Classification des lipides et structure des acides gras
Les lipides se divisent en trois grands groupes : les triacylglycérols (TAG, les graisses proprement dites), les phospholipides et les stéroïdes. Les TAG sont constitués d'un résidu de glycérol et de trois résidus d'acides gras. Les phospholipides possèdent le même squelette glycérol et deux résidus d'acides gras, mais en troisième position se trouve un résidu d'acide phosphorique lié à un groupe polaire chargé positivement (choline, éthanolamine, sérine, inositol). Les stéroïdes sont représentés par le cholestérol et ses dérivés : acides biliaires, hormones stéroïdiennes et vitamine D.
Sur le plan fonctionnel, les TAG constituent la principale forme de réserve énergétique, assurant également une isolation thermique et une protection mécanique. Les phospholipides, grâce à leur amphiphilie (une tête hydrophile et deux queues hydrophobes), forment la bicouche des membranes biologiques.
Les acides gras sont classés en saturés (sans doubles liaisons) et insaturés — mono-insaturés (une seule double liaison) et poly-insaturés (plusieurs). La nomenclature d'un acide gras comprend le nombre d'atomes de carbone suivi, après deux-points, du nombre de doubles liaisons ; la position de la liaison est indiquée par le symbole Δ (à partir du groupe carboxyle) ou ω (à partir de l'extrémité méthyle). Il est nécessaire de connaître les acides palmitique, stéarique, linoléique, linolénique, arachidonique et eicosapentaénoïque.
Acétyl-CoA et acyl-CoA
Ces composés sont souvent confondues. L'acétyl-CoA contient un groupement acétyle à deux carbones (CH₃–CO–) et est formé lors de la décarboxylation oxydative du pyruvate, entrant ensuite dans le cycle de Krebs. L'acyl-CoA (R–CO–S-CoA) est un acide gras activé doté d'une longue chaîne hydrocarbonée R ; c'est précisément l'acyl-CoA qui sert de donneur de groupement acyle lors de la synthèse des graisses et des phospholipides.
Il est également important de distinguer les termes « graisses » (triacylglycerols, composés de glycérol et de trois acides gras) et « acides gras » en tant que molécules indépendantes.
Formation du glycérol-3-phosphate
La synthèse des TAG nécessite deux types de substrats : l'acyl-CoA et le glycérol-3-phosphate. Ce dernier peut être obtenu par deux voies.
- À partir du glycérol libre : l'enzyme glycérol kinase transfère un groupe phosphate de l'ATP au troisième atome de carbone du glycérol, formant de l'ADP et du glycérol-3-phosphate.
- À partir du glucose : l'intermédiaire de la glycolyse, le dihydroxyacétone phosphate, est réduit en glycérol-3-phosphate par l'enzyme glycérol-3-phosphate déshydrogénase en utilisant du NADH (NADH → NAD⁺).
Les deux voies fonctionnent dans le foie car les deux enzymes y sont présentes. Le tissu adipeux est dépourvu de glycérol kinase ; par conséquent, la seule source de glycérol-3-phosphate y est le glucose.
Assemblage des triacylglycerols
Des résidus acyle provenant de deux molécules d'acyl-CoA sont fixés séquentiellement sur le glycérol-3-phosphate (avec libération de HS-CoA). Ces réactions sont catalysées par des acyl-CoA transférases. Après l'addition de deux acides gras, il se forme de l'acide phosphatidique (phosphatidate), un métabolite intermédiaire clé, commun à la synthèse des TAG et des phospholipides.
- Clivage hydrolytique du groupe phosphate du phosphatidate par l'enzyme phosphatidate phosphatase pour former du diacylglycérol.
- Addition d'un troisième résidu d'acide gras provenant d'un acyl-CoA grâce à une acyl-CoA transférase, conduisant à la formation d'un triacylglycerol.
L'étape allant du glycérol-3-phosphate au TAG est identique dans le foie et dans le tissu adipeux ; seule la source de production du glycérol-3-phosphate diffère.
Stratégies de synthèse des glycérophospholipides
Les glycérophospholipides (phosphatidylcholine, phosphatidyléthanolamine, phosphatidylsérine, phosphatidylinositol) se distinguent par leur tête polaire. Chez les eucaryotes, il existe deux stratégies d'activation des composants par le CTP (cytidine triphosphate).
- Première stratégie : le CTP active le squelette — l'acide phosphatidique — pour former du CDP-diacylglycérol, auquel vient ensuite se fixer la tête libre. C'est par cette voie que l'on synthétise le phosphatidylinositol (catalysé par l'inositol synthase), avec libération de CMP.
- Seconde stratégie : le CTP active la tête polaire pour former de la CDP-choline ou de la CDP-éthanolamine, qui se fixent sur le diacylglycérol libre pour donner respectivement de la phosphatidylcholine ou de la phosphatidyléthanolamine.
Interconversions des phospholipides
La phosphatidylsérine n'est synthétisée de novo chez les eucaryotes par aucune de ces deux stratégies. Elle est produite à partir de la phosphatidyléthanolamine ou de la phosphatidylcholine par substitution de la tête polaire par de la sérine libre (réaction réversible).
Il existe un lien direct entre la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylcholine : une méthyltransférase transfère trois groupes méthyle de la S-adénosylméthionine (SAM) sur le groupe amino de l'éthanolamine, convertissant ainsi la phosphatidyléthanolamine en phosphatidylcholine.
La phosphatidyléthanolamine peut être obtenue à partir de la phosphatidylsérine par une réaction de décarboxylation (catalysée par une décarboxylase) : le groupe carboxyle de la sérine est éliminé, laissant un résidu éthanolamine. Ainsi, ces trois phospholipides sont reliés par un réseau d'interconversions.
Points clés
- Les triacylglycerols et les phospholipides partagent un squelette glycérol commun et un métabolite intermédiaire commun : l'acide phosphatidique.
- L'acétyl-CoA est un substrat à deux carbones du cycle de Krebs ; l'acyl-CoA est un acide gras à longue chaîne activé.
- Le glycérol-3-phosphate est formé à partir du glycérol (glycérol kinase, ATP) ou du DHAP (glycérol-3-phosphate déshydrogénase, NADH).
- Le tissu adipeux est dépourvu de glycérol kinase, de sorte que les TAG y sont synthétisés exclusivement à partir du glucose.
- Les acyl-CoA transférases transfèrent les résidus d'acides gras sur le glycérol-3-phosphate et le diacylglycérol.
- Le phosphatidylinositol est synthétisé par l'intermédiaire du CDP-diacylglycérol ; la phosphatidylcholine et la phosphatidyléthanolamine le sont par l'intermédiaire de têtes activées par le CDP.
- La phosphatidylsérine est formée par échange de tête polaire à partir de la phosphatidyléthanolamine ou de la phosphatidylcholine.
- La méthylation de la phosphatidyléthanolamine en présence de SAM donne de la phosphatidylcholine ; la décarboxylation de la phosphatidylsérine donne de la phosphatidyléthanolamine.