Les lipides : acides gras, glycérides et lipides complexes

Les lipides ne forment pas une famille chimique homogène comme les glucides : ils sont définis par une propriété, l'insolubilité dans l'eau et la solubilité dans les solvants organiques. Ce chapitre présente les acides gras et leur nomenclature, les glycérides de réserve, les lipides complexes des membranes et les lipides insaponifiables comme le cholestérol. La nomenclature des acides gras et la classification des lipides sont les deux questions incontournables de ce chapitre en Biochimie structurale S3.

1. Définition, classification et rôles des lipides

Les lipides sont des molécules hydrophobes ou amphiphiles, solubles dans les solvants apolaires (chloroforme, éther, benzène). On les classe selon deux critères. D'une part, les lipides saponifiables, qui contiennent des acides gras estérifiés et libèrent des savons par hydrolyse alcaline, s'opposent aux lipides insaponifiables (stérols, terpènes, vitamines liposolubles). D'autre part, les lipides simples (glycérides, cérides, stérides) ne contiennent que C, H et O, alors que les lipides complexes (phospholipides, glycolipides) contiennent en plus du phosphore, de l'azote ou un glucide. Leurs rôles sont multiples : réserve énergétique (les triglycérides fournissent environ 9 kcal/g, plus du double des glucides), constitution des membranes, isolation thermique, signalisation (hormones stéroïdes, eicosanoïdes) et transport des vitamines A, D, E, K.

2. Les acides gras : structure et nomenclature

Un acide gras est un acide carboxylique à chaîne aliphatique, le plus souvent linéaire et à nombre pair de carbones (4 à 24, majoritairement 16 et 18), car il est synthétisé par addition d'unités à deux carbones. La nomenclature abrégée s'écrit C n:x, où n est le nombre de carbones et x le nombre de doubles liaisons ; la position des doubles liaisons est indiquée depuis le carboxyle par le symbole Δ (C18:2 Δ9,12) ou depuis le méthyle terminal par le symbole ω (n) qui donne la position de la première double liaison. Les acides gras saturés n'ont aucune double liaison : acide palmitique C16:0 et acide stéarique C18:0. Les insaturés en possèdent une (monoinsaturés : acide oléique C18:1 Δ9, ω9) ou plusieurs (polyinsaturés : acide linoléique C18:2 Δ9,12 ω6, acide α-linolénique C18:3 Δ9,12,15 ω3, acide arachidonique C20:4 Δ5,8,11,14 ω6). Dans les acides gras naturels, les doubles liaisons sont presque toujours de configuration cis et non conjuguées (séparées par un groupe méthylène).

Les propriétés physiques dépendent de la chaîne : le point de fusion augmente avec la longueur et diminue fortement avec le nombre de doubles liaisons cis, qui créent un coude et empêchent l'empilement des chaînes. C'est pourquoi les graisses animales saturées sont solides et les huiles végétales insaturées liquides à température ambiante, et pourquoi la fluidité membranaire dépend du degré d'insaturation. Chimiquement, le carboxyle donne des esters et des savons (sels de sodium ou de potassium) ; les doubles liaisons subissent l'hydrogénation (margarines) et l'addition d'iode, ce qui définit l'indice d'iode, mesure du degré d'insaturation ; elles sont aussi sensibles à l'oxydation (rancissement). Les acides linoléique et α-linolénique sont des acides gras essentiels, non synthétisés par les mammifères, qui ne savent pas créer de double liaison au-delà du Δ9.

3. Les lipides simples : glycérides, cérides et stérides

Les acylglycérols (glycérides) sont des esters du glycérol (trialcool) et d'acides gras : mono-, di- et triacylglycérols (triglycérides). Les triglycérides sont totalement apolaires ; ils constituent la réserve énergétique du tissu adipeux et les huiles végétales. Ils sont dits homogènes si les trois acides gras sont identiques, hétérogènes sinon. Leur hydrolyse enzymatique par les lipases libère glycérol et acides gras ; leur hydrolyse alcaline, la saponification (NaOH ou KOH à chaud), libère du glycérol et des savons ; l'indice de saponification renseigne sur la longueur moyenne des chaînes. Les cérides (cires) sont des esters d'un acide gras et d'un alcool à longue chaîne : très hydrophobes, ils protègent les feuilles (cuticule), les plumes et la peau. Les stérides sont des esters d'acide gras et de stérol (esters de cholestérol, forme de transport dans les lipoprotéines).

4. Les lipides complexes : glycérophospholipides et sphingolipides

Les glycérophospholipides dérivent de l'acide phosphatidique : un glycérol estérifié par deux acides gras (en C1 souvent saturé, en C2 souvent insaturé) et par un acide phosphorique en C3. Le phosphate est lui-même estérifié par un alcool azoté ou non qui définit la classe : choline (phosphatidylcholine ou lécithine, la plus abondante), éthanolamine (phosphatidyléthanolamine, ou céphaline), sérine (phosphatidylsérine), inositol (phosphatidylinositol, précurseur de seconds messagers). Les sphingolipides sont construits sur la sphingosine, un amino-alcool à longue chaîne, liée à un acide gras par une liaison amide pour former un céramide. Le céramide porte soit une phosphocholine (sphingomyéline, gaine de myéline), soit un ose (cérébrosides, glucose ou galactose), soit un oligoside contenant de l'acide sialique (gangliosides, abondants dans les membranes neuronales). Tous ces lipides sont amphiphiles : tête polaire (phosphate, alcool, ose) et deux queues hydrophobes. Dans l'eau, ils forment spontanément des bicouches, base des membranes biologiques, et des liposomes ; les phospholipases (A1, A2, C, D) les hydrolysent à des positions précises.

5. Les lipides insaponifiables : stérols, isoprénoïdes, eicosanoïdes

Les stérols dérivent du noyau stérane (cyclopentanoperhydrophénanthrène, 17 carbones en 4 cycles). Le cholestérol (27 carbones) porte un hydroxyle en C3, une double liaison en C5–C6, deux méthyles et une chaîne latérale à 8 carbones en C17 ; faiblement amphiphile, il s'insère dans les membranes animales et régule leur fluidité, et il est le précurseur des acides biliaires, des hormones stéroïdes (cortisol, aldostérone, testostérone, œstrogènes) et de la vitamine D. Les plantes contiennent des phytostérols, les champignons de l'ergostérol. Les isoprénoïdes (terpènes) résultent de la polymérisation de l'isoprène à 5 carbones : caroténoïdes et vitamine A, vitamines E et K, ubiquinone (coenzyme Q). Enfin, les eicosanoïdes (prostaglandines, thromboxanes, leucotriènes) sont des dérivés oxygénés de l'acide arachidonique à 20 carbones, médiateurs locaux de l'inflammation, cibles de l'aspirine.