Année universitaire 2014/2015Université Joseph Fourier (UJF) Grenoble I - Tous droits réservés

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Les lipides et dérivésGénéralités

Isabelle HININGER-FAVIER

UE1 : Biochimie

Objectifs

• Connaître les familles de lipides : leur structure, leurs caractéristiques

• Comprendre les relations entre structure et activité

• Préparer aux cours de biochimie métabolique• Connaissance de base pour la compréhension

des applications biomédicales et pharmacologiques

Généralités

• Définition• Caractéristiques• Propriétés physiques• Sources• classification

Définition : les lipides

• du grec lipos (graisse) • Molécules organiques (C,H,O) • Insolubles en milieux aqueux* :

– Mais solubles dans les solvants organiques non polaires (méthanol, chloroforme, cyclohexane, éther éthylique, acétone…)

• Présence dans la molécule d'au moins un acide gras*• Sont rattachés aux lipides, en raison de leur insolubilité

dans l'eau : le cholestérol, les stéroïdes, la vitamine D

*acide carboxylique (R-COOH) avec longue chaîne aliphatique hydrogénocarbonée

« Les corps gras »

– huiles (fluides ou concrètes)– graisses (solides)– Cires (solides)

à température ambiante

Propriétés générales

• Physique– Solubilité *– Point de fusion , consistance– Emulsifiant

• Chimique– Oxydation

• Nutritionnelle– Energétique (1g=9kcal)– Acides Gras Essentiels– Propriétés organoleptiques

* Conséquence biologique de leur insolubilité dans l’eau :les formes de transport dans le sang sont des associations protéines et lipides, formes hydrosolubles appelées lipoprotéines

Evolution de la consommation

Chasse/Cueillette Agriculture traditionnelle

Temps

Agriculture moderne Industrie agro-alimentaire

Age du changementcomportemental

Recommandation : En % des Apports

Energétiques Totaux

15%

40%

10%

30-35%

Agriculture Sociétés modernes et riches

LipidesSucresAmidonProtéines

Présentation des lipidesLIPIDES ALIMENTAIRES

STRUCTURE

Membranes cellulairesFluidité

FONCTIONS

Inflammation (Eicosanoïdes)Expression des gènes (PPar-)

Stockage(adipocytes, foie)

sensible au jeûne

Triglycérides 100 - 150 g/jPhospholipides 2 - 10 g/jCholestérol 0,2 - 0,8 g/jVitamines liposolubles A,E,D :10- 20mg

Acides gras insaturésPhospholipidesglycolipidesCholestérol

Acides gras insaturésPhospholipides

Acides gras

LIPIDES CELLULAIRES

D’après C. Couet. Collège des enseignants de nutrition

O2

ÉNERGIE

1g=9kCalCO2, H2OKrebs

(-oxydation)

Rôles biologiques

Les lipides représentent environ 20 % du poids du corps

ENERGÉTIQUE

STRUCTURAL

FONCTIONNEL ou «SIGNALING » : précurseurs des eicosanoides, des hormones stéroïdes…

TRANSPORTEURS de vitamines liposolubles

Pathologie : les plaques d'athérome constituées de dépôt lipidiques entraînent le durcissement des artères (athérosclérose).

Origine des lipides

Exogène Végétales- fruits (olive)- graines (tournesol, colza, noix) Animales– graisses de dépôt (saindoux, suifs)– graisses de lait (ruminants)– graisses de la faune aquatique

Endogène : dans l’organisme biosynthèse

Biosynthèse des lipides

butyryl CoA (4C)

Acéto-acétyl CoA

malonyl CoA AcidesGras

Terpenes

cholesterol

Voie malonique

Voie isoprenoide

mévalonate

Acétyl-CoA

Acétyl *(+2C)

* Acétyl transporté sous forme d’acétyl-CoA

Acétyl *(+2C)

Acétyl *(+2C) Acétyl *(+2C)

O O

C NH CH2 CH2 C NH CH2 CH2 S C CH3

OOOH

CH2

N

N

N

N

N

OO P O P O CH2 C

O O

CH3

CH3

CH

OH O OP

O

O

O

CH3-CO-S~ CoA

AdénineRibose

-alanineAc. Pantoïque

coenzyme A Liaison thioester

acétyl

Acetyl-coenzyme A

Vitamine B5

Classification des lipides : (selon Bloor)

Lipides simples (neutres)Homolipides

- corps ternaires (C, H, O)- classés selon l'alcool qui estérifie l’acide gras : Glycérol : Acylglycérols Alcools à longue chaîne (alcool gras) : Cérides Stérols (alcool polycyclique) : Stérides

Lipides complexes (polaires)Hétérolipides

- Contiennent des groupes phosphate ou sulfate ou azote ou glucidique- classés par rapport à la molécule qui fixe les acides gras :

Glycérolphosphate : phosphoglycérolipides Sphingosine : sphingolipides

Sphingolipides Glycérolipides

Glycolipides Phospholipides

Non hydrolysables

Hydrolysables

Acetyl coenzyme A

Isoprénoïdes Acides gras

Acides gras Non estérifiés

Eicosanoïdes Diterpènes Tétraterpènes Triterpènes

Vitamine EVitamine KVitamine A

Stéroïdes Caroténoïdes CholestérolHormonesAcides biliairesVitamine D

ProstaglandinesLeucotriènes thromboxanesprostacyclines

-carotèneLycopèneCryptoxanthine

gangliosidescérébrosidessulfatides

sphingomyélinePhosphoglycéridesAcylglycérides

Stérides

protéolipides

Autre Classification : selon hydrolyse

Plan du cours

COMPOSÉS À CARACTÈRE LIPIDIQUE

LIPIDES à base d’acides gras

Eicosanoïdes

L.polyisopreniques

Stéroïdes(cholesterol, Vit.D,..)

