B2 · Lipides
Glycérophospholipides et sphingolipides
Décrire l'organisation amphiphile des glycérophospholipides et des sphingolipides et leurs classes selon les substituants. Relier ces structures aux fonctions membranaires, de signalisation et d'isolation, et introduire les surcharges sphingolipidiques.
Biochimie structurale et métabolique6 min de lecture15 QCM corrigés
Deux architectures majeures de lipides membranaires
Les glycérophospholipides et les sphingolipides sont des lipides complexes constitués d'une région hydrophobe et d'une région hydrophile. Ils partagent donc une organisation amphiphile, mais diffèrent par leur squelette moléculaire central.
La structure détaillée et la nomenclature des acides gras sont traitées dans la fiche dédiée ; il suffit ici de retenir que leurs chaînes hydrocarbonées constituent une part essentielle de la région hydrophobe.
Les glycérophospholipides
Organisation générale
Le glycérol comporte trois atomes de carbone numérotés selon la nomenclature stéréospécifique sn :
- les carbones sn-1 et sn-2 portent habituellement chacun un acide gras lié par une liaison ester ;
- le carbone sn-3 porte un groupement phosphate ;
- le phosphate peut être lié à un alcool polaire par une seconde liaison ester, formant ainsi un phosphodiester.
Les deux chaînes hydrocarbonées constituent les queues hydrophobes. Le phosphate et son substituant forment la tête hydrophile. La nature des acides gras module les propriétés physiques du lipide, tandis que la nature de la tête polaire définit principalement sa classe et sa charge.
L'acide phosphatidique est à la fois un intermédiaire de biosynthèse et le squelette commun à partir duquel sont formées les principales classes de glycérophospholipides.
Classes selon la tête polaire
Le nom d'un glycérophospholipide dérive généralement de l'alcool lié au phosphate.
Une charge globale dite neutre n'implique pas l'absence de charges : la molécule peut porter simultanément une charge positive et une charge négative. Elle est alors zwitterionique.
La cardiolipine possède une architecture particulière à quatre chaînes hydrophobes. Elle est surtout associée à la membrane mitochondriale interne, où elle contribue à l'organisation des protéines intervenant dans la production d'énergie.
Certains glycérophospholipides diffèrent aussi par le type de liaison unissant la chaîne hydrophobe au glycérol. Dans les plasmalogènes, une chaîne est liée par une liaison éther plutôt que par une liaison ester. Cette variation modifie leur stabilité chimique et leurs propriétés membranaires.
Les sphingolipides
De la sphingosine au céramide
La sphingosine possède déjà une longue chaîne hydrophobe. Son groupement amine peut former une liaison amide avec un acide gras. Le composé obtenu contient donc deux régions hydrocarbonées et constitue le noyau commun des sphingolipides.
Le céramide est le précurseur central des sphingolipides complexes. Leur classification dépend du groupement ajouté sur son groupement hydroxyle terminal.
Sphingomyéline et glycosphingolipides
La sphingomyéline est obtenue lorsque le céramide reçoit un groupement phosphocholine. Sa tête polaire contient donc un phosphate : elle appartient aux phospholipides.
Les autres grandes classes sont les glycosphingolipides, dont la tête hydrophile est constituée d'un ou plusieurs oses et ne contient pas nécessairement de phosphate.
L'acide sialique est un ose acide qui confère une charge négative aux gangliosides. La diversité des séquences glucidiques produit de nombreuses structures reconnues spécifiquement par des protéines extracellulaires.
Organisation et fonctions membranaires
Formation de la bicouche
Dans un milieu aqueux, les têtes polaires interagissent avec l'eau tandis que les chaînes hydrocarbonées s'en éloignent. Comme ces lipides possèdent généralement deux chaînes hydrophobes, ils s'assemblent préférentiellement en bicouches : les têtes sont orientées vers les milieux aqueux et les queues sont regroupées au centre.
La bicouche forme une barrière continue, fluide et auto-organisée. Son cœur hydrophobe limite le passage spontané des ions et des molécules très polaires. Sa fluidité dépend notamment de la longueur et du degré d'insaturation des chaînes, notions développées dans la fiche sur les acides gras.
Les lipides ne sont pas répartis au hasard entre les deux feuillets. La phosphatidylsérine est normalement concentrée dans le feuillet cytosolique, tandis que les glycosphingolipides sont orientés vers le milieu extracellulaire. Leurs têtes glucidiques participent ainsi à l'identité et à la reconnaissance de la cellule.
Les sphingolipides peuvent s'associer au cholestérol pour former des domaines membranaires plus ordonnés, appelés radeaux lipidiques. Le cholestérol lui-même est étudié dans la fiche suivante du sous-bloc.
Signalisation cellulaire
Les lipides membranaires ne sont pas seulement des constituants structuraux. Leur modification enzymatique engendre des messagers capables de transmettre une information.
Les dérivés phosphorylés du phosphatidylinositol, appelés phosphoinositides, recrutent des protéines sur la face cytosolique des membranes. Leur hydrolyse peut produire du diacylglycérol, qui reste dans la membrane, et de l'inositol trisphosphate, qui diffuse dans le cytosol. Ces messagers participent à des voies de signalisation complémentaires.
Le céramide et la sphingosine-1-phosphate sont également des médiateurs. Leur concentration résulte d'un équilibre dynamique entre synthèse, transformation et dégradation des sphingolipides. Ils peuvent donc relier l'état du métabolisme lipidique au destin de la cellule.
Isolation et tissu nerveux
La myéline est une enveloppe membranaire riche en lipides entourant certains prolongements neuronaux. Sa forte teneur en sphingomyéline et en glycosphingolipides favorise une organisation compacte et peu perméable aux ions. Elle assure ainsi une isolation électrique indispensable à la propagation rapide du signal nerveux.
Surcharges sphingolipidiques
Les sphingolipides membranaires sont continuellement renouvelés. Leur dégradation s'effectue principalement dans les lysosomes, par étapes successives : chaque enzyme retire un groupement déterminé.
Une anomalie d'une enzyme, d'une protéine activatrice ou du transport lysosomal bloque une étape. Le substrat situé en amont s'accumule alors dans les lysosomes, augmente leur volume et perturbe progressivement le fonctionnement cellulaire. Les tissus les plus touchés dépendent de la distribution normale du lipide et de la capacité des cellules à le renouveler.
Le système nerveux est particulièrement vulnérable, car il contient de grandes quantités de sphingolipides et certaines de ses cellules se renouvellent peu. Une accumulation primaire peut aussi provoquer des perturbations secondaires du trafic membranaire, de l'autophagie et de la signalisation.
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