Lipids: Definition, Classification, and Properties

Lipids and Derivatives: Structure, Characteristics, and Biological Roles

1. General Characteristics and Properties of Lipids

1.1. Definition and Fundamental Characteristics

1.2. Physical Properties

• Solubility: Insoluble in water due to their non-polar nature, but soluble in organic solvents. Their insolubility in water necessitates specialized transport mechanisms in the blood, leading to the formation of lipoproteins (associations of proteins and lipids).
• Melting Point and Consistency: These properties vary greatly depending on the length and saturation of their hydrocarbon chains. Generally, lipids with shorter chains or more unsaturation tend to be liquid at room temperature (oils), while those with longer, saturated chains are solid (fats, waxes).
• Emulsifying Function: Some lipids, particularly those with amphipathic properties (e.g., fatty acids), can act as emulsifiers, allowing two immiscible liquids (like oil and water) to mix.

1.3. Chemical Properties

1.4. Nutritional Properties

• Energy Source: Lipids are a highly concentrated source of energy, providing 9 kcal per gram (compared to 4 kcal/g for carbohydrates and proteins).
• Essential Fatty Acids: Certain fatty acids are "essential" as they cannot be synthesized by the body and must be obtained through diet.
• Organoleptic Properties: Lipids contribute significantly to the taste, texture, and aroma of foods.

1.5. Physiological Functions

• Structural: Key components of cell membranes (e.g., phospholipids, cholesterol).
• Energy Reserve: Primarily stored as triacylglycerols in adipose tissue, providing a substantial energy reserve (e.g., 11 kg of triacylglycerols in a 70 kg man, equating to 100,000 Kcal).
• Functional/Signaling: Precursors for important signaling molecules like eicosanoids (prostaglandins, leukotrienes) and steroid hormones.
• Transporters: Facilitate the absorption and transport of fat-soluble vitamins (A, D, E, K).
• Insulation and Protection: Adipose tissue provides thermal insulation and mechanical protection for organs.

Pathology: Lipid deposits contribute to diseases such as atherosclerosis, where fatty plaques harden arteries, leading to cardiovascular disease.

2. Classification of Lipids

2.1. Simple Lipids (Homolipids)

• Acylglycerols: Esters of glycerol and fatty acids.
  • Monoacylglycerols (MAG): One fatty acid, e.g., -monoacylglycerol. Highly polar and act as emulsifiers (E471, E472). -arachidonylglycerol has cannabimimetic activity.
  • Diacylglycerols (DAG): Two fatty acids. Sn-1,2 DAGs are important secondary messengers in cell signaling, produced by phospholipase C action on phospholipids.
  • Triacylglycerols (TAG) / Triglycerides: Three fatty acids esterified to a glycerol backbone.
    • Most abundant dietary lipid (95-98%).
    • Major component of adipose tissue and many vegetable oils.
    • Highly apolar and serve as energy reserves.
    • Hydrolysis by pancreatic lipase yields -monoacylglycerol and two fatty acids (incomplete hydrolysis) or glycerol and three fatty acids (complete hydrolysis, e.g., by adipose tissue lipases like ATGL, LHS, LMG).
    • Adipocytes are specialized cells for TAG storage, with composition typically saturated FA (sn-1), monounsaturated FA (sn-2, sn-3), and polyunsaturated FA (sn-3).
• Cerides (Waxes): Esters of long-chain fatty acids and long-chain fatty alcohols. Very apolar, highly hydrophobic, and solid with high melting points. Used in cosmetics (lotions, creams) and polishes.
• Sterides: Esters of fatty acids and sterols (polycyclic alcohols).
  • Example: Cholesteryl palmitate.
  • Enzymes involved: Acyl-CoA-Cholesterol Acyl Transferase (ACAT) in plasma and Lecithin-Cholesterol Acyl Transferase (LCAT) in the liver.
  • Cholesterol is stored in the liver and adrenals, transported via lipoproteins, and can accumulate in atherosclerotic plaques (forming lipid-laden "foam cells" in macrophages).

2.2. Complex Lipids (Heterolipids)

• Phosphoglycerolipids (Phospholipids): Derived from glycerolphosphate, forming the core of phospholipids.
  • Major constituents of biological membranes, forming lipid bilayers with a hydrophilic head and hydrophobic tails.
  • Composed of a diacylglycerol backbone linked to a phosphate group, which is often further esterified to an amino alcohol (serine, ethanolamine, choline) or inositol.
  • Sn-1 position typically has a saturated fatty acid (e.g., stearic acid, ), sn-2 often an unsaturated fatty acid (e.g., oleic acid, , or arachidonic acid, ).
  • Their amphipathic nature makes them fundamental for membrane structure and function, acting as selective barriers.
  • Phospholipases , , , and specifically hydrolyze these lipids at different positions.
  • Important types:
    • Phosphatidic Acid: The simplest phosphoglycerolipid, an intermediate in the synthesis of TAGs and other phospholipids. Precursor of cardiolipins. Both carboxyl groups are ionized at physiological pH.
    • Phosphatidylcholine (PC) / Lecithin: Most abundant membrane phospholipid (outer leaflet). Physiologically neutral (zwitterionic). Important for nerve transmission (choline reserve), a source of methyl groups, and crucial in lung surfactant (dipalmitoyl-phosphatidylcholine, absence causes respiratory distress syndrome in premature infants). Industrial emulsifier.
    • Phosphatidylethanolamine (PE): Abundant in the inner leaflet of membranes. often rich in arachidonic acid and DHA.
    • Phosphatidylserine (PS): Found in nervous tissues (myelin sheath); in brain often DHA. Has a negative charge. Plays roles in cell signaling and apoptosis; its presence on the outer leaflet signals for phagocytosis.
    • Phosphatidylinositol (PI): Inositol can be phosphorylated (e.g., PIP₂, Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate). Essential in the brain (80% of one specific molecule: sn1-stearoyl, sn2-arachidonoyl-sn-glycerolphosphorylinositol). A major source of arachidonic acid. Its negative charge anchors non-membrane proteins and participates in non-specific interactions. Upon PLC action, it yields IP3 (inositol 1,4,5-triphosphate), a polar, hydrosoluble, crucial second messenger, and DAG.
    • Lysophospholipids: Formed by phospholipase A action (deacylation). E.g., lysophosphatidylcholine. Intermediates in glycerophospholipid metabolism.
    • Platelet-Activating Factor (PAF): 1-O-alkyl-2-acetyl-sn-glycero-3-phosphocholine. More hydrosoluble, potent activator of PLC, causes platelet aggregation, smooth muscle contraction (bronchi, uterus), vasodilation (hypotension), and inflammatory responses (chemotaxis, increased vascular permeability, edema). Natural antagonists include plant terpenes (Ginkgo Biloba).
    • Plasmalogens: Lipids with an ether linkage containing a vinyl alcohol on . E.g., plasmenylcholine, plasmenylethanolamine. Abundant in tissues with high respiratory density (brain, muscle, heart, macrophages, thyroid cells).
    • Cardiolipins: Important constituents of mitochondrial membranes. Isolated from heart tissue, rich in essential fatty acids (e.g., linoleic acid).
• Sphingolipids: Based on the amino alcohol sphingosine (or its saturated precursor, sphinganine), instead of glycerol. Sphingosine is an 18-carbon diol-amine with a trans double bond at C4. It has a secondary and a primary alcohol group (the latter typically binds a phosphorylcholine or a sugar). Main sphingosine lipids in animals.
  • Ceramides: Formed by an amide linkage between a long-chain fatty acid and sphingosine. Precursors of other sphingolipids, major lipids of the stratum corneum (maintaining epidermal integrity), and involved in cell signaling (apoptosis, differentiation, proliferation, membrane microdomains). Often contain very long-chain fatty acids (e.g., C30) for rigidity, and essential fatty acids like linolenic and arachidonic acids.
  • Sphingomyelin: A ceramide linked via its primary alcohol to phosphocholine. A major phospholipid, especially abundant in the brain and nervous tissue (myelin鞘) and cornea. At blood pH, it's ionized. Brain grey matter contains , while white matter has and . Plays a role in cell transduction and neuronal activity. Absent in plants and microorganisms.
  • Sphingoglycolipids (Glycolipids): Carbohydrate moieties linked to the C1 of a ceramide.
    • Monoglycosylceramides (Cerebrosides): One sugar moiety.
      • Galactosylceramide (GalCer): Ose = Galactose. Found in nervous tissue, brain white matter, and myelin. Neutral charge.
      • Glucosylceramide (GluCer): Ose = Glucose. Found in extra-nervous tissues (epithelium, skin, erythrocytes, intestine, bladder). Precursor of ceramides. Also neutral charge.
    • Oligoglycosylceramides: More than one sugar (n=2-20 saccharides). E.g., Lactosylceramide (Galactose--glucose--ceramide). Found in plasma membranes, where they stabilize membranes, activate receptors (insulin, growth factors), bind specific bacteria, and serve as auto-immunity markers.
    • Gangliosides: Oligoglycosylceramides built upon a lactosylceramide backbone with one or more sialic acid (N-acetylneuraminic acid, NANA) residues. Negatively charged.
      • Nomenclature: G=Ganglioside, M=mono (one sialic acid), D=di, T=tri. Numbers (1,2,3) relate to electrochemical properties and number of neutral sugar molecules (e.g., GM3 = Cer-Glu-Gal-NANA).
      • Abundant in ganglia and brain (C18:0 predominates).
      • Structural and functional roles: receptor activation, cell growth and differentiation, cell interactions.
      • Receptors for microorganisms (cholera, botulism, tetanus toxins), e.g., GM1 binds cholera toxin.
    • Sulfatides: Specifically, 3-sulfo-galactosylceramide (GalCer--). Implicated in demyelination diseases (e.g., multiple sclerosis).
    • Fucolipids: Contain fucose. Membrane components.
  • Sphingolipid-related pathologies:
    • Sphingolipidoses: Accumulation of GSLs due to enzymatic deficiencies in catabolism.
      • Tay-Sachs disease: -N-acetylhexosaminidase deficiency, leading to GM2 ganglioside accumulation.
      • Fabry disease: -galactosidase A deficiency, leading to lactosylceramide accumulation.
      • Leukodystrophy (Scholz disease): Arylsulfatase A deficiency, leading to sulfatide accumulation.
      • Gaucher disease: Glucocerebrosidase deficiency, leading to glucocerebroside accumulation. Types 2 and 3 involve severe neurological impact.
    • Niemann-Pick disease (Types A and B): Accumulation of sphingomyelin and cholesterol due to sphingomyelinase deficiency, causing hepatosplenomegaly and severe neurological damage.

3. Specific Fatty Acid Types and Nomenclature

3.1. General Characteristics of Fatty Acids

• A single carboxylic acid function (-COOH).
• Usually an even number of carbons ( to ).
• Variable chain length (most common ).
• Variable number and position of double bonds.
• Stereoisomerism (cis or trans).
• Are generally non-hydrolyzable as individual entities (they are the building blocks, not polymers).

3.2. Nomenclature of Fatty Acids

• Standard (Carboxyl-end) Nomenclature: Carbons are numbered starting from the carboxyl carbon as . Delta () notation indicates the position of double bonds relative to the carboxyl end, e.g., .
• Omega ( or n-) Nomenclature: Carbons are numbered from the methyl end (the terminal group). Omega () or n- notation indicates the position of the first double bond, e.g., . This is common in clinical medicine and biology.
  • Example: Arachidonic acid can be described as or .
• Abbreviated Form: , where is the number of carbons and is the number of double bonds.

3.3. Fatty Acid Types

3.3.1. Saturated Fatty Acids (SFAs)

• Formula: . Saturated with hydrogen, meaning no double bonds.
• Most abundant in mammals. Typically have an even number of carbons.
• Examples:
  • Butyric acid (C4:0): Found in butter.
  • Palmitic acid (C16:0): Abundant in palm oil. Highly atherogenic.
  • Stearic acid (C18:0): Common in animal fats.
  • Lignoceric acid (C24:0): Found in nervous tissue.
• Sources: Meat, processed meats, dairy products.
• Atherogenic SFAs: Lauric, myristic, and palmitic acids.
• Role: Primarily energetic (1g = 9kcal), e.g., palmitic acid yields 136 ATP. They are stored as triglycerides in adipose tissue. Metabolic processes like lipolysis, -oxidation, lipogenesis, and esterification are sensitive to fasting.
• Impact on melting point: Increases with chain length; C4 SFAs are soluble in water, C10+ SFAs are insoluble.

3.3.2. Unsaturated Fatty Acids (UFAs)

1. Monounsaturated Fatty Acids (MUFAs): One double bond.
   • Example: Oleic acid (C18:1, ). Synthesized in plants and animals by Desaturase.
   • Properties: Relatively stable to oxidation.
   • Dietary importance: Abundant in olive oil; common in the "Mediterranean diet," linked to cardiovascular health benefits. Recommended intake: 50% of lipid intake.
2. Polyunsaturated Fatty Acids (PUFAs): Two to six double bonds.
   • Essential Fatty Acids (EFAs): Cannot be synthesized by the body and must be acquired through diet. Plants and animals have different desaturation capabilities.
     • Omega-6 () Series:
       • Linoleic acid (LA, C18:2, ): Daily need ~10g. Important for growth, development, membrane phospholipids, epidermal/renal function, and reproduction.
       • Dihomo-gamma-linolenic acid (DGLA, C20:3n-6)
       • Arachidonic acid (AA, C20:4n-6): Daily need ~10g (used in omega-6 production chain)
       • Docosatetranoic acid (DTA, C22:4n-6)
       • Docosapentanoic acid (DPA, C22:5n-6)
     • Omega-3 () Series:
       • Alpha-linolenic acid (ALA, C18:3, ): Daily need ~2-4g. Essential for membrane biogenesis (nervous system, retina), critical for development, facilitates growth.
       • Eicosatetranoic acid (ETA, C20:4n-3)
       • Eicosapentaenoic acid (EPA, C20:5n-3): Reduces arrhythmogenic effects of .
       • Docosapentanoic acid (DPA, C22:5n-3)
       • Docosahexaenoic acid (DHA, C22:6n-3): Found in fish oils.
   • Long-Chain PUFA (LC-PUFA) Synthesis: Animals can insert double bonds at and using desaturases and lengthen chains by two carbons using elongases. These enzymes are crucial for converting dietary EFAs into longer, more unsaturated forms. For example, ALA gives rise to EPA and DHA.
   • Nutritional Recommendations: A healthy ratio is ideally around 5. Current ratios in Western diets (e.g., France ~15, USA ~16.74) are much higher than historical estimates (Paleolithic ~0.79) or healthier diets (Greece before 1960 ~1-2, Japan ~4.00). Consumption of rich foods (fish) is associated with reduced cardiovascular disease.
   • Sources:
     • Vegetable oils (rapeseed/canola oil, walnut oil, soybean oil are good sources, while corn, sunflower, and grapeseed oils are high in ).
     • Fatty fish (salmon, mackerel, sardines) are excellent sources of EPA and DHA.

