Les lipides — Cours PASS complet 🧈

Acides gras, triglycérides, phospholipides, cholestérol, membranes et lipoprotéines

1. Généralités 🧪

Les lipides ne partagent pas une structure chimique unique comme les glucides ou les protéines. Leur point commun est l’hydrophobie — ils sont insolubles dans l’eau mais solubles dans les solvants organiques (chloroforme, éther, benzène). Cette propriété est due à la prédominance de liaisons C–H et C–C apolaires.

Rôles biologiques fondamentaux : réserve énergétique (triglycérides dans les adipocytes : 9 kcal/g, contre 4 kcal/g pour les glucides et les protéines), structure membranaire (phospholipides et cholestérol formant la bicouche lipidique), signalisation (hormones stéroïdiennes, eicosanoïdes, second messagers lipidiques comme le DAG et l’IP₃), isolation thermique et protection mécanique (tissu adipeux), transport de vitamines liposolubles (A, D, E, K).

Classification simplifiée : lipides simples (acides gras, glycérides, cérides) et lipides complexes (glycérophospholipides, sphingolipides) contenant un acide phosphorique, un ose ou les deux, plus les lipides à noyau stéroïde (cholestérol, hormones stéroïdiennes, acides biliaires, vitamine D).

2. Les acides gras 🔗

2.1 Structure générale

Un acide gras (AG) est une chaîne hydrocarbonée linéaire terminée par un groupement carboxylique (–COOH). Formule générale : CH₃–(CH₂)ₙ–COOH. La chaîne est numérotée à partir du carboxyle (C1 = α, C2 = β, dernier C = ω). Les AG naturels ont presque toujours un nombre pair de carbones (synthèse par ajout d’unités à 2 C, l’acétyl-CoA).

2.2 Acides gras saturés

Les AG saturés n’ont aucune double liaison C=C. La chaîne est rectiligne → empilement compact → solides à température ambiante (graisses animales). Le point de fusion augmente avec la longueur de la chaîne.

2.3 Acides gras insaturés

Les AG insaturés possèdent une ou plusieurs doubles liaisons C=C, presque toujours en configuration cis (Z). Chaque double liaison cis introduit un coude de ~30° dans la chaîne → empilement moins compact → point de fusion plus bas → liquides à température ambiante (huiles végétales). Plus il y a de doubles liaisons, plus le point de fusion est bas.

Un AG mono-insaturé (AGMI) a une double liaison. Un AG poly-insaturé (AGPI) en a plusieurs. Les doubles liaisons des AGPI sont généralement séparées par un groupement méthylène (–CH₂–) : on parle de doubles liaisons méthylène-interrompues (non conjuguées).

2.4 Nomenclature ω (oméga)

La nomenclature ω désigne la position de la première double liaison à partir du méthyle terminal (carbone ω). L’acide oléique a sa double liaison en Δ9 → comptée depuis ω (C18), elle est en position ω-9. L’acide linoléique a sa première double liaison en Δ9, mais comptée depuis ω, c’est ω-6 (18 − 12 = 6). Les familles ω-3, ω-6 et ω-9 regroupent les AG de même position de première double liaison depuis le méthyle.

2.5 Acides gras essentiels

L’humain ne peut pas synthétiser de doubles liaisons au-delà de Δ9 (pas de désaturase ω-3 ni ω-6). Deux AG sont donc essentiels (indispensables, apportés par l’alimentation) : l’acide linoléique (C18:2 ω-6, précurseur de l’acide arachidonique → prostaglandines) et l’acide α-linolénique (C18:3 ω-3, précurseur de l’EPA et du DHA → anti-inflammatoire, développement cérébral).

3. Triglycérides (triacylglycérols) 🛢️

Un triglycéride (TG) est un ester de glycérol avec 3 acides gras. Le glycérol possède 3 fonctions alcool (positions sn-1, sn-2, sn-3) estérifiées par des AG qui peuvent être identiques (TG simple) ou différents (TG mixte, cas le plus fréquent).