Quinone à chaine isopréniques (vit A,E,K)

Ch. I Ch. II Ch. III Ch. IV

(phospholipides)

Sphingolipide(sphyngomyéline)

Glycero-phospholipides

GENERALITES

PlanGENERALITESCH. I : LES ACIDES GRAS

A.LES ACIDES GRAS SATURÉSB.LES ACIDES GRAS INSATURÉSC. LES ACIDES GRAS ATYPIQUES.

CH. II : LES LIPIDES SIMPLES2.1 LES ACYLGLYCERIDES2.2. LES CERIDES 2.3 LES STERIDES

CH. III : LES LIPIDES COMPLEXES3.1. LES GLYCÉROPHOSPHOLIPIDES3.2. LES SPHINGOLIPIDESCH. IV : LES COMPOSÉS À CARACTÈRE LIPIDIQUE (LIPOIDES)4.1. LES EICOSANOIDES4.2. LES LIPIDES POLYISOPRENIQUESStructure-Biosynthèse 4.2.1. Les vitamines (E,A,K)4.2.2. Les stéroidesA. Les stérolsB. Les acides et sels biliairesC. Les stéroides hormonauxD. Vitamine DCH. V : METABOLISME DES LIPIDES5.1. DIGESTION ET ABSORPTION5.2 LES LIPOPROTEINESCH. VI : METHODE d’ANALYSE

I. Les acides gras

A) Les acides gras saturésB) Les acides gras insaturésC) Les acides gras atypiques

Définition : acides gras

• Chaînes hydrocarbonées de longueur et de degrés d’insaturation variables comportant un groupement carboxylique -COOH à une extrémité

• ils peuvent être Linéaires , cycliques ou ramifiés• non hydrolysables

CH2CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

COOHcarboxyle

méthyle

Structure des acides gras

Nomenclature des acides gras

• Dérive du nom de l’hydrocarbure apparentée par substitution de « oïque »

Exemple 18 Carbones Désignation « abrégée » : « Cn:e »

Nom de l’hydrocarbure octadécaneNom de l’acide gras saturé

octadécanoïque C18:0

1 une double liaison octadécénoïque C18:12 doubles liaisons octadécadiénoïque C18:23 doubles liaisons octadécatriénoïque C18:3

n = nombre de carbonese : nombre de doubles liaisons (ène) ou degré d’insaturation

Noms de quelques acides gras Nbe de C Nbe de

dl°Dénomination Nom commun

ou usuelFormule abrégé

468

101214

000000

ButanoïquehéxanoïqueOctanoïqueDécanoïquedodécanoïquetétradécanoïque

Butyrique Ac caproïquecapryliqueAc caprique Ac lauriqueAc myristique

C4:0 (beurre, rumen)C6:0C8:0C10:0C12:0 (huile de coco)C14:0

1616

01

Héxadécanoïquecis -9 héxadécénoïque

Ac palmitiqueAc palmitoléique

C16:0 (huile de palme) C16:1

18181818

0123

Octadécanoïquecis-9 octadécènoïque cis,cis 9,12 octadécadinoïquecis,cis,cis 9,12,15 Octadécatriènoïque

Ac stéariqueAc oléique Ac linoléique ac -linolénique

C18:0C18:1 9 ou C18:1 9 (H. d’olive) C18:2 9,12 ou C18:2, 6C18:3 9,12,15 ou C18:3, 3

2020

20

04

5

Eicosanoïque toutes cis- 5,8,11,14 eicosatétraénoïquettes cis-5,8,11,14,17 eicosapentaénoïque

Ac arachidique

Ac arachidonique

Ac EPA

C20:0 (arachide)

C20:45,8,11,14 ou C20:4, 6

C20:5 5,8,11,14,17 ou C20:5, 3 (huile de poissons)

2222

16

cis 13- docosénoïqueTtes cis 4,7,10,13,16,19 docosahexaénoique (DHA)

Éruciqueac cervonique ou DHA

C22:113 (colza, moutarde)

C22:64,7,10,13,16,19 o u C22:6, 3

24 01

tétracosanoïqueCis 15-tétracosènoïque

lignocériquenervonique

C24:0 (cerveau) C24:1D15 (cerveau)

Nomenclature des acides gras

Le premier carbone est le carboxyle.

