B2 · Lipides
Cholestérol, stéroïdes et acides biliaires
Décrire le noyau stérol, l'insertion du cholestérol dans les membranes et son rôle sur la fluidité. Présenter ses dérivés — acides biliaires et cycle entérohépatique, hormones stéroïdiennes — et leur mode d'action cellulaire.
Biochimie structurale et métabolique7 min de lecture17 QCM corrigés
Le cholestérol, un stérol membranaire
Architecture du noyau stéroïde
Ce squelette polycyclique, appelé noyau stéroïde, est presque plan et peu flexible. Il est essentiellement hydrocarboné, donc hydrophobe. La nature des substituants, leur position et l’état d’oxydation du noyau déterminent les propriétés des différents stéroïdes.
Le cholestérol est le principal stérol des cellules animales. Sa molécule comporte :
- un groupe hydroxyle polaire porté par le premier cycle ;
- un noyau stéroïde hydrophobe, rigide et volumineux ;
- une courte chaîne hydrocarbonée hydrophobe fixée au dernier cycle ;
- une double liaison dans le noyau carboné.
Le cholestérol est donc amphipathique, mais sa région hydrophile est très réduite. Cette dissymétrie explique son orientation dans les membranes.
Cholestérol libre et cholestérol estérifié
Le groupe hydroxyle du cholestérol peut être estérifié par un acide gras. L’estérification masque la seule région polaire de la molécule et rend le produit entièrement hydrophobe.
Le transport sanguin du cholestérol et de ses esters par les lipoprotéines relève de la fiche consacrée au transport sanguin des lipides.
Insertion du cholestérol dans les membranes
Dans une bicouche lipidique, le groupe hydroxyle du cholestérol se place au voisinage des têtes polaires des phospholipides. Le noyau stéroïde et la chaîne hydrocarbonée s’insèrent entre leurs chaînes d’acides gras, dans la partie hydrophobe de la membrane.
Le noyau rigide limite les mouvements des segments hydrocarbonés situés près de la surface membranaire. En revanche, la chaîne courte du cholestérol perturbe l’empilement régulier des extrémités des acides gras. Son effet dépend donc de l’état initial de la bicouche.
Régulation de la fluidité
À température relativement élevée, les chaînes lipidiques sont très mobiles. Le noyau rigide du cholestérol restreint leurs mouvements : il diminue la fluidité excessive et réduit la perméabilité de la membrane aux petites molécules hydrophiles.
À température relativement basse, les chaînes d’acides gras tendent à s’ordonner et à se rapprocher. Le cholestérol empêche leur empilement compact : il limite la rigidification et s’oppose à une transition brutale vers un état ordonné.
Le cholestérol agit ainsi comme un tampon de fluidité. Il stabilise les propriétés physiques de la membrane lorsque la température varie, plutôt que d’exercer un effet unidirectionnel.
Une concentration locale élevée en cholestérol, associée à certains sphingolipides, favorise la formation de domaines membranaires plus ordonnés. Ces domaines participent à l’organisation de protéines impliquées dans la signalisation et le trafic membranaire.
Les acides biliaires
La transformation du cholestérol en acides biliaires augmente fortement sa polarité. Les groupes hydrophiles et hydrophobes se répartissent sur deux faces différentes du noyau stéroïde : cette organisation dite amphipathie faciale confère aux acides biliaires des propriétés détergentes.
Les acides biliaires produits directement par le foie sont dits primaires. Avant leur sécrétion, ils sont généralement conjugués à un composé azoté. Cette conjugaison abaisse leur tendance à être protonés : au pH intestinal, ils sont principalement ionisés et associés à des cations. On parle alors de sels biliaires.
Dans l’intestin, leur face hydrophobe interagit avec les lipides, tandis que leur face hydrophile reste en contact avec le milieu aqueux. Ils facilitent ainsi :
- la dispersion des masses lipidiques en petites structures ;
- l’action des enzymes digestives à l’interface entre l’eau et les lipides ;
- la formation de micelles contenant les produits de la digestion lipidique ;
- l’absorption des lipides et des vitamines liposolubles.
Une partie des acides biliaires primaires est modifiée par le microbiote intestinal et devient un acide biliaire secondaire. La distinction primaire ou secondaire dépend donc du lieu et du mécanisme de formation, non de l’importance physiologique.
Cycle entérohépatique
Cette récupération limite le coût métabolique d’une synthèse permanente. Une faible fraction échappe cependant à la réabsorption et est éliminée dans les selles. Cette perte doit être compensée par une nouvelle synthèse hépatique.
La conversion en acides biliaires puis leur élimination fécale constituent une voie majeure d’élimination du cholestérol, dont le noyau carboné ne peut pas être complètement dégradé en dioxyde de carbone par l’organisme humain.
Les hormones stéroïdiennes
Les hormones stéroïdiennes comprennent plusieurs familles fonctionnelles :
- les glucocorticoïdes, impliqués dans l’adaptation métabolique ;
- les minéralocorticoïdes, qui participent à l’équilibre hydro-électrolytique ;
- les stéroïdes sexuels, qui interviennent dans la reproduction et les caractères sexuels.
Leur caractère lipophile explique leurs propriétés générales. Elles traversent les membranes biologiques, sont peu solubles dans le plasma et circulent majoritairement liées à des protéines porteuses. Seule la fraction libre peut diffuser vers les cellules cibles.
Contrairement aux messagers hydrophiles stockés dans des vésicules, les hormones stéroïdiennes sont habituellement synthétisées à la demande. Une fois produites, elles diffusent hors de la cellule endocrine.
Mode d’action cellulaire des hormones stéroïdiennes
L’hormone traverse la membrane plasmique par diffusion simple. Elle se fixe ensuite à son récepteur spécifique. Cette liaison modifie la conformation du récepteur, favorise souvent son association avec un second récepteur et permet au complexe d’interagir avec l’ADN.
La fixation du complexe hormone-récepteur sur ces séquences recrute des protéines activatrices ou inhibitrices de la transcription. La quantité de certains ARN messagers est alors modifiée, ce qui entraîne une variation de la synthèse protéique et, finalement, de la fonction cellulaire.
Ce mécanisme est relativement lent, car il nécessite transcription et traduction, mais ses effets sont souvent prolongés. Des actions plus rapides, indépendantes d’une modification directe de la transcription, peuvent aussi exister.
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