3.3.3. Atypical Fatty Acids

• Trans Fatty Acids: Possess a trans configuration around one or more double bonds, leading to a straighter molecule than cis isomers.
  • Sources: Naturally found in dairy products and animal fats ( of total intake). Industrially produced through hydrogenation of oils ( of total intake).
  • Health Concerns: Increase risk of cardiovascular diseases. Public health initiatives aim to reduce their industrial production.
  • Example: Elaidic acid (C18:1 trans 9). Its melting point () is significantly higher than its cis counterpart, oleic acid ().
• Hydroxylated Fatty Acids: Contain a hydroxyl group. Example: Ricinoleic acid.
• Branched Fatty Acids: Contain methyl branches.
  • Example: Tétraméthyl C28 fatty acid in Mycobacterium tuberculosis.
  • Phytanic acid causes Refsum disease if accumulated.

4. Properties of Fatty Acids and Oxidation

4.1. Physical Properties (Detailed)

• Melting Point: Increases with chain length for saturated fatty acids. Decreases with increasing unsaturation (number of double bonds). Cis double bonds cause kinks, preventing tight packing and lowering melting points compared to trans double bonds.
• Solubility: Carboxylic acid function is polar (hydrophilic), but the long carbon chain is apolar (hydrophobic). The length of the chain dictates hydrophobicity. Butyric acid (C4) is water-soluble, but from C10 onwards, fatty acids are insoluble in water and form micelles or molecular films. Soluble in non-polar organic solvents.
• Detergent Properties: Due to their amphipathic nature (polar head, non-polar tail), fatty acids exhibit detergent, foaming, wetting, and emulsifying properties.
• Ionization: for the carboxyl group. At physiological pH (7.4), the carboxyl group is negatively charged (-).

4.2. Chemical Properties (Detailed)

• Oxidation (Rancidification): Occurs due to reaction with atmospheric oxygen, leading to unpleasant odors and flavors. This process can be:
  • Biological/Enzymatic: Via enzymes like cyclooxygenases and lipoxygenases (involved in eicosanoid synthesis).
  • Auto-oxidation: Radical reactions.
• Stability to Heating: Unsaturated fatty acids are less stable to heating than saturated ones, with polyunsaturated fatty acids being particularly vulnerable. For example, C18:3 shows 65% alteration at and 99% at , compared to C18:1 showing only 4% and 13% respectively.

5. Eicosanoids

5.1. Biosynthesis

1. Liberation of Arachidonic Acid (AA): Primarily from membrane phospholipids by Phospholipase A2 (PLA2). Other precursor fatty acids like dihomolinolenic acid (C20:3 ) and eicosapentaenoic acid (EPA, C20:5 ) can also serve as substrates.
2. Transformation into Active Products: By oxygenase enzymes (cyclooxygenases and lipoxygenases). The "series" number of eicosanoids (e.g., Series 1, 2, or 3) indicates the number of double bonds in the molecule.

5.2. Prostanoids (Prostaglandins, Thromboxanes, Prostacyclins)

• Prostaglandins (PGs):
  • Possess a five-membered ring. Different series (D, E, F) denote variations in functional groups (hydroxyl, ketone) on the ring.
  • PGE2: Broad cell distribution, causes vascular smooth muscle constriction, fever, gastric mucosal protection, and wakefulness.
  • PGF: Causes uterine contractions.
  • PGD2: Produced by mast cells, promotes sleep.
  • Overall roles: Mediators of inflammation, protect gastric mucosa, involved in renal blood flow regulation, uterine stimulants (labor induction), cell adhesion modulation, neuronal signaling, and can participate in tumor growth.
• Thromboxanes (TXs):
  • Synthesized in platelets and macrophages by thromboxane synthase from PGH2 (an intermediate from COX).
  • TXA2: Potent vasoconstrictor and pro-aggregating agent for platelets. Highly unstable ().
• Prostacyclins (PGI):
  • Synthesized in vascular endothelium and smooth muscle cells by prostacyclin synthase.
  • PGI2: Antagonist to TXA2. Inhibits platelet aggregation and is a potent vasodilator. .
• COX Enzymes: Bifunctional enzymes with cyclooxygenase and peroxidase activities. Aspirin and other NSAIDs (Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs) inhibit COX, thus reducing prostanoid synthesis.
• vs. Eicosanoids: Omega-3 fatty acids like EPA lead to Series 3 prostanoids (PG3, TX3), which often have less potent pro-inflammatory or pro-aggregatory effects compared to Series 2 (derived from arachidonic acid). This delicate balance is vital; consumption (e.g., fish) is considered antithrombogenic.

5.3. Leukotrienes (LTs)

• Biosynthesis: Synthesized from precursor fatty acids by lipoxygenases (5-, 12-, or 15-LOX).
  • Arachidonic acid (C20:4 ) LTs Series 4.
  • Eicosapentaenoic acid (C20:5 ) LTs Series 5.
• Key Types:
  • LTB4: Produced by monocytes, neutrophils. Generated from LTA4 by LTA4 hydrolase. Potent chemoattractant.
  • Cysteinyl Leukotrienes (LTC4, LTD4, LTE4): Produced by eosinophils, mast cells. Generated from LTA4 by GSH transferase and subsequent peptidases. Strongly bronchoconstrictive and major mediators in asthma and anaphylaxis.
• Pathologies: Involved in asthma, anaphylaxis, rheumatism, and psoriasis.

5.4. Endocannabinoids

6. Polyisoprenic Lipids

6.1. Biosynthesis

1. Synthesis of Isopentenyl Pyrophosphate (IPP).
2. Condensation of IPP units.
3. Elaboration of the carbon skeleton.
4. Secondary modifications (saturations, additions of functional groups, cyclizations).

Note: Statins inhibit HMG-CoA reductase, an enzyme involved in IPP synthesis, ultimately reducing cholesterol. IPP (C5) and Dimethylallyl Pyrophosphate (C5) are key intermediates.

6.2. Terpenes

• Diterpenes: Include Vitamins A, E, K.
• Triterpenes: Include steroids, cholesterol.
• Tetraterpenes: Include carotenoids.
• Functions: Permeabilizers, pigments (carotenoids), vitamins (A, E, K), Coenzyme Q, squalene (cholesterol precursor). Many have fragrant, antiseptic, anti-inflammatory, fungicidal, or anti-infectious properties (phytotherapy).
• Monoterpenes (C10):
  • Acyclic: Ocimene (basil), myrcene (bay leaf), geraniol (rose).
  • Cyclic: Limonene (lemon), pinene (pine), camphor, menthol (peppermint).
  • Possess antiseptic (clove, thymol, camphor), deodorant, and pain-relieving properties.

6.3. Isoprenoid-Chain Compounds (Vitamins)

• Vitamin E (Tocopherols): Chain contains multiple isoprene units. Acts as an antioxidant, protecting lipids from free radicals ().
• Vitamin K (Phylloquinone, Menaquinones, Menadione): Derivatives of 2-methyl-1,4-naphthoquinone.
  • K1 (phylloquinone): Plant source, a diterpene.
  • K2 (menaquinones): Bacterial source ( isoprene units).
  • K3 (menadione): Synthetic, isoprene units.
  • Role: Cofactor for glutamyl-carboxylase, essential for the carboxylation of glutamic acid residues on specific proteins (e.g., coagulation factors like prothrombin, factors VII, IX, X), crucial for blood clotting. Deficiency leads to prolonged coagulation time. Dietary interactions: limit intake of vit. K rich foods (cabbage, salads).
• Vitamin A (Retinol):
  • Crucial for cell differentiation and growth.
  • Essential for vision (retinal).
  • Deficiency causes heméralopia (night blindness), dry skin/mucosa, delayed wound healing.
  • Therapeutic uses: dermatology (acne), oncology (leukemias). Risk of toxicity (teratogenesis).
  • Active form: Retinoic acid (all-trans and 9-cis), ligands for nuclear receptors (RAR/RXR heterodimers).
  • Storage form: Retinyl palmitate.
• Carotenoids (Tetraterpenes): Precursors of Vitamin A (e.g., -carotene).
  • Singlet oxygen () quenchers (e.g., lycopene, astaxanthin, canthaxanthin, -carotene). Essential for photoprotection (sun allergies) and prevention of age-related macular degeneration (lutein).
  • Controversy: -carotene supplementation in smokers may increase lung cancer risk.
• Coenzyme Q (Ubiquinone):
  • Electron transporter in the mitochondrial chain.
  • Antioxidant activity: Its reduced form (Ubiquinol) protects membrane lipids and regenerates Vitamin E.
  • Endogenous synthesis, so dietary dependence is negligible.

7. Steroids

7.1. Sterols

• Cholesterol: (C27H45OH, Cholest-5-ene-3--ol). The precursor of all other steroids. Synthesized from squalene.
  • Amphipathic, rigid, planar structure with a mobile side chain. Solid (melting point ).
  • Sources: Endogenous synthesis (liver) and diet.
  • Roles: Component of cell membranes, precursor for bile acids and steroid hormones.
  • Transported in blood by lipoproteins (1/3 free, 2/3 esterified as sterides). Stored as sterides.
  • Excess cholesterol (hypercholesterolemia, especially LDL-cholesterol) leads to the formation of atherosclerotic plaques.
  • Synthesis is regulated by HMG-CoA reductase.
• Phytosterols: Plant sterols (e.g., -sitosterol). Similar structure to cholesterol, can compete with cholesterol absorption.

7.2. Bile Acids and Salts

• Primary Bile Acids: Cholic acid (C24), chenodeoxycholic acid (C24). Enzyme limiting step: 7--Hydroxylase.
• Conjugation: Bile acids are conjugated with amino acids, glycine or taurine (a cysteine derivative), to form bile salts. This conjugation increases their amphipathic properties. E.g., glycocholate, taurocholate.
• Functions:
  • Emulsify dietary lipids in the digestive tract, facilitating their digestion and absorption.
  • Promote the action of pancreatic lipase.
  • Aid in the absorption of fat-soluble vitamins.
  • Mechanism for cholesterol elimination.

7.3. Steroid Hormones

• Sources: Sex glands and placenta (androgens, estrogens, progestagens); adrenal cortex (mineralocorticoids, glucocorticoids, androgens).
• Characteristics: Unlike peptide hormones, steroid hormones are:
  • Insoluble in water, transported by specific carrier proteins in blood.
  • Lipophilic, allowing them to traverse cell membranes.
  • Their receptors are intracellular (cytoplasmic or nuclear), not membrane-bound.
• Examples:
  • Androgens (19 carbons): Male hormones (testosterone).
  • Estrogens (18 carbons): Female hormones (estradiol).
  • Progestagens (21 carbons): (progesterone).
  • Corticosteroids (e.g., Corticosterone).

7.4. Vitamin D

• Forms:
  • Ergocalciferol (Vitamin D2): From plants.
  • Cholecalciferol (Vitamin D3): From fish oil (e.g., cod liver oil) and endogenous synthesis in skin via UV exposure.
• Structure: Di-unsaturated sterols (at C5 and C7) with a ruptured B-ring.
• Functions: Essential for bone mineralization through its role in calcium and phosphate metabolism.
• Deficiency: Leads to rickets in children and osteomalacia (bone pain) in adults, particularly in conditions of low sun exposure.
• Supplementation: Recommended for pregnant women and young children (historically using cod liver oil, rich in Vitamins A, D, and ).

7.5. Cardiac Glycosides

Les Lipides et leurs Dérivés : Structure, Caractéristiques et Applications

Les lipides sont une vaste famille de molécules organiques définies par une propriété physique clé : leur insolubilité dans les milieux aqueux, mais leur solubilité dans les solvants organiques non polaires (méthanol, chloroforme, éther éthylique, etc.). Composés majoritairement de carbone (C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O), ils sont essentiels à la vie, constituant environ 20% du poids corporel chez l'homme. Cette propriété d'insolubilité aquatique a des conséquences biologiques importantes, notamment le transport sanguin sous forme de lipoprotéines hydrosolubles.

1. Objectifs de l'étude des lipides

L'étude des lipides vise à :

• Connaître les différentes familles de lipides, leur structure et leurs caractéristiques.

• Comprendre les relations entre leur structure moléculaire et leur activité biologique.

• Préparer aux cours de biochimie métabolique.

• Acquérir les connaissances de base pour la compréhension de leurs applications biomédicales et pharmacologiques.

2. Caractéristiques Générales des Lipides

2.1. Définition et Propriétés Physiques

Les lipides, du grec *lipos* (graisse), sont caractérisés par leur insolubilité dans l'eau. Inversement, ils sont solubles dans les solvants organiques non polaires comme le méthanol, le chloroforme, le cyclohexane, l'éther éthylique et l'acétone. Ce sont des molécules organiques contenant C, H, O. Beaucoup de lipides sont caractérisés par la présence d'au moins un acide gras. Le cholestérol, les stéroïdes et la vitamine D sont également rattachés aux lipides en raison de leur insolubilité dans l'eau.

Les "corps gras" courants comprennent les huiles (fluides ou concrètes), les graisses (solides) et les cires (solides) à température ambiante.

Propriétés physiques spécifiques :

• Solubilité : Insolubles dans l'eau, forment des micelles ou des films moléculaires. Solubles dans les solvants organiques apolaires.

• Point de fusion et consistance : Varient selon la longueur de la chaîne carbonée et le degré d'insaturation. Les acides gras saturés ont un point de fusion plus élevé.

• Fonction émulsifiante : Certains lipides peuvent agir comme émulsifiants.

2.2. Propriétés Chimiques

• Stabilité : Variable vis-à-vis de l'oxydation et du chauffage. Les acides gras insaturés sont plus sensibles à l'oxydation.

• Hydrolysables : Beaucoup sont hydrolysables, notamment par des enzymes comme les lipases.

2.3. Propriétés Nutritionnelles

• Énergétique : Très forte densité énergétique ; de lipides apporte .

• Acides Gras Essentiels (AGE) : Indispensables et non synthétisables par l'organisme (ex: acide linoléique, acide -linolénique).

• Propriétés organoleptiques : Contribuent au goût, à la texture et à l'arôme des aliments.

2.4. Fonctions Biologiques des Lipides

Les lipides exercent plusieurs fonctions vitales :

• Réserve énergétique : Principale forme de stockage d'énergie à long terme (triglycérides). Une grande partie de la masse corporelle (20% en moyenne) est composée de lipides stockés dans le tissu adipeux.

• Structure membranaire : Composants essentiels des membranes cellulaires (phospholipides, sphingolipides, cholestérol).

• Isolation thermique : Le tissu adipeux sous-cutané fournit une isolation thermique.

• Protection mécanique : Entourent et protègent les organes vitaux.

