in plasma cholesterol levels. A striking exception occurs in sitosterolemia, an autosomal recessive disorder characterized by increased intestinal absorption and decreased biliary excretion of dietary sterols, hypercholesterolemia, and premature coronary atherosclerosis. We identified seven different mutations in two adjacent, oppositely oriented genes that encode new members of the adenosine triphosphate (ATP) –binding cassette (ABC) transporter family (six mutations in ABCG8 and one in ABCG5) in nine patients with sitosterolemia. The two genes are expressed at highest levels in liver and intestine and, in mice, cholesterol feeding up –regulates expressions of both genes.These data suggest that ABCG5 and ABCG8 normally cooperate to limit intestinal absorption and to promote biliary excretion of sterols , and that mutated forms of these transporters predispose to sterol accumulation and atherosclerosis 1e étape : les gènes sont mutés chez les individus qui présentent cette pathologie. 11 2nde étape : on va voir où les gènes sont exprimés, où l’ARNm est fabriqué. → Les 2 gènes sont exprimés dans le foie et l’intestin, et répondent à une alimentation riche en cholestérol. Ces données suggèrent qu’ABC G5 et G8 coopèrent pour limiter l’absorption intestinale des stérols végétaux. Quand on est dans le tube digestif, on a des esters de cholestérol digérés par une cholesterolester lipase, qui donnent du cholestérol libre. Ce cholestérol est absorbé par NPC1L1 de l’entérocyte puis va aller dans le plasma. NPC1L1 est également capable de faire pénétrer du stérol végétal, du bêta-sitostérol… Donc on absorbe tous les stérols libres. Mais chez l’homme, il existe 2 pompes : transporteur ABC G5 et G8 (qui marchent ensemble) qui prennent spécifiquement les stérols végétaux et les remettent à l’extérieur de la cellule. Voila ce que ça a donné au niveau diététique : 12 Puisqu’on n’absorbe pas les stérols végétaux, remplaçons le cholestérol par des stérols végétaux ! D’où le développement de yaourts et margarine enrichis en stérols végétaux. L’intérêt supplémentaire (autre que de pouvoir remplacer le cholestérol par les stérols végétaux) est, qu’au niveau de la cellule, il va y avoir une compétition entre le cholestérol et les stérols végétaux. Les stérols vont entrer en priorité et le cholestérol reste dehors. Il y aura donc une diminution de l’absorption du cholestérol. En plus, notre bile (qui se jette au niveau du sphincter de Oddi) contient du cholestérol. Normalement on en réabsorbe 95%. Si on consomme des stérols végétaux on en réabsorbera un peu moins. Ces produits sont très bien en prévention et dans le cadre d’un régime alimentaire équilibré. Les stérols végétaux (cytostérols) on en absorbe 0.5 à 2%. Les stanols < 0.1%. Question : Est-ce que ça va modifier le gout des aliments ? Si tu mets de la margarine sur du pain ça n’aura pas tout à fait le même gout que le beurre mais le gout reste quelque chose de très subjectif ! 13 III. Métabolisme 1. Hydrolyse 1e étape : glycolyse On part d’un glucose : C6H12O6 +6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP On arrive à l’acétyl CoA. 2e étape : cycle de Krebs L’acétyl CoA va entrer dans le cycle de Krebs. Il se lit avec l’oxaloacétate. Des transporteurs de protons sont générés, du CO2 est relargué. 14 3e étape : chaine respiratoire Transport des protons dans l’espace inter-membranaire mitochondrial, qui redescendent par leur gradient de concentration grâce à l’ATP synthase (formation d’ATP a partir d’ADP+Pi). Pour rappel : on peut former de l’acétylCoA à partir de glucose mais également à partir des graisses : Ces AG sont stockés dans les adipocytes. La lipase pancréatique permet l’hydrolyse des TG dans le tube digestif. Dans l’adipocyte, il y a une autre lipase : la lipase hormono-sensible qui fait le même travail; elle prend les TG et les transforme au AG. Elle est sensible au glucagon : on stocke donc les AG non pas après un repas mais en période de jeûne. On retrouve une autre enzyme : la lipoprotéine lipase, qui elle se trouve dans le plasma (on la verra plus tard). Il y a donc 3 TG lipases principales dans l’organisme : - Lipase pancréatique (intestin>digestion), Lipase hormono-sensible du tissu adipeux , Lipoprotéine lipase (plasma). Toutes ont un même type d’action : hydrolyse des acides gras en position 1 et 3. 15 ❖ Lipase hormono-sensible • Enzyme responsable de la libération des AGNE par le tissu adipeux (lipolyse). • C’est une réaction génératrice de flux : - Pour l’oxydation des acides gras par les tissus, - Pour la cétogénèse dans le foie. • Active durant le jeûne (glucagon) et inactive après les repas (insuline). • Activée par le stress (adrénaline) et l’anoxie (manque d’oxygène). Voie d’activation du glucagon (= hormone) 16 ❖ Catabolisme des acides gras • Dans les tissus utilisant l’oxygène, il assure une couverture énergétique. • Il ne se déroule pas dans le cerveau, l’hématie et les tissus qui fermentent le glucose. • Dans le foie +++. • Palmitate + 23 1/2 O216 CO2+ 16 H2O • Formation de 130 molécules d’ATP Ces AG vont être activés dans la cellule hépatique, pénétrer dans la mitochondrie et être oxydés lors de la β-oxydation. 17 /!\ Les schémas suivant ne sont pas à apprendre !!!! Il ne nous demandera jamais quelque chose qu’on pourrait trouver sur internet ! Il veut juste qu’on retienne le cycle dans sa globalité et non le détail de chaque réaction. ➢ Etape 1 : acylation du CoA ➢ Etape 2 : navette carnitine (passage dans la mitochondrie) 18 ➢ Etape 3 : la β oxydation ❖ Cas particuliers • AG avec un nombre impair de C C3 restant→→ succinylCoA (cycle de Krebs). • α oxydation (C en position alpha) Dégradation des AG ramifiés. • ω oxydation (C en position oméga) Dégradation des AG par les 2 extrémités →C6 ou C8 → urine. • Dégradation péroxysomale des AG longs ❖ Corps cétoniques • Synthèse dans le foie à partir d’acétyl-CoA issus de l’oxydation des acides gras. • Processus physiologique offrant aux tissus un dérivé hydrosoluble d’acides gras (cerveau). • Intervient majoritairement entre les repas et durant le jeûne. • S’exagère dans le diabète insulino-dépendant. A partir de 2 acétylCoA, on aura formation d’acétone, acétoacétate et bêta-hydroxybutyrate. Ce sont les 3 corps acétiques. 19 Remarque : l’haleine du matin est due au corps cétoniques (et plus précisément à l’acétone). 20 Pour récapituler : Rôle des corps cétoniques • Energétique (épargne du glucose) - Utilisés par les tissus oxydant les acides gras, - Mais aussi par le cerveau. • Précurseurs anaboliques - Lipides du cerveau chez le nouveau-né, - Glande mammaire en lactation. • Signal métabolique - Freine lipolyse, protéolyse et oxydation du glucose. 21 Suite dans la prochaine ronéo… 22
