Lipide

redresse=1.33|vignette|Phosphatidylcholine, un phosphoglycéride constitué d'un résidu glycérol (en noir) estérifié par la phosphocholine (en rouge), l'acide palmitique (en bleu) et l'acide oléique (en vert). redresse=1.33|vignette|Représentation schématique de la « tête polaire » ① et des « queues apolaires » ② de molécules amphiphiles de phosphoglycérides. redresse=1.33|vignette|Les phospholipides peuvent s'auto-assembler en milieu aqueux pour former des liposomes, des micelles ou des bicouches lipidiques.

Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants. Ce sont des molécules hydrophobes ou amphiphiles — molécules hydrophobes possédant un domaine hydrophile — très diversifiées, comprenant entre autres les graisses, les cires, les stérols, les vitamines liposolubles, les mono-, di- et triglycérides, ou encore les phospholipides.

Les lipides peuvent se présenter à l'état solide, comme les cires, ou bien liquide, comme les huiles. Leur nature amphiphile conduit les molécules de certains lipides à s'organiser en vésicules, liposomes et micelles lorsqu'elles se trouvent en milieu aqueux. Cette propriété est à la base des mécanismes du vivant, permettant la formation de structures biologiques — cellules, organites — délimitées par des membranes constituées principalement de lipides. Les lipides assurent par ailleurs diverses autres fonctions biologiques, notamment de signalisation cellulaire (signalisation lipidique) et de stockage de l'énergie métabolique par lipogenèse, énergie ensuite libérée notamment par .

Les lipides biologiques dérivent essentiellement de deux types de composés jouant le rôle de briques élémentaires, les groupes cétoacyle d'une part et les unités isoprène d'autre part. De ce point de vue, ils peuvent être classés en huit catégories différentes : les acides gras, les acylglycérols, les phosphoglycérides, les sphingolipides, les glycolipides et les polycétides, qui résultent de la condensation de groupes cétoacyle, auxquels s'ajoutent les stérols et les prénols, qui sont produits à partir d'unités isoprène.

Bien que le terme lipide soit souvent utilisé comme synonyme de graisse, ces deux termes ne sont pas équivalents car tous les lipides ne sont pas des graisses, lesquelles correspondent stricto sensu aux seuls triglycérides. Les lipides englobent à la fois les acides gras et leurs dérivés — y compris les mono-, di- et triglycérides ainsi que les phospholipides — mais aussi les métabolites comprenant des stérols, comme le cholestérol.

Classification

La classification des lipides est un sujet complexe qui se heurte à la difficulté de définir des critères objectifs permettant de distinguer les lipides des autres classes de molécules organiques. L'IUPAC, par exemple, a publié en 1994 , , 1994 une classification des lipides excluant le cholestérol, classé comme terpénoïde Voir l'entrée des terpènoïdes sur le site de l'IUPAC, bien que le cholestérol soit indiscutablement de nature lipidique pour une très large majorité de biochimistes Konrad Bloch, « discours du 11 décembre 1964 » en recevant le prix Nobel de physiologie ou médecine.. La classification des lipides actuellement généralement acceptée établit huit classes, fondées en partie sur les définitions de l'IUPAC.

Acides gras

redresse=1.33|vignette|Acide α-linolénique, un acide gras essentiel oméga-3. redresse=1.33|vignette|Galactocérébroside, constitué d'un résidu galactose lié à un céramide résultant de la combinaison d'un acide gras avec une molécule de sphingosine via une liaison amide. redresse=1.33|vignette|Triglycéride appelé tripalmityglycérol, constitué d'un résidu de glycérol, surligné en vert, estérifié par trois molécules d'acide palmitique. redresse=1.33|vignette|Triglycéride constitué d'un résidu de glycérol (en noir) estérifié par l'acide palmitique (en bleu), l'acide oléique (en vert) et l'acide (en rouge).