• Fonctionnel ou « Signaling » : Précurseurs de molécules signalétiques (eicosanoïdes, hormones stéroïdes).

• Transporteurs : Véhiculent les vitamines liposolubles (A, D, E, K).

• Pathologie : Les dépôts lipidiques sont impliqués dans l'athérosclérose, entraînant le durcissement des artères (plaques d'athérome).

2.5. Sources des Lipides

Les lipides peuvent être d'origine :

• Végétale : Fruits (olive), graines (tournesol, colza, noix).

• Animale : Graisses de dépôt (saindoux, suifs), graisses de lait (ruminants), graisses de la faune aquatique (poissons).

3. Classification des Lipides

Les lipides sont classés en deux grandes catégories : les homolipides (simples) et les hétérolipides (complexes), ainsi que des lipides non hydrolysables.

3.1. Homolipides (Lipides Simples)

Ces corps ternaires (C, H, O) sont classés selon l'alcool qui estérifie l'acide gras.

• Acylglycérols : Le glycérol estérifie l'acide gras.

  • Monoacylglycérols, Diacylglycérols, Triacylglycérols (triglycérides).

• Cérides : Alcools à longue chaîne (alcool gras) estérifient l'acide gras.

• Stérides : Stérols (alcool polycyclique) estérifient l'acide gras (ex: palmitate de cholestéryle).

3.2. Hétérolipides (Lipides Complexes)

Ces lipides contiennent des groupes phosphate, sulfate, azotés ou glucidiques. Ils sont classés par rapport à la molécule qui fixe les acides gras.

• Phosphoglycérolipides (Phospholipides) : Le glycérolphosphate fixe les acides gras. Constituants majeurs des membranes.

• Sphingolipides : La sphingosine fixe les acides gras.

3.3. Lipides Non Hydrolysables

Cette catégorie inclut des molécules diverses, dont les isoprénoïdes.

• Eicosanoïdes : Dérivés des acides gras à 20 carbones (prostaglandines, leucotriènes, thromboxanes).

• Lipides polyisopréniques : Terpènes (vitamines A, E, K) et stéroïdes (cholestérol, hormones stéroïdes, vitamine D).

Vue d'ensemble de la classification des Lipides :

4. Les Acides Gras

Les acides gras sont des acides carboxyliques (R-COOH) avec une longue chaîne hydrocarbonée. Ils peuvent être linéaires, cycliques ou ramifiés, et sont considérés comme non hydrolysables en tant que tels.

4.1. Structure et Nomenclature

Un acide gras est constitué d'une chaîne hydrocarbonée et d'un groupe carboxyle () à une extrémité.

• Le premier carbone est celui du carboxyle.

• La numérotation peut se faire à partir du carboxyle () ou à partir du méthyl terminal ( ou n-). L'appellation oméga est la plus courante en médecine clinique.

Exemple : Acide arachidonique

• signifie 20 carbones, 4 doubles liaisons, la première double liaison étant située au 6ème carbone à partir de l'extrémité méthyl terminal.

• indique les positions des doubles liaisons à partir du carbone carboxyle.

4.2. Caractéristiques Générales des Acides Gras

• Majoritairement à nombre pair de carbones.

• Possèdent une seule fonction acide carboxylique.

• La longueur de leur chaîne (généralement entre 12 et 20 carbones pour les plus courants, mais aussi des chaînes courtes ou très longues ).

• La fonction carboxylique est polaire (hydrophile) et la chaîne carbonée est apolaire (hydrophobe). À pH 7, le groupe carboxyle est chargé négativement ().

• À partir de 10 carbones, ils sont insolubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques apolaires.

• Point de fusion : Augmente avec la longueur de la chaîne saturée. Diminue avec le degré d'insaturation. Les acides gras saturés sont solides si carbones à .

• Propriétés détergentes : (moussantes, mouillantes, émulsionnantes), dues à leur nature amphiphile.

Tableau de points de fusion d'acides gras :

4.3. Instabilité des acides gras : Oxydation et Chauffage

Les acides gras, particulièrement les insaturés, sont sensibles à l'oxydation, phénomène connu sous le nom de "rancissement" :

• Oxydation chimique : Par l'oxygène de l'air, via des réactions radicalaires (auto-oxydation).

• Oxydation biologique : Par des enzymes telles que les cyclooxygénases et lipoxygénases, qui interviennent dans la synthèse des eicosanoïdes.

• Chauffage : Les acides gras polyinsaturés sont très sensibles au chauffage, entraînant une altération rapide.

Tableau d'altération en % au cours du chauffage :Ceci démontre que plus le degré d'insaturation est élevé, plus l'acide gras est sensible à la dégradation par la chaleur.

4.4. Acides Gras Saturés (AGS)

• Structure : Chaîne hydrocarbonée sans double liaison, saturée en hydrogène. Formule générale : .

• Abondance : Plus abondants chez les mammifères, souvent à nombre pair de carbones.

• Exemples :

  • Acide butyrique (C4:0) : présent dans le beurre, métabolisé par les bactéries.

  • Acide palmitique (C16:0) : très commun (huile de palme).

  • Acide stéarique (C18:0) : commun dans les graisses animales.

  • Acide laurique (C12:0) : huile de coco.

  • Acide myristique (C14:0).

  • Acide lignocérique (C24:0) : trouvé dans les lipides du tissu nerveux.

• Sources alimentaires : Viandes, charcuteries, produits laitiers et certains produits végétaux (huiles de coco, de palme).

• Impact sur la santé : Les acides laurique, myristique et palmitique sont considérés comme les plus athérogènes (favorisant l'athérosclérose). Les apports recommandés sont limités (environ 16g/jour pour les femmes, 19g/jour pour les hommes).

• Rôle biologique :

  • Localisation : Tissus adipeux, tissus de protection des organes, circulation (acides gras libres et triglycérides).

  • Rôle énergétique : produit . L'acide palmitique (C16:0) génère par exemple 136 ATP.

  • Métabolisme : Subissent la lipolyse et la -oxydation pour la production d'énergie, et la lipogénèse et estérification pour le stockage sous forme de triglycérides. Ces processus sont sensibles au jeûne. Les lipides ne peuvent cependant jamais complètement remplacer le glucose comme source d'énergie.

4.5. Acides Gras Insaturés (AGI)

• Structure : Présence d'au moins une double liaison dans la chaîne hydrocarbonée.

• Conséquences structurelles : La présence de doubles liaisons, surtout en configuration cis, introduit des coudes dans la chaîne, empêchant un empaquetage dense.

• Propriétés physiques :

  • Moins de rigidité.

  • Points de fusion plus faibles (de -5 à -50°C), ce qui les rend liquides à température ambiante (huiles).

  • Plus sensibles à l'oxydation en raison de la réactivité des doubles liaisons.

• Stéréoisomérie : Peuvent exister sous configuration cis ou trans. Les acides gras naturels sont majoritairement en cis.

4.5.1. Acides Gras Mono-insaturés (AGMI)

Possèdent une seule double liaison.

• Acide oléique (C18:1, ) : Le plus représentatif (acide 9-octadécénoïque).

  • Synthétisé dans les règnes végétal et animal grâce à la Désaturase.

  • Relativement peu sensible à l'oxydation comparé aux polyinsaturés.

  • Très recommandé pour la santé (50% des apports lipidiques). Le régime méditerranéen, riche en huile d'olive (source d'acide oléique), est associé à une prévention des maladies cardiovasculaires.

4.5.2. Acides Gras Polyinsaturés (AGPI)

Possèdent de 2 à 6 doubles liaisons par molécule.

• Acides Gras Essentiels (AGE) : Ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme humain et doivent être apportés par l'alimentation.

  • Série (n-6) :

    • Acide linoléique (AL, C18:2, ) : Besoins quotidiens de 10g/jour. Rôle dans la croissance, le développement, constituant des phospholipides membranaires, fonction épidermique et rénale, reproduction.

    • Acide arachidonique (AA, C20:4, ) : Précurseur important des eicosanoïdes. L'acide dihomo--linolénique (DGLA, C20:3n-6), l'acide docosatétranoïque (DTA, 22:4n-6) et l'acide docosapentanoïque (DPA, 22:5n-6) sont aussi des AGPI de la série .

  • Série (n-3) :

    • Acide -linolénique (ALA, C18:3, ) : Besoins quotidiens de 2-4g/jour. Rôle essentiel dans la biogenèse des membranes (système nerveux, rétine), rôle critique pendant le développement, facilite la croissance.

    • Acide eicosapentaénoïque (EPA, C20:5, ) et Acide docosahexaénoïque (DHA, C22:6, ) : Présents dans les huiles de poisson, importants pour le développement du cerveau et de la vision. L'acide eicosatétranoïque (ETA, 20:4n-3) et l'acide docosapentanoïque (DPA, 22:5n-3) sont d'autres AGPI de la série .

• Recommandation nutritionnelle : Les AGPI devraient représenter environ 25% des Apports Énergétiques Totaux (AET).

• Capacités de désaturation : Les plantes et les animaux n'ont pas les mêmes capacités de désaturation. Les animaux peuvent insérer une double liaison en dans les polyinsaturés apportés par les plantes et allonger la chaîne carbonée grâce à des élongases avant d'insérer de nouvelles insaturations.

• Enzymes nécessaires à la synthèse des AGPI à longue chaîne (AGPI-LC) :

  • Désaturases : Spécifiques (, désaturases).

  • Élongases : Ajoutent 2 carbones.

  • Oxygénases : Cyclooxygénases (produisent des prostaglandines – PG) et Lipoxygénases (produisent des leucotriènes – LT).

• Ratio : Idéalement autour de 5. En France, il est actuellement autour de 15, tandis qu'il était estimé à 0.79 au Paléolithique. Un ratio équilibré est crucial pour la santé.

L'alimentation riche en poissons (sources d') est associée à un risque plus faible de maladies cardiovasculaires, comme observé chez les communautés inuites. Les peuvent prévenir l'arythmie due à des concentrations toxiques de .

Comparaison des matières grasses (avantages/inconvénients) :(Les valeurs sont indicatives et peuvent varier)

4.6. Acides Gras Atypiques

4.6.1. Acides Gras trans

• Exemple : Acide élaïdique (C18:1 trans 9).

• Sources :

  • Naturelle : lait, beurre, graisses animales (environ 40% des apports).

  • Industrielle : processus d'hydrogénation des huiles végétales (environ 60% des apports en France).

• Enjeux de santé publique : Augmentation significative du risque de maladies cardiovasculaires. Les industriels s'engagent à réduire leur teneur.

4.6.2. Acides Gras Hydroxylés et Ramifiés

• Acides gras hydroxylés : Contiennent un groupe hydroxyle () sur leur chaîne carbonée (ex: acide ricinoléique).

• Acides gras ramifiés : Possèdent des ramifications, souvent des groupes méthyl (ex: acide phytanique responsable de la maladie de Refsum). Le bacille de Koch, par exemple, contient des acides gras C28 tétraméthylés.

5. Les Acylglycérides

Les acylglycérides sont des combinaisons d'une molécule d'acide gras avec une molécule de glycérol ().

5.1. Structure générale

Le glycérol possède trois fonctions alcool () pouvant être estérifiées par des acides gras. La numérotation stéréochimique (sn) est courante : sn-1 (primaire), sn-2 (secondaire), sn-3 (primaire).

• Monoacylglycérols : Un seul acide gras estérifié sur le glycérol.

• Diacylglycérols (DAG) : Deux acides gras estérifiés. Les stéréoisomères (sn-1,2-; sn-1,3-; sn-2,3-DAG) existent. Le sn-1,2 DAG a un rôle biologique important comme second messager, produit par l'hydrolyse de phospholipides par la phospholipase C (PLC). Souvent, l'acide arachidonique est en sn-2.

• Triacylglycérols (TAG) ou Triglycérides : Trois acides gras estérifiés. Représentent 95-98% des lipides alimentaires.

5.2. Propriétés et Rôles

• Les acylglycérols naturels (essentiellement les triglycérides) sont apolaires et hydrolysables par des lipases enzymatiques dans le règne vivant.

• Réserve énergétique majeure : Chez l'homme, une réserve de , soit environ de triglycérides pour un homme de . Ils sont stockés dans le tissu adipeux, au sein des adipocytes.

• Composition des TAG : Le tissu adipeux blanc contient d'AG saturés (souvent en sn-1), d'AG mono-insaturés (en sn-2 et sn-3) et d'AG polyinsaturés (en sn-3).

• Hydrolyse :

  • Hydrolyse complète : acides gras + glycérol (par triglycéride lipase adipocytaire, lipase hormono-sensible, lipase des mono-acylglycérides).

  • Hydrolyse incomplète : sn2-monoacylglycérols + acides gras (par lipase pancréatique).

• Les sn2-monoacylglycérols sont très polaires et peuvent être utilisés comme émulsifiants dans l'industrie agroalimentaire et cosmétique. Le sn2-arachidonylglycérol a une activité cannabimimétique.

• Excès de triglycérides : Associé à une augmentation des maladies cardiovasculaires et du diabète de type II.

6. Les Cérides

Les cérides sont des monoesters d'acides gras et d'alcools aliphatiques à longue chaîne (alcool gras), principalement des alcools primaires, saturés et non ramifiés.

• Propriétés : Très apolaires, hydrophobes, solides à température ambiante, point de fusion très élevé.

• Utilisation industrielle : Cosmétiques (lotions, pommades, fards), enduits.

7. Les Stérides

Les stérides sont des esters d'acides gras et de stérols (alcools polycycliques).

• Stérols principaux : Cholestérol (chez l'animal), phytostérols (chez les végétaux).

• Exemple : Palmitate de cholestéryle.

• Synthèse : Implique des enzymes comme l'Acyl-CoA-Cholestérol Acyl Transférase (ACAT) dans le plasma et la Lécithine-CoA Cholestérol Acyl Transférase (LCAT) dans le foie.

• Stockage et transport : Le cholestérol est stocké sous forme estérifiée (stérides) dans le foie et les surrénales, et transporté par les lipoprotéines dans le sang.

• Pathologie : Les stérides contribuent à la formation de plaques d'athérome par les macrophages (cellules spumeuses).

8. Les Hétérolipides (Lipides Complexes)

Les hétérolipides contiennent des groupes phosphate, sulfate ou glucidique.

8.1. Les Phosphoglycérolipides (ou Phospholipides)

Ils sont composés d'un glycérol dont les positions sn-1 et sn-2 sont estérifiées par des acides gras (longs, ). Le sn-1 est souvent saturé (ex: stéarique, C18:0), le sn-2 est souvent insaturé (ex: oléique C18:1, arachidonique C20:4 ). La position sn-3 est estérifiée par de l'acide phosphorique, lui-même lié ou non à un alcool aminé (sérine, éthanolamine, choline) ou à d'autres groupes. Ils sont des constituants majeurs des membranes, dotés d'une tête hydrophile (polaire) et de deux queues hydrophobes.

