Lipide - Définition

Introduction

Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants. Ce sont des molécules hydrophobes ou amphipathiques principalement constituées de carbone, d’hydrogène et d’oxygène et ayant une densité inférieure à celle de l'eau. Les lipides peuvent se présenter à l'état solide, comme dans les cires, ou liquide, comme dans les huiles.

La biochimie pourrait compléter cette définition en ajoutant que les lipides peuvent provenir, en totalité ou en partie, de condensations de thioesters basées sur des carbanions et/ou de condensations d'unités d'isoprène basées sur des carbocations. Ceci fait référence à la manière dont les être vivants synthétisent les lipides. Il existe plusieurs voies de synthèse qui peuvent se regrouper en deux catégories selon la « brique de base » utilisée : un thioester ou un isoprène. Cependant, il n'existe pas encore de définition unique d'un lipide reconnue par l'ensemble de la communauté scientifique. Ceci tient probablement au fait que les lipides forment un ensemble de molécules aux structures et aux fonctions extrêmement variées dans le monde du vivant.

Classification

Les lipides peuvent être classés selon la structure de leur squelette carboné (atomes de carbone chaînés, cycliques, présence d'insaturations, etc.). Toutefois, du fait de leur diversité et de la difficulté à adopter une définition universelle, il n'existe pas de classification unique des lipides. Selon l'IUPAC, par exemple, sont inclus dans la catégorie « lipides » les acides gras et dérivés, ainsi que leurs esters respectifs :

• les acides gras
• les glycérides
• les phospholipides (essentiellement les phosphoglycérides et les sphingolipides)
• les glycolipides

La catégorie des lipides définie par l'IUPAC n'inclut pas le cholestérol, classé dans les terpénoïdes, soit :

• les stéroïdes (dont le cholestérol)
• les terpène
• les rétinoïdes

Or, les composés tel que le cholestérol sont effectivement considérés comme des lipides depuis longtemps, y compris dans la définition faite par l'IUPAC. Différentes études ont donc été faites pour intégrer les lipides de type acide gras et de type cholestérol dans un même système de classification. La dernière en date définit 8 catégories et dérive en partie de la classification faite par l'IUPAC :

• les acides gras
• les acylglycérols (ou glycérides)
• les phosphoacylglycérols (ou phosphoglycérides)
• les sphingolipides
• les stérols
• les prénols
• les polykétides
• les saccharolipides (ou glycolipides)

Il y a de nombreux termes redondants ou ayant plusieurs significations. Par exemple, dans la classification ci-dessus, les stérols sont une catégorie qui inclut les stéroïdes. Dans la classification de l'IUPAC, les stéroïdes sont une catégorie incluant les stérols. Cette remarque est aussi valable pour les prénols et les terpénoïdes.

Classe des acides gras

Les acides gras sont des acides carboxyliques caractérisés par une répétition de groupements méthylène -CH- formant une chaîne carbonée généralement constituée d'un nombre pair d'atomes de carbone. C'est cette chaîne carbonée qui confère aux acides gras leur caractère hydrophobe.

La classe des acides gras peut se diviser en 13 sous-classes dont les principales sont :

• les acides gras et leurs dérivés : cette sous-classe très riche comprend en premier lieu les acides gras à chaîne linéaire (fig. 1) de formule semi-développée :

      CH-[CH]-COOH avec n > 1      

Les acides à chaîne linéaire sont des acides gras saturés dont dérivent les autres sous-classes, notamment celle des acides gras insaturés (fig. 2).

• les éicosanoïdes : ils sont formés à partir de l'acide 5Z,8Z,11Z,14Z-éicosatétraénoïque, plus communément appelé acide arachidonique (fig. 3). Cet acide possède 20 atomes de carbone et 4 insaturations (4 doubles liaisons). Les éicosanoïdes les plus connus sont sans doute les prostaglandines (fig. 4).

Figure 1. Un acide gras à chaîne linéaire : l'acide hexadécanoïque, ou acide palmitique

Figure 2. Un acide gras insaturé : l'acide 9Z-octadécènoïque, ou acide oléique

Figure 3. L'acide arachidonique, précurseur des éicosanoïdes

Figure 4. Un éicosanoïde : la prostaglandine A1

Classe des acylglycérols

Les acylglycérols, également appelé glycérides, sont des esters d'acides gras et de glycérol. Il existe 3 sous-classes d'acylglycérols : les mono-, di- et triglycérides. Les préfixes mono, di, et tri sont utilisés selon que l'estérification porte sur 1, 2 ou 3 groupes hydroxyles du glycérol. La formule semi-développée des acylglycérols est :

      CH-O-CO-R      |      CH-O-CO-R      |      CH-O-CO-R      avec R, R et R un hydrogène H ou une chaîne acyl      

Les groupes hydroxyl -OH libres du glycérol chez les mono et diacylglycérols peuvent aussi être substitués par des sucres via une liaison glycosidique.