Les acides gras sont des acides carboxyliques à chaîne aliphatique. Les acides gras naturels possèdent une chaîne carbonée de 4 à de carbone (rarement au-delà de 28) et typiquement en nombre pair. C'est cette chaîne carbonée qui confère aux acides gras leur caractère hydrophobe. Cette classe de molécules biologiques est présente en abondance chez les eucaryotes et les bactéries mais pas chez les archées, ce qui distingue ces dernières des bactéries parmi les procaryotes. La biosynthèse des acides gras est catalysée essentiellement par l'acide gras synthase et repose sur des condensations de Claisen successives d'unités ou sur une amorce d'.

Divers groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, de l'azote, des halogènes ou du soufre peuvent être ajoutés à la chaîne hydrocarbonée des acides gras, qui peut être saturée ou insaturée et présenter dans ce cas une isomérie cis/trans affectant sensiblement la conformation générale des molécules. Les acides gras insaturés naturels adoptent généralement une configuration cis qui tend à courber la chaîne hydrocarbonée et ainsi à fluidifier les bicouches lipidiques en abaissant leur température de fusion ; il existe cependant des acides gras trans naturels, bien qu'ils résultent souvent d'un processus d'hydrogénation industrielle.

Certains acides gras ne peuvent être synthétisés en quantité suffisante par l'organisme et doivent alors être apportés entièrement ou partiellement par le régime alimentaire. C'est le cas notamment des acides gras dits « » et « », qui sont dits « essentiels ». Plus précisément, les mammifères sont incapables de synthétiser l'acide () et l'acide linoléique (), mais peuvent en revanche convertir par exemple l'acide en acide docosahexaénoïque (DHA), un . Ces acides gras agissent de manière complexe dans l'organisme : les métabolites issus des oméga-6 sont pro-inflammatoires, prothrombotiques et hypertenseurs tandis que ceux issus des oméga-3 ont globalement un effet inverse.

Les eicosanoïdes sont un autre exemple d'acides gras qui jouent un rôle physiologique important, cette fois comme vecteurs de signalisation cellulaire (on parle dans ce cas de signalisation lipidique). Issus principalement de l'acide arachidonique et de l'acide eicosapentaénoïque, ils regroupent les prostaglandines, les leucotriènes, la prostacycline et les thromboxanes.

Acylglycérols ou glycérides

Les glycérides sont constitués d'un résidu de glycérol estérifié par un, deux ou trois acides gras, ce qu'on appelle respectivement monoglycérides, diglycérides et triglycérides . Les acides gras d'une même molécule de glycéride sont généralement différents les uns des autres. Ces lipides servent avant tout à stocker de l'énergie métabolique et constituent l'essentiel de la graisse animale. L'hydrolyse des liaisons ester pour libérer le glycérol et les acides gras constitue la première étape de la lipolyse, poursuivie notamment par la .

Certains glycolipides, organisés autour d'un résidu de glycérol lié par une liaison osidique à un ou plusieurs oses, sont considérés comme des glycérides, notamment les digalactosyldiacylglycérols membranaires des plantes, qu'on trouve également dans les séminolipides des spermatozoïdes chez les mammifères.

Phosphoacylglycérols ou phosphoglycérides redresse=1.33|vignette|Cardiolipine, un diphosphoglycéride abondant dans la membrane intérieure des mitochondries et chez la plupart des bactéries, où il participe au métabolisme de l'énergie cellulaire. Deux phosphoglycérides sont unis par un résidu de glycérol, représenté ici en violet. redresse=1.33|vignette|Phosphatidylcholine (lécithine), un phosphoglycéride.

Les phosphoglycérides représentent, avec les sphingolipides, les principaux phospholipides, qui sont les principaux constituants des membranes biologiques — hormis chez les archées — et participent au métabolisme et à la signalisation cellulaire. Les tissus nerveux et le cerveau en contiennent de grandes quantités, et des changements dans leur composition ont été impliqués dans divers troubles neurologiques.