8.1.1. Propriétés des Phosphoglycérolipides

• Amphiphiles : Une tête polaire et deux chaînes apolaires les rend amphiphiles, formant des bicouches lipidiques dans les membranes biologiques.

• Propriétés chimiques : Réactivité avec divers composés.

• Propriétés biologiques : Attaqués par des enzymes spécifiques, les phospholipases. Il existe 4 phospholipases spécifiques : , , et .

8.1.2. Classes de Phosphoglycérolipides

1. Acide phosphatidique : Squelette diacylglycérol, sn-3 phosphate. À pH sanguin, les deux fonctions acides sont ionisées. C'est un intermédiaire de la synthèse des TAG et d'autres glycérophospholipides, ainsi qu'un précurseur des cardiolipines.

2. Phosphatidylcholine (PC) : . Autrefois appelée lécithine. Au pH physiologique, sa charge est neutre (zwitterion).

   • Le plus abondant des phospholipides membranaires (couche externe).

   • Réserve de choline (transmission nerveuse) et de groupements méthyles.

   • Le dipalmitoyl-phosphatidylcholine est le surfactant pulmonaire, essentiel pour la fonction pulmonaire ; son absence chez les prématurés provoque le syndrome de détresse respiratoire.

   • Sources : jaune d'œuf, cervelle. Largement utilisée comme émulsifiant dans l'industrie agroalimentaire.

3. Phosphatidyléthanolamine (PE) : .

   • Abondante dans la couche interne des membranes.

   • Le sn-2 est riche en acide arachidonique () et en DHA ().

4. Phosphatidylsérine (PS) : .

   • Présente dans les tissus nerveux (gaine de myéline).

   • Le sn-2 du cerveau est riche en DHA ().

5. Phosphatidylinositol (PI) : .

   • Phospholipide important du cerveau.

   • 80% du sn-1 est stéaroyl et sn-2 est arachidonoyl (), en faisant une source principale d'acide arachidonique.

   • Possède une charge négative, important pour l'ancrage de protéines non membranaires et les interactions.

   • L'inositol peut être phosphorylé en C3, C4 et C5. Le Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) a un rôle important.

   • Source d'IP3 (inositol 1,4,5-triphosphate), un second messager hydrosoluble important dans la transmission de signaux cellulaires après action de la PLC.

6. Lysophospholipides : Formés après action d'une phospholipase A (qui retire un acide gras, d'où le préfixe "lyso").

   • Exemple : la lysophosphorylcholine.

   • Rôles biologiques : intermédiaires du métabolisme des glycérophospholipides.

7. Facteur d'Activité Plaquétaire (PAF) : 1-O-alkyl-2-acétyl-sn-glycéro-3-phosphocholine.

   • Plus hydrosoluble qu'un glycérophospholipide classique.

   • Rôle biologique : activateur de la PLC.

   • Effets physiologiques : agrégation plaquettaire, contraction des fibres lisses (bronches, utérus), vasodilatateur puissant (hypotension), réactions inflammatoires (chimiotactisme des éosinophiles, neutrophiles, monocytes, augmentation de la perméabilité vasculaire, œdème). Des antagonistes du PAF sont recherchés en pharmacie (ex: terpènes végétaux).

8. Plasmalogènes : Lipides-éther avec une liaison éther sur sn-1.

   • Principaux plasmalogènes : Plasménylcholine, plasményléthanolamine.

   • Localisation : tissus à haute densité respiratoire (cerveau, muscle cardiaque, macrophages, cellules de la glande thyroïde).

9. Cardiolipines :

   • Localisation : Constituants importants des membranes mitochondriales.

   • Isolé la première fois du tissu cardiaque.

   • Contient essentiellement de l'acide linoléique.

8.2. Les Sphingolipides

Ces lipides ont pour précurseur la sphinganine (forme saturée), synthétisée à partir du palmitoyl CoA et de la sérine. La sphingosine (diol-amine à 18 atomes de carbone, 1 double liaison trans en C4) est l'alcool de base. Ses caractéristiques incluent un alcool secondaire (jamais substitué) et un alcool primaire (fixe phosphorylcholine ou un ose). La sphingosine est majoritaire chez les animaux.

8.2.1. Structure de Base : La Céramide

La céramide (ou acylsphingosine) est une liaison amide entre un acide gras à longue chaîne et la sphingosine. Elle possède des fonctions alcool primaire et secondaire libres.

• Acide lignocérique (C24:0) est un exemple d'acide gras des céramides.

• Rôles des céramides :

  • Précurseur de nombreux sphingolipides.

  • Lipides majoritaires du *stratum corneum*, participant au maintien de l'intégrité épidermique.

  • 55% des céramides contiennent des acides linolénique () et arachidonique. Les acides gras à très longue chaîne (C30) confèrent une rigidité.

  • Impliqués dans la signalisation cellulaire (apoptose, différenciation, prolifération cellulaire), et les microdomaines membranaires.

8.2.2. Classes de Sphingolipides

1. Sphingomyélines :

   • Céramide lié par son alcool primaire à la phosphocholine. Au pH sanguin, la molécule est ionisée.

   • Phospholipide majeur des membranes, abondant dans le cerveau et le tissu nerveux (gaines de myéline), ainsi que la cornée.

   • Substance grise du cerveau : riche en C18:0 (stéarique). Substance blanche : riche en C24:0 et C24:1.

   • Rôle dans la transduction cellulaire et l'activité neuronale. Absente chez les végétaux et micro-organismes.

2. Sphingoglycolipides (ou Glycolipides) : Glycosyles liés au C1 d'un céramide par sa fonction réductrice.

   • N'ont pas de phosphate. Le sucre est directement lié à l'alcool primaire du céramide.

   • Les acides gras en C24 (acide lignocérique, acide cérébronique, acide nervonique) sont caractéristiques de nombreux glycolipides du cerveau.

   • Monoglycosylcéramides (cérébrosides) : Un seul ose est lié.

     • Galactosylcéramide (GalCer) : présent dans le tissu nerveux, cerveau (substance blanche, myéline). Ose = galactose.

     • Glucosylcéramide (GluCer) : présent dans les tissus extranerveux (épithélium, peau, hématies, intestin, vessie). Ose = glucose. Précurseurs des céramides.

   • Oligoglycosylcéramides : Contiennent plusieurs oses ().

     • Exemple : Lactosylcéramide ().

     • Localisation : Membrane plasmique. Stabilisent la membrane, activent certains récepteurs (insuline, facteurs de croissance), sont des sites de liaison pour certaines bactéries, et sont des marqueurs d'auto-immunité. Certains forment les antigènes des groupes sanguins. Ils peuvent être impliqués dans l'adhésion de microorganismes pathogènes (ex: *Helicobacter pylori*, HIV) si l'acide gras lié à la sphingosine est hydroxylé sur le C2.

   • Gangliosides : Oligoglycosylcéramides complexes contenant des oses et au moins une molécule d'acide sialique (souvent N-acétylneuraminique - NANA). Appelés GM1, GM2, GM3, etc. (G = ganglioside, M = mono-sialique, D = di-sialique, T = tri-sialique).

     • Abondants dans les ganglions et le cerveau.

     • Rôles structurel et fonctionnel : activation de récepteurs, croissance et différenciation cellulaire, interactions.

     • Récepteurs de microorganismes : toxines du choléra, botulisme, tétanos. Le GM1 est un récepteur de la toxine cholérique.

   • Sulfatides : Céramides dont l'alcool primaire est lié à un sulfate. Exemple : 3-sulfo-galactosylcéramide. Principalement présents dans la myéline.

   • Fucolipides : Glycolipides contenant du fucose. Présents dans les membranes.

8.2.3. Catabolisme et Pathologies des Sphingolipides

Catabolisme : Les sphingolipides sont catabolisés dans les lysosomes.

• Sphingomyéline est dégradée par la sphingomyélinase en céramides et phosphorylcholine. Le déficit en sphingomyélinase entraîne la maladie de Niemann-Pick (accumulation de sphingomyéline et cholestérol, hépatosplénomégalie, atteinte neurologique sévère).

• L'accumulation de céramides peut entraîner un arrêt de croissance et l'apoptose.

Pathologies (Sphingolipidoses) :D'autres pathologies incluent les maladies de démyélinisation comme la sclérose en plaques, impliquant des sphingolipides.

9. Les Lipides Non Hydrolysables : Eicosanoïdes et Lipides Polyisopréniques

9.1. Les Eicosanoïdes

Du grec *eikosi*=20, les eicosanoïdes sont des dérivés oxydés d'acides gras insaturés à 20 carbones. Ce sont des autacoïdes ("hormones locales"), très actifs avec une demi-vie très courte.

9.1.1. Biosynthèse des Eicosanoïdes

La biosynthèse se déroule en deux phases :

1. Libération d'acide arachidonique par la Phospholipase () à partir d'un phospholipide membranaire.

2. Transformation de l'acide arachidonique en produits actifs par des oxygénases.

9.1.2. Familles de Composés

La série des eicosanoïdes dépend de l'acide gras précurseur :

• Acide arachidonique (C20:4) série 2 (PG2, TX2) après action de la cyclooxygénase.

• Acide dihomolinolénique (C20:3) série 1 (PG1, TX1) après action de la cyclooxygénase.

• Acide eicosapentaénoïque (C20:5) série 3 (PG3, TX3) après action de la cyclooxygénase.

Le chiffre de la série indique le nombre de doubles liaisons.

9.1.3. Prostanoïdes (Prostaglandines, Thromboxanes, Prostacyclines)

Découverts dans les années 1930. Les enzymes bifonctionnelles PGH2 synthase (cyclo-oxygénase et peroxydase) catalysent les réactions clés. L'aspirine est un anti-inflammatoire non stéroïdien (AINS) qui inhibe cette enzyme.

• Prostaglandines (PG) : Ont diverses structures (séries D, E, F, G, H, I).

  • PGE2 : Constriction des muscles lisses vasculaires, fièvre, protection muqueuse gastrique, éveil.

  • PGF : Contraction utérine.

  • PGD2 : Sommeil.

• Thromboxanes (TX) : Synthétisés principalement dans les plaquettes et macrophages par la thromboxane synthase.

  • TXA2 : Pro-agrégant plaquettaire, vasoconstricteur, bronchoconstricteur.

• Prostacyclines (PGI) : Synthétisées dans l'endothélium vasculaire et les cellules musculaires lisses par la prostacycline synthase.

  • PGI2 : Antagoniste du TXA2, inhibe l'agrégation plaquettaire, vasodilatateur. Demi-vie courte ().

Rôles des Prostanoïdes :Ils sont des médiateurs essentiels de l'inflammation, protègent la muqueuse digestive, interviennent dans l'hémostase (équilibre TXA2/PGI2), régulent le débit sanguin rénal, participent à la croissance tumorale et aux contractions utérines. La consommation d'aliments riches en (ex: EPA dans le poisson) favorise la synthèse des prostanoïdes de la série 3, qui ont des activités bénéfiques (anti-thrombogènes), mais il existe une compétition délicate entre les séries.

9.1.4. Leucotriènes (LT)

Nommés ainsi car découverts dans les leucocytes. Ils contiennent un système de 3 doubles liaisons conjuguées (). Autrefois appelés SRSA (Substances à Réaction Lente de l'Anaphylaxie).

• Enzymes : Lipoxygénases (5-, 12-, ou 15-Lox).

• Séries :

  • Acide arachidonique (C20:4) LT série 4.

  • Acide eicosapentaénoïque (C20:5) LT série 5.

• Biosynthèse : Les monocytes et neutrophiles produisent du LTA4, qui peut être transformé en LTB4 (chimiotactique) par l'hydrolase LTA4, ou en cystéinyl leucotriènes (LTC4, LTD4, LTE4) par la GSH transférase (surtout dans les éosinophiles, mastocytes).

• Effets : Fortement bronchoconstricteurs, médiateurs de l'inflammation.

• Pathologies associées : Asthme, anaphylaxie, rhumatisme, psoriasis.

9.1.5. Anandamide et Cannabinoïdes

L'anandamide est un dérivé d'acide gras qui se lie aux récepteurs cérébraux des cannabinoïdes. Il est impliqué dans l'analgésie et divers effets psychologiques (euphorie, détente, difficultés de concentration). Le 9-tétrahydrocannabinol est le principe actif du cannabis.

9.2. Les Lipides Polyisopréniques (Isoprénoïdes)

Définissent des molécules polymérisées à partir de l'unité de base, l'isoprène (2-méthyl-1,3-butadiène, ). Le nombre d'unités isoprènes () peut aller de 2 à 5000 (caoutchouc).

9.2.1. Biosynthèse

1. Synthèse de l'IPP (isopentényl-pyrophosphate) à partir d'acétyl-CoA. Les statines (inhibiteurs de l'HMGCoA réductase) agissent à cette étape.

2. Condensation des unités d'IPP.

3. Élaboration du squelette puis modifications secondaires (saturations, déshydrogénations, addition de groupes fonctionnels, cyclisations).

La polymérisation se fait en "tête à queue" ou "tête à tête".

9.2.2. Classification des Terpènes

Le suffixe "terpène" désigne le dimère diisopentène. Ils sont classés aussi selon leurs groupes fonctionnels (alcool, ester, aldéhyde, cétone, phénol, éther, peroxyde). Les monoterpènes (10 carbones) peuvent être acycliques (ocimène, myrcène, géraniol) ou cycliques (limonène, pinène, camphre, menthol, thymol) et ont des propriétés antiseptiques, déodorantes, antidouleur.

9.2.3. Fonctions des Terpènes

• Activateurs de la pénétration cutanée.

• Pigments (caroténoïdes).

• Vitamines (A, E, K).

• Coenzyme Q.

• Squalène (précurseur du cholestérol).

• Propriétés odoriférantes, antiseptiques, anti-inflammatoires, fongicides (phytothérapie).

9.2.4. Vitamines Liposolubles d'origine Isoprénique

1. Vitamine E (-tocophérol) :

   • Antioxydant majeur. Protège les lipides des membranes et régénère la vitamine C. où est un radical libre et un lipide oxydé.

2. Vitamine K :

   • Dérivée du noyau 2-méthyl-1,4-naphtoquinone.

   • Types : K1 (phylloquinone, végétaux, un diterpène), K2 (ménaquinones, bactéries, unités isoprènes), K3 (ménadione, synthèse).

   • Rôle : Cofacteur de la -glutamyl-carboxylase, qui participe à la carboxylation des protéines des résidus glutamiques. Essentielle pour les facteurs de coagulation (prothrombine, facteurs VII, IX, X) et les protéines porteuses de sels de calcium.

   • Carence : Allongement du temps de coagulation.

   • Interactions alimentaires : Limiter la consommation d'aliments riches en Vit. K (choux, salades, persil) lors de traitements anticoagulants.