Rôle principal : réserve énergétique. Les TG sont stockés dans les adipocytes du tissu adipeux sous forme de gouttelettes lipidiques anhydres. La densité énergétique est de ~38 kJ/g (9 kcal/g), soit plus du double des glucides. Les TG sont mobilisés par la lipolyse (lipase hormono-sensible activée par le glucagon et l’adrénaline) → libération de glycérol + 3 AG libres → β-oxydation dans les mitochondries.

Les TG sont aussi les principaux constituants des huiles (liquides = riches en AG insaturés) et des graisses (solides = riches en AG saturés).

3.1 Propriétés physico-chimiques des triglycérides

Saponification : l’hydrolyse alcaline (NaOH ou KOH) d’un TG produit du glycérol + 3 sels d’acides gras (= savons). C’est une réaction irréversible. L’indice de saponification est la masse de KOH (en mg) nécessaire pour saponifier 1 g de matière grasse — il est inversement proportionnel à la longueur moyenne des chaînes d’AG.

Indice d’iode : masse d’iode (en g) fixée par 100 g de matière grasse. L’iode s’additionne sur les doubles liaisons C=C → plus l’indice d’iode est élevé, plus la matière grasse est insaturée. Huile de lin (très insaturée) : indice ≈ 175. Beurre (saturé) : indice ≈ 35.

Rancissement : oxydation des AG insaturés par l’oxygène de l’air → formation de peroxydes lipidiques → aldéhydes et cétones volatils malodorants. Les antioxydants (vitamine E, BHT) ralentissent le rancissement. In vivo, la peroxydation lipidique des AG membranaires est un mécanisme de stress oxydant impliqué dans le vieillissement et les pathologies chroniques.

3.2 Aperçu de la β-oxydation

Les AG libérés par la lipolyse sont activés en acyl-CoA dans le cytoplasme (par l’acyl-CoA synthétase, coûtant 2 ATP) puis transportés dans la mitochondrie via le système carnitine (carnitine palmitoyltransférase I et II, CPT-I et CPT-II). La β-oxydation mitochondriale dégrade l’acyl-CoA en unités d’acétyl-CoA par cycles successifs de 4 réactions (oxydation FAD-dépendante, hydratation, oxydation NAD⁺-dépendante, thiolyse). Chaque cycle produit 1 FADH₂ + 1 NADH + 1 acétyl-CoA. L’acétyl-CoA entre ensuite dans le cycle de Krebs.

Le bilan énergétique de l’oxydation complète du palmitate (C16:0) est de 106 ATP nets (129 ATP bruts − 2 ATP d’activation − corrections du rendement de la chaîne respiratoire selon le modèle utilisé). C’est considérablement plus que les 30-32 ATP du glucose — d’où l’efficacité énergétique supérieure des lipides.

4. Glycérophospholipides (phospholipides) 🔵

Un glycérophospholipide est un glycérol estérifié par 2 AG (en sn-1 et sn-2) et un acide phosphorique (en sn-3), lui-même lié à un alcool aminé ou un polyol. La structure minimale sans alcool est l’acide phosphatidique (PA), précurseur de tous les glycérophospholipides.

Les phospholipides sont amphipathiques : tête polaire hydrophile (phosphate + alcool) et queues hydrophobes (2 chaînes d’AG). Cette propriété fondamentale leur permet de former spontanément des bicouches lipidiques en milieu aqueux — la base structurale de toutes les membranes biologiques.

La phosphatidylsérine (PS) est normalement localisée sur le feuillet interne (cytoplasmique) de la membrane. Son exposition sur le feuillet externe est un signal de mort cellulaire (apoptose) reconnu par les macrophages. Le phosphatidylinositol (PI) et ses dérivés phosphorylés (PIP₂, PIP₃) sont des seconds messagers clés de la signalisation cellulaire (voie PI3K/Akt).

5. Sphingolipides 🧠

Les sphingolipides sont construits sur la sphingosine (amino-alcool à 18 carbones) au lieu du glycérol. La liaison d’un AG en amide sur la sphingosine forme le céramide, précurseur de tous les sphingolipides :

Sphingomyéline : céramide + phosphocholine. Constituant majeur de la gaine de myéline des neurones. Structurellement analogue à la phosphatidylcholine.