Les phosphoglycérides bactériens diffèrent des phosphoglycérides d'eucaryotes par la position stéréochimique du groupe polaire sur le résidu de glycérol, les premiers étant tandis que les seconds sont .

Parmi les phosphoglycérides des membranes biologiques se trouvent les phosphatidylcholines (lécithine), les phosphatidyléthanolamines et les phosphatidylsérines. Chez les eucaryotes, les phosphatidylinositols et les acides phosphatidiques jouent un rôle de messager secondaire (ou peuvent être précurseurs de messagers secondaires) en plus de leur rôle structurel dans les membranes. Des étherlipides dérivant structurellement de ces phosphoglycérides jouent également un rôle en signalisation cellulaire chez les eucaryotes, tels que les plasmalogènes, et sont les constituants essentiels des membranes plasmiques chez les archées.

Sphingolipides redresse=1.33|vignette|Sphingosine. redresse=1.33|vignette|Sphingomyéline à phosphocholine.

Les sphingolipides forment un ensemble complexe de composés constitués d'un alcool aliphatique aminé, produit de novo à partir de la sérine et d'une acyl-CoA à longue chaîne, et convertie en céramides, phosphosphingolipides, glycosphingolipides et d'autres composés. Le principal alcool aminé des mammifères est la sphingosine. Les céramides — N-acylsphingoïdes — forment un sous-ensemble important des dérivés sphingoïdes, avec un acide gras lié par une liaison amide. Ces acides gras sont généralement saturés ou mono-insaturés avec une chaîne hydrocarbonée de de carbone.

Les sphingolipides les plus importants sont les sphingomyélines, des phosphosphingolipides constitués d'un céramide lié à un phosphocholine chez les mammifères ou à une phosphoéthanolamine chez les insectes, tandis que les mycètes ont des phytocéramides liés à des groupes inositol phosphate et contenant du mannose. Les glycosphingolipides forment une famille de molécules diversifiée constituées d'un ou plusieurs résidus osidiques liés à la base sphingoïde par une liaison osidique, comme les cérébrosides et les gangliosides.

redresse=4|centre|vignette|Exemples de sphingolipides : sphingosine, céramide, sphingomyélines (à phosphocholine et à phosphoéthanolamine), cérébroside et ganglioside.

Saccharolipides ou glycolipides redresse=1.33|vignette|Kdo2-lipide A, un glycolipide précurseur du LPS.

Les glycolipides résultent de l'estérification d'oses ou de l'amidification d'osamines par des acides gras, formant des structures moléculaires compatibles avec les bicouches lipidiques des membranes biologiques. Dans ces composés, un ose joue le rôle du glycérol pour les glycérides et les phosphoglycérides. Les glycolipides les plus courants sont les acyles de glucosamine précurseurs du du lipopolysaccharide des bactéries à Gram négatif. Les molécules de sont généralement des disaccharides de glucosamine, qui peuvent porter jusqu'à sept résidus d'acides gras. Le lipopolysaccharide minimal requis pour le développement d' est le , un disaccharide hexa-acétylé de glucosamine glycosylé avec deux molécules d'acide (KDO).

Polycétides redresse=1.33|vignette|Amphotéricine B, un polycétide de type polyène. redresse=1.33|vignette|Érythromycine A, un polycétide de type macrolide.

Les polycétides sont une famille de molécules naturelles très diversifiées et pourvues de diverses activités biologiques et propriétés pharmacologiques produites par les animaux, les plantes, les bactéries, et les mycètes. Ils comprennent des macrolides, des ansamycines, des polyènes, des polyéthers, des tétracyclines, des acétogénines, ainsi que divers composés tels que l'acide usnique, le discodermolide ou le radicicol. On distingue les polycétides :

de type , souvent produits par des mégasynthases multimodulaires, c'est-à-dire de grosses enzymes pourvues de plusieurs sites actifs assurant des réactions différentes et complémentaires ; de type , de nature souvent aromatique et produits par un processus itératif réalisé par un ensemble d'enzymes dissociées ;