3. Vitamine A (Rétinol) :

   • Le rétinol et le -carotène ont été isolés et résolus en structure par Paul Karrer en 1931.

   • Forme de stockage : Palmitate de rétinyle.

   • Rôles : Différenciation cellulaire et croissance, vision (rétine), maintien de la santé des os et muqueuses.

   • Carence : Héméralopie (difficulté à voir dans la pénombre), sécheresse de la peau et des muqueuses, retard de cicatrisation.

   • Usage thérapeutique : Dermatologie (acné), cancérologie (leucémies). Risque de toxicité (tératogénèse).

   • L'Acide rétinoïque (tout-trans et 9-cis) est un ligand des récepteurs nucléaires RAR/RXR.

   • Précurseur : Caroténoïdes (présents dans certains végétaux).

9.2.5. Caroténoïdes

Pigments végétaux précurseurs de la vitamine A.

• Activité : Piégeurs d'oxygène singulet (), un radical libre. Le lycopène a la plus forte activité.

• Exemples : Lycopène, astaxanthine, canthaxanthine, -carotène, -carotène, zéaxanthine, lutéine, cryptoxanthine.

• Applications : Photoprotection (traitement des allergies solaires), prévention de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) par la lutéine.

• Controverse : La supplémentation en -carotène chez les fumeurs peut augmenter le risque de certains cancers (pulmonaires).

9.2.6. Coenzyme Q (Ubiquinone)

• Dépendance alimentaire négligeable (synthèse endogène).

• Rôles :

  • Transporteur d'électrons de la chaîne mitochondriale.

  • Activité antioxydante : l'ubiquinol (forme réduite) protège les lipides des membranes et régénère la vitamine E.

9.3. Les Stéroïdes

Leur squelette est un carbure tétracyclique, le stérane.

9.3.1. Cholestérol

(Cholest-5-ène-3--ol). Précurseur de tous les autres stéroïdes. Synthétisé à partir du squalène.

• Propriétés :

  • Amphipathique.

  • Solide (point de fusion ).

  • Configuration plane et rigide de l'ensemble des cycles, chaîne latérale relativement mobile.

  • Les stérides sont insolubles et à l'état de trace dans les membranes biologiques.

• Origine : Synthèse endogène à partir du squalène (principalement dans le foie) et apport alimentaire.

• Rôles :

  • Composant des membranes cellulaires (fluidité, intégrité).

  • Précurseur des acides biliaires et des hormones stéroïdes.

  • Sa synthèse est régulée (enzymes comme l'HMG-CoA réductase).

  • Facilement estérifiable en stérides pour le stockage et le transport.

  • Transporté dans le sang par les lipoprotéines (1/3 sous forme libre, 2/3 estérifié).

• Pathologie : L'excès de cholestérol (hypercholestérolémie, notamment LDL-cholestérol) conduit à la formation de plaques d'athérome et à l'athérosclérose.

9.3.2. Acides Biliaires et Sels Biliaires

Forme d'élimination du cholestérol. Formés dans le foie lors du catabolisme du cholestérol et sécrétés dans la bile. L'enzyme limitante est la 7--hydroxylase.

• Exemples : Acide cholique (C24), acide chénodésoxycholique (C24).

• Sels biliaires : Acides biliaires conjugués à des acides aminés (glycine ou taurine).

  • Exemples : Acide glycocholique, acide taurocholique. Le glycochénate de Na+ et taurochénate de Na+ sont formés à partir de l'acide chénodésoxycholique.

• Rôles :

  • Facilitent la digestion des graisses dans le tube digestif (émulsification des lipides).

  • Favorisent l'action de la lipase pancréatique.

  • Aident à l'absorption intestinale des vitamines liposolubles.

  • Participent à l'élimination du cholestérol.

9.3.3. Hormones Stéroïdes

Dérivées du cholestérol, elles possèdent un noyau cyclopentanophénanthrénique.

• Classification :

  • Hormones féminines (ovaire : œstrogènes, progestagènes) : 18 carbones.

  • Hormones mâles (testicule : androgènes) : 19 carbones.

  • Hormones corticosurrénales (minéralocorticoïdes, glucocorticoïdes, androgènes).

• Propriétés :

  • Insolubles dans l'eau, transportées par des protéines spécifiques dans le sang.

  • Lipophiles, traversent facilement les membranes cellulaires.

  • Leurs récepteurs sont intracellulaires (cytoplasmiques ou nucléaires), et non membranaires.

9.3.4. Vitamine D

Possède un squelette stérol avec des di-insaturations en 5 et 7 et un cycle B rompu.

• Types :

  • Vitamine D2 (ergocalciférol) : origine végétale.

  • Vitamine D3 (cholécalciférol) : huiles de poisson (ex: huile de foie de morue), synthèse endogène (par exposition solaire).

• Rôle : Indispensable à la minéralisation du tissu osseux car elle intervient dans le métabolisme phosphocalcique.

• Carence : Rachitisme chez l'enfant, ostéomalacie (douleurs osseuses) chez l'adulte.

• Supplémentation : Recommandée pour les femmes enceintes et les jeunes enfants.

• Déficit en cas de faible ensoleillement.

9.3.5. Autres Stéroïdes d'Intérêt Biologique

• Digitaline : Mélange de "stéroïdes cardiotoniques" extrait de la digitale (*Digitalis purpurea*). Inhibe la , augmentant le intracellulaire, ayant un effet cardiotonique.

• Phytostérols ou stérols végétaux : Similaires au cholestérol mais d'origine végétale (ex: -sitostérol). Ils peuvent réduire l'absorption du cholestérol alimentaire.

Les Lipides et Dérivés : Un Guide Essentiel

1. Introduction aux Lipides

1.1. Définition et Caractéristiques

• Exemples courants : huiles (fluides ou concrètes), graisses (solides), cires (solides).
• Molécules rattachées aux lipides par leur insolubilité : cholestérol, stéroïdes, vitamine D.

1.2. Propriétés des Lipides

• Propriétés Physiques : Solubilité (insolubles dans l'eau, forment des lipoprotéines dans le sang), point de fusion, consistance, fonction émulsifiante.
• Propriétés Chimiques : Stabilité face à l'oxydation et au chauffage.
• Propriétés Nutritionnelles :
  • Énergétique : 1g de lipides = 9 kCal.
  • Source d'Acides Gras Essentiels (AGE).
  • Contribuent aux propriétés organoleptiques des aliments.
• Rôles Biologiques :
  • Structural : Constituants majeurs des membranes cellulaires.
  • Réserve énergétique : Tissu adipeux.
  • Fonctionnel (signalisation) : Précurseurs d'eicosanoïdes, d'hormones stéroïdes.
  • Transporteurs : Transportent les vitamines liposolubles (A, D, E, K).
  • Pathologies : Impliqués dans l'athérosclérose (plaques d'athérome).

2. Classification des Lipides

2.1. Homolipides (Corps ternaires C, H, O)

• Acylglycérols : alcool = Glycérol.
• Cérides : alcool = Alcool gras à longue chaîne.
• Stérides : alcool = Stérols (alcool polycyclique).

2.2. Hétérolipides

• Phosphoglycérolipides : basés sur le glycérolphosphate.
• Sphingolipides : basés sur la sphingosine.

2.3. Lipides non hydrolysables (Autres)

• Eicosanoïdes : (Prostaglandines, Leucotriènes, Thromboxanes).
• Lipides polyisopréniques : Terpènes, Stéroïdes, Vitamines liposolubles (A, E, K).

3. Les Acides Gras (AG)

3.1. Structure générale

Exemple : Acide octadécanoïque (stéarique)

3.2. Types d'Acides Gras

1. Acides Gras Saturés (AGS)

• Absence de double liaison. Formule générale : .
• Les plus abondants chez les mammifères, souvent à nombre pair de carbones.
• Exemples : Acide Palmitique (C16:0), Acide Stéarique (C18:0).
• Sources : viandes, charcuteries, produits laitiers.
• Les plus athérogènes : acide laurique, myristique et palmitique.
• Rôle énergétique : 1g = 9kcal.
• Localisation : tissus adipeux, tissus de protection, circulation (AGL et triglycérides).

2. Acides Gras Insaturés (AGI)

• Présence d'au moins une double liaison.
• Faibles points de fusion et sensibilité à l'oxydation.
• Stéréoisomérie : Configuration cis-trans (naturellement majoritairement en cis).
• Dénomination :
  • À partir du carboxyle : (ex: C18:1 pour l'acide oléique).
  • À partir du méthyle (terminaison oméga) : ou (ex: C18:1 ). La désignation oméga est la plus courante en médecine clinique.
• Types :
  • Mono-insaturés (AGMI) : Une seule double liaison.
    • Ex : Acide oléique (C18:1 ), synthétisé par la désaturase. Peu sensible à l'oxydation. Associé au "régime méditerranéen".
  • Polyinsaturés (AGPI) : Au moins deux doubles liaisons.
    • Série (n-3) : Acide -linolénique (ALA, C18:3 ), EPA, DHA. Rôle essentiel dans la biogénèse des membranes (système nerveux, rétine).
    • Série (n-6) : Acide linoléique (AL, C18:2 ), Acide arachidonique (AA, C20:4 ). Rôle dans la croissance, le développement, la fonction épidermique.
    • AG Essentiels (AGE) : AL et ALA (ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme).
    • Les animaux peuvent insérer des doubles liaisons (D6 désaturase) et allonger la chaîne (élongase) pour former les AGPI-LC (EPA, DHA, AA).
    • Rapport idéal : 5 (actuellement 15 en France).

3. Acides Gras Atypiques

• AG trans : Ex: acide élaïdique (C18:1 trans 9). Sources : naturelle (lait, beurre), industrielle (hydrogénation). Augmentent le risque de maladies cardiovasculaires.
• AG hydroxylés : Ex: Acide ricinoléique.
• AG ramifiés : Ex: Acide phytanique (maladie de Refsum).

3.3. Propriétés Physico-Chimiques des AG

• Point de fusion : Augmente avec la longueur de la chaîne et diminue avec le degré d'insaturation. La stéréoisomérie cis/trans influence aussi le point de fusion.
• Solubilité : Fonction carboxyle polaire (hydrophile), chaîne hydrocarbonée apolaire (hydrophobe). La longueur de la chaîne confère le caractère hydrophobe.
• Propriétés détergentes : (moussantes, mouillantes, émulsionnantes) dues à leur caractère amphiphile.

3.4. Réactions des AG

• Oxydation (rancissement) : Par l'oxygène de l'air ou enzymatique (cyclooxygénases, lipoxygénases).
• Chauffage : Les AG insaturés sont plus sensibles à l'altération par la chaleur.

4. Les Homolipides

4.1. Acylglycérides

• Monoacylglycerols (MAG) : 1 acide gras sur le glycérol.
• Diacylglycerols (DAG) : 2 acides gras. Ex: 1,2 DAG, importants messagers secondaires.
• Triacylglycerols (TAG ou Triglycérides) : 3 acides gras. 95-98% des lipides alimentaires. Principale forme de stockage énergétique. Localisés dans les adipocytes.
• Hydrolysables par les lipases pancréatiques (hydrolyse complète : 3 AG + glycérol, hydrolyse incomplète : 2-monoacylglycerol + 2 AG).
• Les mono- et diacylglycérols peuvent servir d'émulsifiants (E471, E472).

4.2. Cérides

• Très apolaires, hydrophobes, solides à température ambiante, points de fusion élevés.
• Utilisation dans l'industrie cosmétique et les enduits.

4.3. Stérides

• Exemple : Palmitate de cholestéryle.
• Synthèse : ACAT (plasma), LCAT (foie).
• Forme de stockage et de transport du cholestérol. Impliqués dans les plaques d'athérome.

5. Les Hétérolipides

5.1. Phosphoglycérolipides (PGL)

• Acide phosphatidique : Squelette diacylglycérol 3-phosphate. Intermédiaire de synthèse des TAG et PGL. Présentent 2 fonctions acides ionisées au pH sanguin.
• Phosphatidylcholine (PC) : Le plus abondant des phospholipides membranaires (couche externe). Réserve de choline et de groupements méthyles. Constituant du surfactant pulmonaire (son absence cause le syndrome de détresse respiratoire chez les prématurés). Jadis appelée lécithine.
• Phosphatidyléthanolamine (PE) : Abondant dans la couche interne des membranes.
• Phosphatidylsérine (PS) : Présente dans les tissus nerveux (gaine de myéline).
• Phosphatidylinositol (PI) : Important dans le cerveau. Source principale d'acide arachidonique. Peut être phosphorylé (PIP2), précurseur de l'IP3 (second messager) et du DAG.
• Lysophospholipides : Formés après action d'une phospholipase A. Ex: Lysophosphorylcholine. Intermédiaires métaboliques.
• Plasmologènes : Lipides-éther. Liaison éther avec alcool vinylique sur sn-1. Localisés dans les tissus à haute densité respiratoire (cerveau, cœur, macrophages).
• Cardiolipines : Importants constituants des membranes mitochondriales.

5.2. Sphingolipides

• Céramide : Liaison amide entre un acide gras et la sphingosine. Précurseur des sphingolipides. Impliqués dans l'intégrité épidermique et la signalisation cellulaire (apoptose).
• Sphingomyélines : Céramide lié par son alcool primaire à la phosphocholine. Phospholipide majeur des membranes et des gaines de myéline.
• Sphingoglycolipides : Glucides (oses) liés au C1 d'un céramide.
  • Cérébrosides : Monoglycosylcéramides (ex: galactosylcéramide dans le tissu nerveux, glucosylcéramide dans le tissu extranerveux).
  • Oligoglycosylcéramides : (ex: lactosylcéramide). Stabilisent la membrane plasmique, activent des récepteurs, marqueurs d'auto-immunité.
  • Gangliosides : Oligoglycosylcéramides avec un ou plusieurs résidus d'acide sialique. Abondants dans les ganglions et le cerveau. Rôles structuraux et fonctionnels (activation de récepteurs, croissance cellulaire, récepteurs de microorganismes ex: toxine cholérique).
• Pathologies associées : Maladies de démyélinisation (sclérose en plaques), sphingolipidoses (maladie de Tay-Sachs, Fabry, Gaucher) par accumulation de GSL due à des déficits enzymatiques.