Classe des phosphoacylglycérols

les phosphoacylglycérols, encore appelés phosphoglycérides ou glycérophospholipides, sont les lipides les plus abondants dans les membranes biologiques. Ils ont naturellement tendance à s'organiser en double couche. Leur structure de base est formée d'un ester de diacylglycérol et de phosphate. Dans la plupart des cas, le phosphate est également lié à un composé polaire hydroxylé (ex. la choline, la sérine, l'éthanolamine). Un exemple bien connu de phosphoacylglycérol est la lécithine, souvent utilisée comme additif alimentaire. La formule générale semi développée des phosphoglycérides est :

avec et des chaînes acyles et X un composé hydroxylé.

Lorsque -X est un atome d'hydrogène H, le composé est appelé acide phosphatidique.

Classe des sphingolipides

Les sphingolipides sont dérivés des sphinganines ou des sphing-4-ènines, plus connus sous le nom de sphingosines. Ces 2 derniers composés dérivent eux-mêmes de la condensation d'un acide gras et de la sérine. La formule générale semi-développée des sphinganines et des sphingosines est :

        OH        |      R-CH-CH-CH-OH           |           NH      avec R, une chaîne acyl, saturée ou non.      

Les sphinglolipides peuvent se répartir en 9 sous-classes :

• les sphing-4-ènines ou sphingosines
• les céramides
• les phosphosphingolipides
• les phosphonosphingolipides
• les glycosphingolipides neutres
• les glycosphingolipides acides
• les glycosphingolipides basiques
• les glycosphingolipides amphotères
• les arsénosphingolipides

La sous-classe la plus importante est sans doute celle des céramides. Il s'agit de sphinganines ou de sphingosines liées à un acide gras par une liaison amide. Un exemple bien connu de céramide est la sphingomyéline, impliquée dans la transmission nerveuse chez les mammifères. La formule générale semi-développée des céramides est :

         OH         |      R-CH-CH-CH-OH            |      R-CO-NH      avec R et R deux chaînes acyl, saturées ou non.      

Classe des stérols

Les stérols sont des lipides dérivant du noyau cyclopentanophénanthrénique. Les différents types de stérols se distinguent selon le nombre et la position d'insaturation et/ou de chaînes latérales. Les stérols se divisent en 6 sous-classes :

• les stérols et dérivés : cholestérol, phytostérol et dérivés
• les stéroïdes : œstrogènes, androgènes, gluco- et minéralocorticoïdes
• les secostéroïdes
• les acides biliaires
• les stéroïdes conjugués
• les hopanoïdes

Deux exemples bien connus de stérols sont le cholestérol et les hormones stéroïdiennes.

Fig. 9 Le cyclo pentanophénantrène

Fig. 10 Un stérol : le cholestérol

Fig. 11 Un glucocorticoïde: le cortisol

Fig. 12 Un sécostéroïde: la vitamine D3, ou cholécalciférol

Classe des prénols

La structure de base des prénols est l'isoprène. Les prénols sont synthétisés à partir de précurseurs à 5 atomes de carbones, l'isopentènyl-diphosphate et le diméthylallyl-diphosphate, issus de la voie de l'acide mévalonique. Chez quelques bactéries et plantes, les précurseurs sont issus de la voie du méthylérythritol-phosphate. Les prénols peuvent se diviser en 3 sous-classes :

• les isoprénoïdes (ou terpènes)
• les quinones et hydroquinones : ubiquinones, vitamine E et vitamine K
• les polyprénols

Classe des polykétides

Les polykétides proviennent de la condensation de groupe acétyl et/ou propionyl. Ils forment une gamme très vaste de composés naturels dont sont dérivés de nombreux antibiotiques (exemple : les macrolides). Les polykétides peuvent se répartir en 3 sous-classes :

• les macrolides
• les polykétides aromatiques
• les hybrides peptide-polykétide non ribosomaux

Classe des saccharolipides

Les saccharolipides résultent de l'estérification ou de l'amidification d'acide gras par des sucres ou des sucres aminés. Les saccharolipides peuvent se répartir en 4 catégories :

• les acylaminosucres
• les polysaccharides d'acylaminosucres
• les acyltréhaloses
• les polysaccharides d'acyltréhaloses