Glycosphingolipides : céramide + ose(s). Les cérébrosides portent un seul ose (Glc ou Gal). Les gangliosides portent un oligosaccharide complexe contenant de l’acide sialique (Neu5Ac). Les gangliosides sont concentrés dans les membranes neuronales et jouent un rôle dans la reconnaissance cellulaire.

Les sphingolipidoses sont des maladies lysosomales héréditaires causées par un déficit en enzymes de dégradation des sphingolipides. Exemples : maladie de Gaucher (déficit en glucocérébrosidase), maladie de Tay-Sachs (déficit en hexosaminidase A → accumulation de ganglioside GM₂), maladie de Niemann-Pick (déficit en sphingomyélinase).

6. Cholestérol et stéroïdes 💎

6.1 Structure du cholestérol

Le cholestérol est un lipide à noyau stérol : 4 cycles carbonés fusionnés (noyau cyclopentano-perhydro-phénanthrène) + une chaîne latérale à 8 C + un OH en C3 + une double liaison en C5-C6. Il est à la fois faiblement amphipathique (le OH en C3 est la seule partie polaire) et très rigide (noyau stérol plan).

6.2 Rôles du cholestérol

Composant des membranes : le cholestérol s’intercale entre les phospholipides de la bicouche. À 37 °C, il rigidifie la membrane (réduit la fluidité en restreignant le mouvement des chaînes d’AG). À basse température, il empêche la solidification en perturbant l’empilement des AG saturés. Il module donc la fluidité membranaire dans les deux sens. Les membranes plasmiques contiennent ~35 % de cholestérol (en mol), les membranes mitochondriales seulement ~5 %.

Précurseur biosynthétique de : hormones stéroïdiennes (cortisol, aldostérone, testostérone, estradiol, progestérone), acides biliaires (acide cholique, acide chénodéoxycholique → solubilisation des lipides alimentaires dans l’intestin), vitamine D₃ (cholécalciférol, synthétisée dans la peau sous l’effet des UV).

6.3 Esters de cholestérol

Le cholestérol libre est estérifié par un AG sur l’OH en C3 pour former un ester de cholestérol, totalement hydrophobe. Les esters de cholestérol constituent le cœur des lipoprotéines (transport sanguin) et sont la forme de stockage du cholestérol dans les cellules.

6.4 Acides biliaires et digestion des lipides

Les acides biliaires (acide cholique, acide chénodéoxycholique) sont synthétisés dans le foie à partir du cholestérol, conjugués avec la glycine ou la taurine, puis sécrétés dans la bile. Dans l’intestin, ils agissent comme des détergents biologiques : ils émulsifient les lipides alimentaires en micelles, augmentant considérablement la surface de contact accessible à la lipase pancréatique. Sans acides biliaires, l’absorption des lipides et des vitamines liposolubles est gravement compromise (stéatorrhée).

Les acides biliaires sont réabsorbés dans l’iléon et recyclés vers le foie via la veine porte (cycle entéro-hépatique). Les résines chélatrices d’acides biliaires (cholestyramine) interrompent ce cycle → le foie doit synthétiser de nouveaux acides biliaires à partir du cholestérol → baisse du cholestérol hépatique et plasmatique.

7. Membranes biologiques 🧱

La bicouche lipidique est la structure de base de toutes les membranes cellulaires. Les phospholipides s’organisent spontanément en bicouche : les têtes polaires orientées vers l’eau (extracellulaire et cytoplasmique), les queues hydrophobes vers l’intérieur (cœur hydrophobe de la membrane).

Propriétés de la bicouche : fluidité (les lipides se déplacent latéralement dans le feuillet → diffusion latérale rapide, mais la bascule d’un feuillet à l’autre = flip-flop est très rare sans enzyme), asymétrie (les deux feuillets n’ont pas la même composition : PC et sphingomyéline en externe, PE et PS en interne), perméabilité sélective (le cœur hydrophobe est imperméable aux ions et aux molécules polaires → nécessité de transporteurs et canaux).