6. Les Lipides non Hydrolysables

6.1. Eicosanoïdes

• Biosynthèse : Libération d'acide arachidonique (par PLA2) puis transformation par des oxygénases (cyclooxygénase, lipoxygénases).
• Prostanoïdes : (Prostaglandines, Prostacyclines, Thromboxanes).
  • Provenant de l'acide arachidonique () série 2.
  • Provenant de l'acide eicosapentaénoïque () série 3.
  • Enzyme clé : Cyclooxygénase (COX), inhibée par l'aspirine et les AINS.
  • Thromboxane (TXA2) : Synthétisé dans les plaquettes. Pro-agrégant plaquettaire, vasoconstricteur.
  • Prostacycline (PGI2) : Synthétisé dans l'endothélium vasculaire. Antagoniste de TXA2, inhibe l'agrégation plaquettaire, vasodilatateur.
  • Prostaglandines (PGE2, PGF, PGD2) : Impliquées dans l'inflammation, protection gastrique, fièvre, contraction utérine.
  • Les favorisent la synthèse des prostanoïdes de la série 3 (moins pro-inflammatoires).
• Leucotriènes : Découverts dans les leucocytes. Contiennent 3 doubles liaisons conjuguées.
  • Enzymes : Lipoxygénases (5-, 12-, 15-LOX).
  • Provenant de l'acide arachidonique () leucotriènes de série 4.
  • Effet chimiotactique important, fortement bronchoconstricteurs.
  • Impliqués dans l'asthme, l'anaphylaxie, le rhumatisme.
• Anandamide : Récepteur cérébral des cannabinoïdes. Effets psychologiques.

6.2. Lipides Polyisopréniques : Terpènes et Stéroïdes

• Isoprène : 2 méthyl 1,3-butadiène. Polymérisation "tête à queue" ou "tête à tête".
• Synthèse : du mévalonate (inhibé par les statines) aux unités isopentényl-pyrophosphate (IPP) et diméthylallyl-pyrophosphate (DMAPP), puis condensation.
• Classification des terpènes par nombre de carbones : Monoterpènes (10C), Sésquiterpènes (15C), Diterpènes (20C), Triterpènes (30C), Tétraterpènes (40C).
• Rôles : Pénétration cutanée, pigments (caroténoïdes), vitamines (A, E, K), Coenzyme Q, précurseur du cholestérol (squalène).
• Propriétés : Odoriférantes, antiseptiques, anti-inflammatoires.

6.3. Vitamines Liposolubles (d'origine terpénique)

• Vitamine E (Tocophérols) : Antioxydant, protège les membranes lipidiques. \\
• Vitamine K : Dérivés du noyau 2-méthyl-1,4-naphtoquinone. Essentielle à la coagulation sanguine (cofacteur de la glutamyl-carboxylase, activant des protéines de coagulation). Peut être K1 (végétaux), K2 (bactéries), K3 (synthèse). Une carence entraîne un allongement du temps de coagulation.
• Vitamine A (Rétinol) : Provient des caroténoïdes. Rôle dans la vision, la différenciation cellulaire et la croissance. Une carence provoque héméralopie, sécheresse cutanée.
• Caroténoïdes : Précurseurs de la Vitamine A. Rôle de photoprotection. Attention : la supplémentation en -carotène chez les fumeurs peut augmenter le risque de cancer du poumon.
• Coenzyme Q (Ubiquinone) : Transporteur d'électrons de la chaîne mitochondriale. Activité antioxydante.

6.4. Stéroïdes

• Cholestérol : Précurseur de tous les stéroïdes. Amphipathique, configuration plane et rigide. Composant des membranes, précurseur des acides biliaires et hormones stéroïdes. Synthétisé endogenously à partir du squalène. Son excès cause l'athérosclérose.
• Acides et sels biliaires : Forme d'élimination du cholestérol. Produits dans le foie, stockés dans la vésicule biliaire. Facilitent la digestion et l'absorption des graisses et des vitamines liposolubles. Ex: Acide cholique, acide glycocholique, acide taurocholique.
• Hormones stéroïdes :
  • Androgènes (19 C), Œstrogènes (18 C), Progestagènes (21 C) des glandes sexuelles.
  • Minéralocorticoïdes, Glucocorticoïdes, Androgènes des corticosurrénales.
  Lipophiles, traversent les membranes, récepteurs intracellulaires.
• Vitamine D : (Calciférol). D2 (ergocalciférol) ou D3 (cholécalciférol). Indispensable à la minéralisation osseuse (métabolisme phosphocalcique). Carence cause rachitisme (enfants) et ostéomalacie (adultes).
• Phytostérols : Stérols végétaux.

Conclusion

Les Lipides et leurs Dérivés : Une Exploration Approfondie

Les lipides sont un groupe hétérogène de molécules organicques, définies par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques non polaires (méthanol, chloroforme, éther éthylique, acétone, etc.). Historiquement connus sous le nom de "corps gras", ils jouent des rôles cruciaux dans les systèmes biologiques, allant du stockage d'énergie à la signalisation cellulaire.

1. Introduction aux Lipides

1.1. Définition et Caractéristiques Générales

Les lipides, du grec lipos (graisse), sont des composés principalement constitués de carbone (C), hydrogène (H) et oxygène (O). Leur caractéristique fondamentale est leur nature hydrophobe, ce qui signifie qu'ils ne se mélangent pas bien avec l'eau. Inversement, ils sont lipophiles, se dissolvant facilement dans les solvants organiques non polaires. De nombreux lipides sont caractérisés par la présence d'au moins un acide gras, qui est un acide carboxylique (R-COOH) avec une longue chaîne hydrocarbonée. Cependant, d'autres molécules, comme le cholestérol, les stéroïdes et la vitamine D, sont classées parmi les lipides en raison de leur insolubilité dans l'eau malgré l'absence d'acide gras.

1.2. Propriétés Physiques

Les propriétés physiques des lipides sont directement liées à leur structure et influencent leur comportement biologique et industriel.

• Solubilité : Insolubles dans l'eau mais solubles dans les solvants organiques. Cette insolubilité a une conséquence biologique majeure : leur transport dans le sang se fait via des lipoprotéines, des associations de lipides et de protéines qui les rendent hydrosolubles.

• Point de fusion et consistance : Varient

  considérablement. À température ambiante, on distingue:

  • Les huiles (fluides ou concrètes)

  • Les graisses (solides)

  • Les cires (solides)

• Certaines molécules lipidiques peuvent exercer une fonction d'émulsifiant, facilitant le mélange de substances normalement immiscibles, comme l'eau et l'huile.

1.3. Propriétés Chimiques

La stabilité des lipides est une propriété chimique importante:

• Stabilité vis-à-vis de l'oxydation : Les liaisons doubles des acides gras insaturés les rendent vulnérables à l'oxydation, un processus qui peut entraîner le rancissement. Ce phénomène est important dans la conservation des aliments.

• Stabilité vis-à-vis du chauffage : Les lipides réagissent différemment à la chaleur. Par exemple, les acides gras polyinsaturés sont beaucoup plus altérés par le chauffage que les acides gras monoinsaturés ou saturés.

1.4. Propriétés Nutritionnelles

Les lipides sont essentiels à la vie et remplissent plusieurs fonctions nutritionnelles :

• Énergétique : Ils constituent une source d'énergie très dense. Chaque gramme de lipide apporte environ , soit plus du double des glucides ou des protéines. Ils représentent environ 20% du poids corporel chez l'homme.

• Acides Gras Essentiels (AGE) : Certains acides gras ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme (par exemple, l'acide linoléique et l'acide -linolénique) et doivent être apportés par l'alimentation.

• Propriétés organoleptiques : Ils contribuent grandement à la saveur, à la texture et à l'arôme des aliments.

1.5. Fonctions Biologiques

Outre les fonctions mentionnées, les lipides ont des rôles biologiques variés :

• Structurels : Composants fondamentaux des membranes cellulaires.

• De stockage : Réserve énergétique sous forme de triglycérides dans le tissu adipeux.

• Fonctionnels ou de "signaling" : Précurseurs de molécules bioactives comme les eicosanoïdes et les hormones stéroïdes.

• Transporteurs : Véhicules pour les vitamines liposolubles (A, D, E, K).

• Isolation : Thermique et mécanique (protection des organes).

• Pathologie : Une consommation excessive de certains lipides peut entraîner des pathologies comme l'athérosclérose, caractérisée par des dépôts lipidiques (plaques d'athérome) durcissant les artères.

1.6. Sources et Biosynthèse

Les lipides proviennent de diverses sources et peuvent être synthétisés par l'organisme:

• Sources alimentaires :

  • Végétales : Fruits (olive), graines (tournesol, colza, noix).

  • Animales : Graisses de dépôt (saindoux, suifs), graisses de lait (ruminants), graisses de la faune aquatique (poissons).

• Biosynthèse : L'organisme peut synthétiser la plupart des lipides. Par exemple, l'acétyl-CoA est un précurseur clé dans la biosynthèse de nombreux lipides.

2. Classification des Lipides

Les lipides peuvent être classés en deux grandes catégories : les homolipides et les hétérolipides, et plus largement selon leur capacité à être hydrolysés ou non.

2.1. Homolipides (Simples)

Les homolipides sont des corps ternaires (C, H, O) qui ne contiennent pas d'autres éléments. Ils sont classés selon l'alcool qui estérifie l'acide gras.

• Acylglycérols (Glycérolipides) : Glycérol estérifié par des acides gras.

• Cérides : Monoesters d'acides gras à longue chaîne et d'alcools gras (alcools à longue chaîne).

• Stérides : Monoesters d'acides gras et de stérols (alcools polycycliques comme le cholestérol).

2.2. Hétérolipides (Complexes)

Les hétérolipides contiennent, en plus du C, H, O, des groupes phosphate, sulfate, azote ou glucidiques. Ils sont classés par rapport à la molécule qui fixe les acides gras.

• Phosphoglycérolipides : Formés à partir de glycérolphosphate.

• Sphingolipides : Formés à partir de sphingosine.

2.3. Classification par hydrolysabilité

Une autre classification distingue les lipides selon leur capacité à être hydrolysés en présence d'eau, généralement par des enzymes.

3. Acides Gras : Fondements et Diversité

Les acides gras sont des composants fondamentaux de nombreux lipides. Leur structure détermine en grande partie les propriétés physiques et biologiques des lipides complexes.

3.1. Structure générale

Les acides gras sont des 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.

3.2. Types d'acides gras

Il existe trois grandes catégories d'acides gras:

• Les acides gras saturés

• Les acides gras insaturés

• Les acides gras atypiques

3.3. Nomenclature des acides gras

La désignation des acides gras est cruciale pour comprendre leur structure et leurs propriétés.

• Dénomination systématique : Dérive du nom de l'hydrocarbure apparenté par substitution de "oïque".

  Exemple (18 Carbones)	Nom de l'hydrocarbure	Acide gras saturé	Désignation « abrégée »
  Nom	octadécane	octadécanoïque	C18:0
  1 double liaison	octadécène	octadécénoïque	C18:1
  2 doubles liaisons	octadécadiène	octadécadiénoïque	C18:2
  3 doubles liaisons	octadécatriène	octadécatriénoïque	C18:3

  Où n = nombre de carbones et e = nombre de doubles liaisons.

• Numérotation des carbones :

  • Le premier carbone est le carboxyle (COOH). Exemple : Acide octadécanoïque (stéarique) .

  • Pour les acides gras insaturés, deux dénominations sont possibles :

    1. À partir du carboxyle ( carbone) : le symbole est , indiquant la position des doubles liaisons (ex: ).

    2. À partir du méthyl (dernier carbone) : le symbole est (ou n-), indiquant la position de la première double liaison en partant de l'extrémité méthyle. Cette désignation est la plus courante en médecine clinique et biologie.

  Exemple : L'acide arachidonique (C20:4) peut être désigné (20:4 ) car la première double liaison est au 6ème carbone à partir de l'extrémité méthyle, ou (20:4 ) en partant du carboxyle.

3.4. Caractéristiques des acides gras

• Généralement une seule fonction acide carboxylique.

• La plupart ont un nombre pair de carbones.

• Leur longueur de chaîne varie (les plus courants sont à ).

• Le nombre et la position des doubles liaisons.

• La stéréo-isomérie :

  • Configuration cis : Les atomes d'hydrogène de part et d'autre de la double liaison sont du même côté, créant un "pli" dans la chaîne. Les acides gras naturels sont majoritairement en configuration cis.

  • Configuration trans : Les atomes d'hydrogène sont de côtés opposés, donnant une conformation plus linéaire à l'acide gras. Ces acides gras sont moins courants dans la nature mais peuvent être produits industriellement (hydrogénation des huiles).

3.5. Propriétés physico-chimiques des acides gras

• Point de fusion : Le point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne carbonée pour les acides gras saturés. Il diminue avec l'augmentation du degré d'insaturation (plus il y a de doubles liaisons). Les acides gras sont liquides à si n < et solides si n (probablement une faute de frappe, la règle est que les chaînes plus longues sont solides, plus courtes liquides). L'insaturation en cis réduit significativement le point de fusion comparativement aux formes trans ou saturées (ex : Acide oléique C18:1 cis, vs Acide élaïdique C18:1 trans, ).

• Solubilité : La fonction carboxylique est polaire (hydrophile) tandis que la chaîne carbonée est apolaire (hydrophobe). La longueur de la chaîne confère le caractère hydrophobe. À partir de 10 carbones, les acides gras sont insolubles dans l'eau et s'organisent en micelles ou films moléculaires, mais solubles dans les solvants organiques apolaires.

• Acidité : Le pKa est d'environ 4.5. Au , la fonction carboxylique est ionisée et porte une charge négative (), ce qui leur confère des propriétés détergentes (moussantes, mouillantes, émulsionnantes).

3.6. Stabilité chimique des acides gras

• Oxydation :

  • Auto-oxydation : Réactions radicalaires avec l'oxygène de l'air, entraînant le rancissement.

  • Biologique : Réactions enzymatiques catalysées par des enzymes comme les cyclooxygénases ou lipoxygénases (impliquées dans la synthèse des eicosanoïdes).

• Chauffage : La stabilité au chauffage diminue avec le nombre de doubles liaisons. Par exemple, l'acide linolénique (C18:3 ) est altéré à 65% à et 99% à , tandis que l'acide oléique (C18:1 ) n'est altéré que de 4% à .

4. Catégories Spécifiques d'Acides Gras

4.1. Acides Gras Saturés (AGS)

Les AGS sont "saturés en hydrogène" car ils ne possèdent aucune double liaison dans leur chaîne hydrocarbonée.

• Formule générale : .

• Les plus abondants chez les mammifères, ils ont souvent un nombre pair de carbones.

• Exemples :

  • Acide butyrique (C4:0) : présent dans le beurre.

  • Acide palmitique (C16:0) : C, très abondant.

  • Acide stéarique (C18:0) : C, également très courant.

  • Acide lignocérique (C24:0) : présent dans les lipides du tissu nerveux.

• Sources alimentaires : Viandes, charcuteries, lait et dérivés.

• Implications en santé : Certains AGS (laurique, myristique, palmitique) sont considérés comme les plus athérogènes, c'est-à-dire qu'ils contribuent à la formation des plaques d'athérome.

• Apports recommandés : Femmes (16g/j), Hommes (19g/j), ne dépassant pas 10% des Apports Énergétiques Totaux (AET).