1

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

COOH

18 46101415

1617 11

1213

89 57

23

Numérotation des carbones des acides gras

Exemple : Nom : Acide octadécanoïque (ou stéarique) Formule : CH3 - (CH2)16 - COOH

Nomenclature des acides gras (2)

Ex: Acide palmitoléiqueC16:1 9 ou C16:1,7

- Soit en partant du carboxyle (1er carbone) : le symbole est n

- Soit en partant du méthyl (dernier carbone) : le symbole est En médecine clinique et en biologie, la désignation des acides gras insaturés la plus courante est celle qui fait appel au symbole oméga ( ).

Pour les acides gras insaturés : deux dénominations possibles :

20:4 5,8,11,14

20:4 6

Nombre de carbones

Exemple : l’acide arachidonique

Nomenclature des acides gras (3)

20:4 5,8,11,14

20:4 6

Nombre de doubles liaisons

Nomenclature des acides gras (3)

20:4 5,8,11,14

20:4 6

Position des doubles liaisons

A partir de l’extrémité -CH3 terminal : ou n- )

À partir de l’extrémité -COOH : (ère,2nd,3ème…

Nomenclature des acides gras (3)

Notion de familles d’acides gras

Les différentes familles d’acides gras

AGPI Cycliques (Cf. chapitre 4)« Les eicosanoïdes: prostaglandines ; leucotrènes»

NB : Les acides gras naturels sont majoritairement en cis

Configuration cis Configuration trans

Configuration Isomérie cis - trans (1)

C18:1 c9Acide cis-9 octadécénoïque

Acide oléiqueH2 H 2H

CH2

CCH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH

CH2

COOH

C C

C C

C18:1 t()Acide trans-9 octadécénoïque

Acide élaïdïque

H2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

H

CCH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

H

COOHcis

trans(C18:1 n-9)

Configuration Isomérie cis - trans (2)

Conformation des acides gras

Résumé des caractéristiques des acides gras

une seule fonction acide carboxylique

généralement nombre pair de carbone

la longueur de leur chaîne

Les plus courants 12<nC<20Ac Gras à Chaîne Courtes (2 ou 4<AGCC<8)Ac Gras à Longue Chaîne (AGLC>16C)

le nombre et la position des doubles liaisons

la stéréo-isomérie : cis ou trans

Propriétés physico-chimiques (1) :Le point de fusion

- Augmente avec la longueur de la chaîne d’acide gras saturésles acides gras sont liquides à 20°C si n <10 C et solides si n = 10 C

- Il varie avec le degré d’insaturation de la chaîne carbonée

Tem

péra

ture

°C

Nom commun Formule simplifiée Point de fusion

Ac myristique C14 : 0 + 54°CAc. palmitique C16 : 0 + 63°CAc. stéarique C18 : 0 + 70°CAc. oléique C18 : 1 c(n-9) + 13,7°CAc. élaïdique C18 : 1 t(n-9) + 46°CAc. linoléique C18 : 2 c(n-6) - 9°CAc. -linolénique C18 : 3 c(n-3) - 17°CAc. arachidonique C20 : 4 c(n-6) - 50°C

Effet de l’insaturationsur le point de fusion

Propriétés physico-chimiques (2) :La solubilité

La fonction carboxylique est polaire dans l’eau (hydrophile)

La chaîne carbonée est apolaire (hydrophobe)- La longueur de la chaîne confère le caractère hydrophobe

-L'acide butyrique à 4C est soluble dans l'eau- À partir de 10C : • insolubles dans l’eau et s’organisent en micelles ou film moléculaire• solubles dans les solvants organiques apolaires : benzène, chloroforme, …

Têtequeue

Propriétés physico-chimiques (3)

- Caractère amphiphile- pKa =4,5; -PH7 : charge négative

- Formation de savons avec sels de sodium ou de potassium Propriétés détergentes (moussantes, mouillantes, émulsionnantes)

- Formation d'ester avec des alcool (glycérol, cholestérol) et de thioester (avec le coenzyme A)

R - COO-

Hydrophobe« queue apolaire»

Hydrophile« tête polaire »

Propriétés physico-chimiques (4) : Oxydation

- Oxydation

- Rancissement : par oxygène de l’air

- Biologiques : réactions enzymatiques Ex: cyclooxygénase, lipoxygénase….(voir : ch IV eicosanoïdes)

- auto-oxydation : réactions radicalaires

Le risque d’oxydation augmente avec le nombre de doubles liaisons, plus sensibles à une attaque par l’oxygène de l’air ou une oxydation par des radicaux libres au sein des membranes cellulaires

Fragilité des acides gras insaturés

200°C 240°CC18:1 9 4 13C18:2 6 33 73C18:3 3 65 99

En % d’altération de divers acides gras au cours d’un chauffage

-La nomenclature des acides gras et les noms usuels pour les principaux : palmitique, ALA, LA, DHA, EPA, ac arachidonique

- les noms différentes familles d’acides gras

- les conséquences de la configuration et de la structure des acides gras sur les propriétés physicochimiques

Ce qu’il ne faut pas retenir- Les valeurs des tableaux (ex : T° de fusion)

Ce qu’il faut retenir

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