La fluidité membranaire augmente avec la proportion d’AG insaturés (doubles liaisons cis = coudes qui empêchent l’empilement compact) et diminue avec la longueur des chaînes d’AG et la teneur en cholestérol (à 37 °C).

Le modèle de la mosaïque fluide (Singer et Nicolson, 1972) décrit la membrane comme une bicouche lipidique fluide dans laquelle sont insérées des protéines (intégrales = transmembranaires, périphériques = associées à la surface). Les radeaux lipidiques (lipid rafts) sont des microdomaines enrichis en cholestérol et sphingolipides, plus rigides, impliqués dans la signalisation cellulaire.

8. Lipoprotéines — Transport des lipides 🚚

Les lipides étant insolubles dans l’eau, ils sont transportés dans le sang sous forme de lipoprotéines : particules sphériques avec un cœur hydrophobe (TG + esters de cholestérol) et une surface amphipathique (phospholipides + cholestérol libre + apolipoprotéines).

Les apolipoprotéines jouent des rôles fonctionnels : l’apo B-100 (VLDL, LDL) est le ligand du récepteur LDL hépatique, l’apo C-II active la lipoprotéine lipase (LPL) qui hydrolyse les TG des chylomicrons et VLDL, l’apo E permet la capture hépatique des remnants de chylomicrons.

L’excès de LDL circulant (LDL-cholestérol élevé) favorise le dépôt de cholestérol dans la paroi artérielle → formation de plaques d’athérome → athérosclérose → risque cardiovasculaire. Les statines (inhibiteurs de l’HMG-CoA réductase) abaissent la synthèse hépatique de cholestérol et augmentent l’expression des récepteurs LDL → baisse du LDL-cholestérol plasmatique.

9. Eicosanoïdes 🔥

Les eicosanoïdes sont des lipides de signalisation dérivés des AG à 20 carbones (principalement l’acide arachidonique, C20:4 ω-6). Ils sont produits localement et agissent de manière autocrine/paracrine.

Prostaglandines (PG) : synthétisées par la cyclo-oxygénase (COX). Rôles : inflammation, douleur, fièvre, protection de la muqueuse gastrique, régulation rénale. L’aspirine et les AINS inhibent la COX → effet anti-inflammatoire et antalgique.

Thromboxanes (TX) : synthétisés par COX dans les plaquettes. Le TXA₂ favorise l’agrégation plaquettaire et la vasoconstriction. L’aspirine à faible dose inhibe le TXA₂ → effet antiagrégant plaquettaire.

Leucotriènes (LT) : synthétisés par la lipoxygénase. Rôles : bronchoconstriction (asthme), chimiotactisme des leucocytes, inflammation. Les anti-leucotriènes (montélukast) sont utilisés dans le traitement de l’asthme.

10. Vitamines liposolubles 💊

Les vitamines A, D, E et K sont liposolubles — elles sont absorbées avec les lipides alimentaires et stockées dans le tissu adipeux et le foie.

Vitamine A (rétinol) : vision (rétinal dans les bâtonnets), différenciation cellulaire, immunité. Carence : cécité nocturne, xérophtalmie.

Vitamine D (cholécalciférol) : métabolisme phosphocalcique (absorption intestinale du Ca²⁺, minéralisation osseuse). Synthétisée dans la peau à partir du 7-déhydrocholestérol sous l’effet des UV. Carence : rachitisme (enfant), ostéomalacie (adulte).

Vitamine E (tocophérol) : antioxydant lipophile majeur. Protège les AG insaturés membranaires contre la peroxydation lipidique.

Vitamine K (phylloquinone / ménaquinone) : cofacteur de la γ-carboxylation du glutamate dans les facteurs de coagulation (II, VII, IX, X) et dans l’ostéocalcine (métabolisme osseux). Les antivitamines K (AVK) (warfarine, acénocoumarol) sont des anticoagulants oraux qui inhibent la régénération de la vitamine K réduite. Les nouveau-nés reçoivent systématiquement une injection de vitamine K à la naissance pour prévenir la maladie hémorragique du nouveau-né.

Exercices d’application ✏️

Questions fréquentes ❓