• Rôles biologiques :

  • Localisation : Tissus adipeux, tissus de protection des organes, circulation (acides gras libres et triglycérides).

  • Rôle énergétique : Très efficaces (ex: acide palmitique produit 136 ATP lors de sa dégradation). Ils ne peuvent cependant jamais remplacer complètement le glucose.

  • Métabolisme : Subissent la lipolyse et la bêta-oxydation pour produire de l'énergie, et la lipogenèse et l'estérification pour le stockage sous forme de triglycérides. Ces processus sont sensibles au jeûne.

4.2. Acides Gras Insaturés (AGI)

Les AGI contiennent au moins une double liaison dans leur chaîne hydrocarbonée.

• Propriétés physiques : La présence de doubles liaisons confère aux AGI une moindre rigidité, des points de fusion plus faibles (de à ) et une sensibilité accrue à l'oxydation. La stéréo-isomérie cis-trans est également un facteur important.

• Mono-insaturés (AGMI) : Contiennent une seule double liaison.

  • L'acide oléique (C18:1 ) est le plus représentatif. Il est synthétisé par les règnes végétal et animal grâce à la -désaturase.

  • Propriétés : Peu sensible à l'oxydation, contrairement aux polyinsaturés.

  • Recommandations : Fortement recommandé dans l'alimentation (jusqu'à 50% des apports lipidiques). Le "régime méditerranéen", riche en huile d'olive (source d'acide oléique), est associé à une prévention des maladies cardiovasculaires.

• Poly-insaturés (AGPI) : Contiennent de 2 à 6 doubles liaisons par molécule.

  • Séries et : Essentielles pour la santé. Les recommandations nutritionnelles pour les AGPI sont d'environ 25% des AET.

  • Acide linoléique (AL, C18:2 ) :

    • Besoins quotidiens : .

    • Rôles : Croissance et développement, constituant des phospholipides membranaires, fonction épidermique et rénale, reproduction.

  • Acide -linolénique (ALA, C18:3 ) :

    • Besoins quotidiens : .

    • Rôles : Rôle essentiel dans la biogenèse des membranes (système nerveux et rétine), rôle critique au moment du développement, facilite la croissance et le développement.

  • Acides gras essentiels (AGE) : Les animaux et les plantes ne possèdent pas les mêmes capacités de désaturation, ce qui rend certains acides gras "essentiels" pour les animaux (qui ne peuvent pas les synthétiser).

    • Les animaux peuvent insérer une double liaison en dans les deux familles de polyinsaturés apportées par les plantes.

    • Avant d'insérer une nouvelle insaturation, les animaux doivent d'abord ajouter deux carbones supplémentaires à la chaîne via une élongase.

    • Les enzymes clés dans la synthèse des AGPI à longue chaîne (AGPI-LC) sont :

      • Les désaturases (spécifiques : , )

      • Les élongases (ajoutent 2 carbones)

      • Les oxygénases (cyclooxygénases prostaglandines (PG); lipooxygénases leucotriènes (LT)).

  • Acides gras hautement insaturés (HUFA) : Dérivés des AGE.

    • Série : Acide dihomo--linolénique (DGLA, 20:3n-6), arachidonique (AA, 20:4n-6), docosatétranoïque (DTA, 22:4n-6), docosapentanoïque (DPA, 22:5n-6).

    • Série : Acide eicosatétranoïque (ETA, 20:4n-3), eicosapentanoïque (EPA, 20:5n-3), docosapentanoïque (DPA, 22:5n-3), docosahexanoïque (DHA, 22:6n-3).

  • Importance des : Cruciaux pour le développement du cerveau et de la vision. Les communautés Inuits, avec une consommation élevée de poissons (riches en ), présentent des taux faibles de maladies cardiovasculaires. L'EPA, par exemple, prévient l'arythmie cardiaque.

  • Rapport : Le rapport idéal est de 5:1. Actuellement en France, il est de 15:1. Un déséquilibre peut avoir des conséquences sur la santé.

  • Sources alimentaires et rapports :

    Matière grasse	Rapport	Avantages	Inconvénients
    Beurre	2,52	Vit. A et D	Trop d'AGS
    Huile de colza	2,2	Riche en ALA	Ne cuit pas, rancit vite
    Huile d'olive vierge	15,17	Richesse en AGMI, saveur	Peu d'ALA
    Huile de tournesol	128	Taux élevé en Vit. E	Trop d'acide linoléique
    Saumon	0,37	Riche en

4.3. Acides Gras Atypiques

• Acides gras trans : Produisent une conformation linéaire similaire aux AGS.

  • Exemple : Acide élaïdique (18:1 trans 9).

  • Sources : Naturelles (lait, beurre, graisses animales) et industrielles (hydrogénation des huiles).

  • Consommation : En France, environ ( naturels, industriels).

  • Problème de santé publique : Augmentation du risque de maladies cardiovasculaires (MCV). Les industriels sont encouragés à réduire leur teneur.

• Acides gras hydroxylés : Contiennent un groupe hydroxyle (-OH).

  • Exemple : Acide ricinoléique.

• Acides gras ramifiés : Chaîne hydrocarbonée avec des ramifications, souvent par méthylation.

  • Exemple : Acides gras tétraméthylés (2,4,6,8) chez Bacille de Koch.

  • L'acide phytanique est impliqué dans la maladie de Refsum.

5. Homolipides : Acylglycérides, Cérides et Stérides

5.1. Acylglycérides (Glycérolipides)

Les acylglycérides sont des esters de glycérol (alcool à trois carbones) et d'acides gras.

• Glycérol : .

• Nomenclature stéréochimique (sn) : Les carbones du glycérol sont numérotés sn-1, sn-2, sn-3.

  • sn-1 et sn-3 sont des alcools primaires ( et ).

  • sn-2 est un alcool secondaire ().

• Types d'acylglycérides :

  • Monoacylglycérols : Glycérol estérifié par un seul acide gras (ex: 2-monoacylglycérol).

  • Diacylglycérols (DAG) : Glycérol estérifié par deux acides gras. Peuvent exister sous différentes isoméries (sn-1,2-; sn 1,3-; sn 2,3-DAG). Le sn-1,2 DAG a un rôle biologique important comme messager secondaire, produit par l'hydrolyse de phospholipides par la phospholipase C (PLC). Souvent, l'acide arachidonique est en sn-2.

  • Triacylglycérols (TAG) ou Triglycérides : Glycérol estérifié par trois acides gras, identiques ou non.

    • Ils sont très apolaires et hydrophobes.

    • Hydrolysables par des lipases enzymatiques in vivo. La lipase pancréatique réalise une hydrolyse incomplète ( sn2-monoacylglycérol + 2 acides gras). Les lipases adipocytaires et hormonauxensibles peuvent réaliser une hydrolyse complète ( 3 acides gras + glycérol).

    • Fonctions :

      • Constituent 95-98% des lipides alimentaires.

      • Principale forme de stockage dans le tissu adipeux et les huiles végétales.

      • Réserve énergétique majeure chez l'homme (environ , soit 11 kg pour un homme de , représentant 21% de la masse chez l'homme, 26% chez la femme).

      • Les adipocytes (cellules spécialisées) stockent les TAG.

    • Composition typique du tissu adipeux :

      • AG saturés (souvent en position sn-1).

      • AG mono-insaturés (sn-2 et sn-3).

      • AG poly-insaturés (sn-3).

    • Conséquence d'un excès : L'obésité, liée à un stockage excessif de TAG, est associée à l'augmentation des MCV et du diabète de type II.

• Monoacylglycérols et Diacylglycerols ont des groupes -OH libres qui sont très polaires. Ils peuvent s'isomériser (2-acylglycérols en sn1 et sn3). Ils sont utilisés comme émulsifiants dans l'industrie agroalimentaire (E471, E472) et cosmétique. Notamment, le sn2-arachidonylglycérol a une activité cannabimimétique.

5.2. Cérides

Les cérides sont des monoesters d'acides gras et d'alcools aliphatiques à longue chaîne (alcools gras).

• Principalement des alcools primaires, saturés et non ramifiés.

• Très apolaires et hydrophobes, solides à température ambiante avec des points de fusion très élevés.

• Utilisation industrielle : Cosmétiques (lotions, pommades, crèmes, fards) et enduits (cires).

5.3. Stérides

Les stérides sont des esters d'acides gras et de stérols (comme le cholestérol).

• Exemple : Palmitate de cholestéryle.

• Synthèse : Enzymes ACAT (Acyl-CoA-Cholesterol Acyl Transferase, dans le plasma) et LCAT (Lécithine-CoA Cholesterol Acyl Transferase, dans le foie).

• Stockage : Foie et surrénales.

• Transport : Forme de transport du cholestérol dans les lipoprotéines.

• Pathologie : Contribuent à la formation des plaques d'athérome lorsque les macrophages se chargent en cholestérol.

6. Hétérolipides : Phospholipides et Sphingolipides

Les hétérolipides contiennent des groupes phosphate, sulfate ou glucidiques, en plus des acides gras et de leur base (glycérol ou sphingosine).

6.1. Phosphoglycérolipides (Phospholipides)

Ce sont des constituants majeurs des membranes biologiques.

• Structure : Composés de:

  • Un diacylglycérol en sn1 et sn2 (acides gras longs, saturés en sn1, insaturés en sn2).

  • De l'acide phosphorique en sn3, lié ou non à un aminoalcool (sérine, éthanolamine, choline) ou à d'autres molécules.

• Propriétés amphiphiles : Possèdent une tête polaire (hydrophile) et deux queues apolaires (hydrophobes), ce qui leur permet de former la bicouche lipidique des membranes.

• Charges : Tête polaire peut être neutre (zwitterion, ex : choline, éthanolamine) ou négative (ex : sérine). Une fonction acide (phosphate) et une fonction basique (aminoalcool) sont présentes.

• Destruction :

  • Chimique : Hydrolyse.

  • Biologique : Hydrolyse enzymatique par des Phospholipases (PLA1, PLA2, PLC, PLD) qui hydrolysent spécifiquement différentes liaisons ester.

• Classes de phosphoglycérolipides :

  • Acide phosphatidique : Squelette diacylglycérol + phosphate en sn3. Au sanguin, les 2 fonctions acides sont ionisées. C'est un intermédiaire clé dans la synthèse des TAG et d'autres glycérophospholipides, et un précurseur des cardiolipines.

  • Phosphatidylcholine (PC) : (3-sn-phosphatidyl) choline. Anciennement appelée lécithine. C'est le phospholipide membranaire le plus abondant (couche externe).

    • Au physiologique, charge neutre (zwitterion).

    • Abondante en sn1 (16:1) et sn2 (18:1 et 18:2 ).

    • Rôles : Réserve de choline (transmission nerveuse), réserve de groupements méthyles. Le dipalmitoyl-phosphatidylcholine est le surfactant pulmonaire, son absence chez les prématurés cause le syndrome de détresse respiratoire.

    • Sources : Jaune d'œuf, cervelle. Utilisé comme émulsifiant en agro-alimentaire.

  • Phosphatidyléthanolamine (PE) : (3-sn-phosphatidyl) éthanolamine. Abondante dans la couche interne des membranes. Riche en acide arachidonique (C20:4 ) et DHA (C22:6 ) en sn2.

  • Phosphatidylsérine (PS) : (3-sn-phosphatidyl) sérine. Présente dans les tissus nerveux (gaine de myéline). Riche en DHA en sn2 dans le cerveau.

  • Phosphatidylinositol (PI) : (3-sn-phosphatidyl) inositol. L'inositol peut être phosphorylé en C3, C4 et C5. Le phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2) est important.

    • Phospholipide majeur du cerveau (80% d'une seule molécule : sn1-stearoyl, sn-2-arachidonoyl-sn-glycerolphosphorylinositol). Source principale d'acide arachidonique.

    • Charge négative : ancre des protéines non membranaires, interactions non spécifiques.

    • Source d'IP3 (inositol 1,4,5 triphosphate), un messager secondaire hydrosoluble après action de la PLC. Le diacylglycérol (DAG) et l'IP3 sont des messagers secondaires importants dans la transmission de signaux cellulaires.

  • Lysophospholipides : Formés par l'action d'une phospholipase A (qui retire un acide gras, "lyso" signifie déacylé). Ex: lysophosphorylcholine. Intermédiaires du métabolisme des glycérophospholipides. L'1-O-alkyl-2-acétyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (facteur d'agrégation plaquettaire PAF) est plus hydrosoluble et active la PLC. Il provoque agrégation plaquettaire, contraction des muscles lisses, vasodilatation et réactions inflammatoires.

  • Plasmalogènes : Lipides-éther avec une liaison éther vinylique sur sn-1. Ex: plasménylcholine, plasményléthanolamine. Localisés dans les tissus à haute densité respiratoire (cerveau, muscle cardiaque, macrophages, glande thyroïde).

  • Cardiolipines : Importants constituants des membranes mitochondriales. Isolées du tissu cardiaque, riches en acide linoléique. La phospholipase D agit préférentiellement sur .

6.2. Sphingolipides

Basés sur la sphingosine plutôt que le glycérol.

• Précurseur : La sphinganine (forme saturée), synthétisée à partir du palmitoyl CoA et de la sérine.

• Sphingosine : Diol-amine à 18 atomes de carbone avec une double liaison trans (C4). Comporte un alcool secondaire (jamais substitué) et un alcool primaire (fixe phosphorylcholine ou un ose). Majoritaire chez les animaux ( des sphingolipides).

• Céramide (ou acylsphingosine) : Liaison amide entre un acide gras à longue chaîne et la sphingosine. Les fonctions alcool primaire et secondaire restent libres.

  • Précurseur de tous les sphingolipides.

  • Lipides majoritaires du stratum corneum, essentiels au maintien de l'intégrité épidermique.

  • des céramides contiennent de l'acide linolénique et arachidonique.

  • Les acides gras à très longue chaîne (C30) confèrent rigidité.

  • Rôle dans la signalisation cellulaire (apoptose, différenciation et prolifération cellulaire) et microdomaines membranaires.

• Types de sphingolipides :

  • Sphingomyélines : Céramide lié par son alcool primaire à la phosphocholine. Au sanguin, la molécule est ionisée.

    • Phospholipide majeur des membranes, abondante dans le cerveau, les tissus nerveux (gaines de myéline) et la cornée de l'œil.

    • Cerveau : Matière grise (C18:0), substance blanche (C24:0, C24:1).

    • Rôle dans la transduction cellulaire et l'activité neuronale.

    • Absentes chez les végétaux et les micro-organismes.

  • Sphingoglycolipides (glycolipides) : Glycosyles liés au C1 d'un céramide par sa fonction réductrice.

    • Sucres rencontrés : glucose, galactose, acide N-acétylneuraminique (NANA ou acide sialique).

    • Les acides gras en C24 sont caractéristiques de nombreux glycolipides du cerveau (acide lignocérique, cérébrionique, nervonique).

    • Familles :

      • Monoglycosylcéramides (cérébrosides) : Ne contiennent qu'un seul ose.

        • Galactosylcéramide : ose=galactose, dans le tissu nerveux, cerveau (substance blanche, myéline).

        • Glucosylcéramide : ose=glucose, dans le tissu extranerveux (épithélium, lipides majeurs de la peau, hématies, intestin, vessie). Précurseurs des céramides.

      • Oligoglycosylcéramides (n=2-20 sucres) : Stabilisent les membranes plasmiques, activent certains récepteurs (insuline, facteurs de croissance), sont des marqueurs d'auto-immunité, et peuvent être des sites de liaison pour certains microorganismes (Helicobacter pylori, HIV). Le lactosylcéramide est un exemple.

      • Gangliosides : Oligoglycosylcéramides qui contiennent un ou plusieurs résidus de l'acide sialique. Ils sont nommés GM1, GM2, GM3 selon le nombre d'oses neutres et les molécules d'acide sialique (M pour un, D pour deux, T pour trois acides sialiques).

        • Abondants dans les ganglions et le cerveau, essentiellement avec C18:0.

        • Rôles structuraux et fonctionnels : activation de récepteurs, croissance et différenciation cellulaire, interactions.

        • Récepteurs pour des microorganismes (choléra, botulisme, tétanos) : GM1 est un récepteur de la toxine cholérique.

      • Sulfatides : Céramide lié à un sulfate. Ex: 3-sulfo-galactosylcéramide, constituant majeur de la myéline.

      • Fucolipides : Contiennent du fucose, présents dans les membranes.

• Catabolisme des sphingolipides : Se déroule dans les lysosomes. La sphingomyélinase hydrolyse la sphingomyéline en céramide et phosphorylcholine. Les céramides peuvent être induits par la vitamine D, les glucocorticoïdes, et les cytokines inflammatoires, et peuvent entraîner un arrêt de croissance et l'apoptose.

• Pathologies des sphingolipides (Sphingolipidoses) : Maladies génétiques dues à un déficit enzymatique dans les voies de catabolisme des sphingolipides, entraînant leur accumulation.

  • Maladie de Niemann-Pick (formes A et B) : Déficit en sphingomyélinase, accumulation de sphingomyéline et cholestérol. Cause hépatosplénomégalie et atteinte neurologique sévère.

  • Maladie de Tay-Sachs : Déficit en -N-acétylhexosaminidase, accumulation de gangliosides (GM2).

  • Maladie de Fabry : Déficit en -galactosidase A, accumulation de lactosylcéramides.

  • Leucodystrophie (Maladie de Scholz) : Déficit en arylsulfatase A, accumulation de sulfatides.

  • Maladie de Gaucher : Déficit en glucocérébrosidase, accumulation de glucocérébrosides. Existe en plusieurs types avec et sans atteinte neurologique. Traitement par enzyme recombinante.

7. Autres Lipides : Eicosanoïdes et Lipides Polyisopréniques

7.1. Eicosanoïdes

Du grec eikosi = 20, les eicosanoïdes sont des dérivés oxydés d'acides gras insaturés à 20 carbones. Ce sont des autacoïdes ("hormones locales") très actifs avec des demi-vies très courtes.

• Familles :

  • Prostanoïdes (Prostaglandines, Prostacyclines, Thromboxanes)

  • Leucotriènes

• Biosynthèse : Se déroule en deux phases :

  1. Libération d'acide arachidonique à partir d'un phospholipide membranaire par la Phospholipase (PLA2).

  2. Transformation de l'acide arachidonique en produits actifs par des oxygénases (cyclooxygénase ou lipoxygénases).

• Prostanoïdes : Synthétisés par des cyclooxygénases à partir d'AGPI à 20 carbones. Le chiffre de la série indique le nombre de doubles liaisons de la chaîne latérale.

  • Acide arachidonique (C20:4 ) série 2 (PG2, TX2).

  • Acide dihomolinolénique (C20:3 ) série 1 (PG1, TX1).

  • Acide eicosapentaénoïque (C20:5 ) série 3 (PG3, TX3).

  • Prostaglandines (PG) : Caractérisées par un cycle à 5 carbones. Différenciées par leurs fonctions hydroxyle et cétone (séries D, E) ou ponts O-O (série GH, instable) ou fonction époxyde (série I, prostacycline PGI). La biosynthèse est tissu-spécifique.

  • Thromboxanes (TX) : Ex : TXA2. Synthétisées par les plaquettes et les macrophages via la thromboxane synthase. Très actif, mais instable et rapidement inactivé.

  • Prostacyclines (PGI) : Ex : PGI2. Synthétisées par l'endothélium vasculaire et les cellules musculaires lisses via la prostacycline synthase. Antagoniste de TXA2, inhibe l'agrégation plaquettaire et est un puissant vasodilatateur. Très actif, mais courte demi-vie ().

  • Enzyme PGH2 synthase : Bifonctionnelle (cyclo-oxygénase et peroxydase). L'aspirine est un inhibiteur bien connu de cette enzyme (AINS).

  • Activités biologiques des PG et TX :

    • PGE2 : constriction des muscles lisses vasculaires, fièvre, protection muqueuse gastrique, éveil.

    • PGF : contraction utérine.

    • PGD2 : sommeil.

    Organes	Effets	Prostaglandines et Thromboxanes
    Vaisseaux	Vasoconstriction / Vasodilatation	PGF2, TXA2 / PGI2, PGE
    Plaquettes	Pro-agrégant / Anti-agrégant	TX / PGE, PGI2
    Bronches	Contraction / Dilatation	PGF, TXA2 / PGE, PGI2
    Utérus	Contractions	PGE, PGF

  • Rôles généraux : Médiateurs de l'inflammation, protection muqueuse digestive, hémostase (équilibre TXA2/PGI2), régulation du débit sanguin rénal, initiation et promotion tumorale, utérostimulants, modifient l'adhésion cellulaire, signalisation neuronale.

  • Implication des : La consommation d'AG (EPA) favorise la synthèse de prostanoïdes de la série 3 (PG3, TX3), qui ont des activités différentes de la série 2 (liée à l'acide arachidonique). La série 3 est souvent associée à des effets bénéfiques (anti-thrombogène), mais un équilibre fragile entre les séries existe.

• Leucotriènes (LT) : Découverts dans les leucocytes, contiennent un système de 3 doubles liaisons conjuguées "triènes". Autrefois appelés SRSA (Substance à Réaction Lente de l'Anaphylaxie).

  • Synthèse : Par les lipoxygénases (5-, 12-, ou 15-LOX).

  • Séries :

    • Acide arachidonique (C20:4 ) LTs série 4.

    • Acide dihomolinolénique (C20:3 ) LTs série 3.

    • Acide eicosapentaénoïque (C20:5 ) LTs série 5.

  • Types : LTA4, LTB4, LTC4, LTD4, LTE4. Les cystéinyl leucotriènes (LTC4, D4, E4) sont synthétisés par les éosinophiles et mastocytes.

  • Activités : Effet chimiotactique important, fortement bronchoconstricteurs.

  • Pathologies : Impliqués dans l'asthme, l'anaphylaxie, les rhumatismes, le psoriasis.

• Anandamide : C'est un endocannabinoïde, qui agit sur les récepteurs cérébraux des cannabinoïdes, induisant analgésie et effets psychologiques (euphorie, détente). Le 9-tétrahydrocannabinol est le produit actif du cannabis.

7.2. Lipides Polyisopréniques

Molecules polymérisées à partir de l'unité de base : l'isoprène (2-méthyl-1,3-butadiène, ). La polymérisation peut être "tête à queue" ou "tête à tête".

• Biosynthèse :

  1. Synthèse de l'IPP (isopentényl-pyrophosphate) et du dimethylallyl-pyrophosphate (C5).

  2. Condensation des unités IPP (IPP synthétisé par la HMG-CoA réductase, cible des statines).

  3. Élaboration du squelette.

  4. Modifications secondaires (saturations/déshydrogénations, addition de groupes fonctionnels, cyclisations).

• Classes de terpènes (le suffixe "terpène" désigne le dimère diisopentène) :

  Classe	n (unités isoprène)	Nombre de carbones
  Monoterpènes	2	10
  Sesquiterpènes	3	15
  Diterpènes	4	20
  Triterpènes	6	30
  Tétraterpènes	8	40
  Polyprénoïdes	>8	>40

  Les triterpènes sont formés par condensation "tête à tête".

• Exemples de terpènes monoterpènes (C10) :

  • Acycliques : L'ocimène (basilic), le myrcène (laurier), le géraniol (rose).

  • Cycliques : Limonène (citron), pinène (pin), camphre, menthol.

  • Propriétés : Antiseptiques (girofle, thymol, camphre), déodorantes, antidouleur.

• Rôles des isoprénoïdes :

  • Activateurs de la pénétration cutanée.

  • Pigments (caroténoïdes).

  • Vitamines liposolubles (A, E, K).

  • Coenzyme Q.

  • Squalène (précurseur du cholestérol).

  • Odoriférantes, antiseptiques, anti-inflammatoires, fongicides (phytothérapie).

• Vitamines Isopréniques :

  • Vitamine E (-tocophérol) : Antioxydant majeur. Agit en piégeant les radicaux libres lipidiques () et en étant elle-même oxydée en radical tocophéryle ().

  • Vitamine K : Dérivée du noyau 2-méthyl-1,4-naphtoquinone.

    • K1 (phylloquinone) : Végétaux, diterpène.

    • K2 (ménaquinones) : Bactéries, à unités isoprènes.

    • K3 (ménadione) : Synthétique, unité isoprène.

    • Rôle : Cofacteur de la -glutamyl-carboxylase, essentielle à la carboxylation des résidus glutamiques de protéines impliquées dans la coagulation (prothrombine, facteurs VII, IX, X) et les protéines porteuses de sels de calcium. Une carence allonge le temps de coagulation.

    • Interactions alimentaires : Il faut limiter la consommation d'aliments riches en vitamine K (choux, salades, persil) chez les patients sous anticoagulants.

  • Vitamine A (rétinol) :

    • Formes : Rétinol, rétinal, acide rétinoïque. Stockée sous forme de palmitate de rétinyle.

    • Rôles : Différenciation cellulaire, croissance, vision (rétine), intégrité des os et muqueuses.

    • Carence : Héméralopie (cécité nocturne), sécheresse cutanée et muqueuse, retard de cicatrisation.

    • Utilisation thérapeutique : Dermatologie (acné), cancérologie (leucémies). Risque de tératogenèse en cas d'excès.

    • L'acide rétinoïque (tout-trans et 9-cis) est un ligand des récepteurs nucléaires (hétérodimères RAR/RXR).

• Caroténoïdes : Précurseurs de la vitamine A (ex : -carotène).

  • Rôle : Activité piègeur d'oxygène singulet (), un puissant antioxydant. Plus l'activité est élevée, plus la protection est importante (ex: lycopène > astaxanthine > canthaxanthine > -carotène).

  • Utilisation : Photoprotection (allergies solaires), prévention de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA, notamment la lutéine).

  • Controverse : La supplémentation en -carotène chez les fumeurs peut induire des cancers du poumon.

• Coenzyme Q (Ubiquinone) :

  • Synthétisé endogénément (dépendance alimentaire négligeable).

  • Rôle : Transporteur d'électrons de la chaîne mitochondriale.

  • Activité antioxydante : La forme réduite (ubiquinol) protège les lipides membranaires et régénère la vitamine E.

7.3. Stéroïdes

Les stéroïdes sont des lipides caractérisés par un squelette tétracyclique rigide appelé stérane (noyau cyclopentanophénanthrénique).

• Cholestérol : (Cholest-5-ène-3--ol). C'est le précurseur de tous les autres stéroïdes, synthétisé à partir du squalène.

  • Propriétés : Amphipathique, solide (point de fusion ), configuration plane et rigide des cycles, chaîne latérale relativement mobile.

  • Sources : Synthèse endogène (foie, HMG CoA-réductase) et apport alimentaire.

  • Rôles :

    • Composant essentiel des membranes cellulaires (fluidité et stabilité).

    • Précurseur des acides biliaires et des hormones stéroïdes.

    • Estérifiable en stérides pour le transport (lipoprotéines) et le stockage.

  • Pathologie : Un excès, notamment de LDL-cholestérol, conduit à l'hypercholestérolémie et à la formation de plaques d'athérome (athérosclérose).

• Acides et sels biliaires : Forme d'élimination du cholestérol.

  • Synthétisés dans le foie à partir du cholestérol (enzyme limitante : 7--hydroxylase).

  • Exemples : Acide cholique (C24), acide chénodésoxycholique (C24).

  • Sels biliaires conjugués : Les acides biliaires sont conjugués à des acides aminés (glycine et taurine) pour former des sels (glycocholate, taurocholate, etc.).

  • Rôles :

    • Émulsifient les lipides dans l'intestin, facilitant leur digestion et l'action de la lipase pancréatique.

    • Élimination du cholestérol.

    • Aident à l'absorption intestinale des vitamines liposolubles.

• Hormones stéroïdes : Produites par les glandes sexuelles (androgènes, œstrogènes, progestagènes) et les glandes corticosurrénales (minéralocorticoïdes, glucocorticoïdes, androgènes).

  • Structure : Dérivées du cholestérol, elles ont des nombres de carbones différents (C18 hormones féminines, C19 hormones mâles, C21 progestérone, glucocorticoïdes).

  • Propriétés :

    • Insolubles dans l'eau, transportées par des protéines spécifiques dans le sang.

    • Lipophiles, traversent facilement les membranes cellulaires.

    • Leurs récepteurs sont intracellulaires, pas membranaires.

• Vitamine D :

  • D2 (ergocalciférol) : Provient des végétaux.

  • D3 (cholécalciférol) : Produit endogénément dans la peau sous l'effet des UV (à partir du 7-déhydrocholestérol) ou apporté par des huiles de poissons.

  • Structure : Stérols di-insaturés en 5 et 7, avec un cycle B rompu.

  • Rôle : Indispensable à la minéralisation du tissu osseux par son intervention dans le métabolisme phosphocalcique.

  • Carence : Rachitisme (enfant), ostéomalacie (douleurs osseuses chez l'adulte), surtout en cas de faible ensoleillement.

  • La supplémentation est recommandée chez la femme enceinte et le jeune enfant.

• Autres stéroïdes d'intérêt :

  • Digitaline : Mélange de "stéroïdes cardiotoniques" extrait de la Digitale. Inhibe la Na/K ATPase, augmente le intracellulaire, ayant un effet cardiotonique.

  • Phytostérols (stérols végétaux) : Ex : -sitostérol. Structuralement similaires au cholestérol, ils peuvent réduire l'absorption intestinale du cholestérol.