Les lipides peuvent se présenter à l'état solide, comme les cires, ou bien liquide, comme les huiles. Leur nature amphiphile conduit les molécules de certains lipides à s'organiser en vésicules, liposomesetmicelles lorsqu'elles se trouvent en milieu aqueux. Cette propriété est à la base des mécanismes du vivant, permettant la formation de structures biologiques — cellules, organites — délimitées par des membranes constituées principalement de lipides. Les lipides assurent par ailleurs diverses autres fonctions biologiques[1],[2], notamment de signalisation cellulaire (signalisation lipidique) et de stockage de l'énergie métabolique par lipogenèse, énergie ensuite libérée notamment par β-oxydation.
Les lipides biologiques dérivent essentiellement de deux types de composés jouant le rôle de briques élémentaires, les groupescétoacyle d'une part et les unités isoprène d'autre part. De ce point de vue, ils peuvent être classés en huit catégories différentes : les acides gras, les acylglycérols, les phosphoglycérides, les sphingolipides, les glycolipides et les polycétides, qui résultent de la condensation de groupes cétoacyle, auxquels s'ajoutent les stérols et les prénols, qui sont produits à partir d'unités isoprène[1].
Bien que le terme lipide soit souvent utilisé comme synonyme de graisse, ces deux termes ne sont pas équivalents car tous les lipides ne sont pas des graisses, lesquelles correspondent stricto sensu aux seuls triglycérides. Les lipides englobent à la fois les acides gras et leurs dérivés — y compris les mono-, di-ettriglycérides ainsi que les phospholipides — mais aussi les métabolites comprenant des stérols, comme le cholestérol.
La classification des lipides est un sujet complexe qui se heurte à la difficulté de définir des critères objectifs permettant de distinguer les lipides des autres classes de molécules organiques. L'IUPAC, par exemple, a publié en 1994[3] une classification des lipides excluant le cholestérol, classé comme terpénoïde[4], bien que le cholestérol soit indiscutablement de nature lipidique pour une très large majorité de biochimistes[5]. La classification des lipides actuellement généralement acceptée[1] établit huit classes, fondées en partie sur les définitions de l'IUPAC.
Divers groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, de l'azote, des halogènes ou du soufre peuvent être ajoutés à la chaîne hydrocarbonée des acides gras, qui peut être saturée ou insaturée et présenter dans ce cas une isomérie cis/trans affectant sensiblement la conformation générale des molécules. Les acides gras insaturés naturels adoptent généralement une configuration cis qui tend à courber la chaîne hydrocarbonée et ainsi à fluidifier les bicouches lipidiques en abaissant leur température de fusion ; il existe cependant des acides gras trans naturels, bien qu'ils résultent souvent d'un processus d'hydrogénation industrielle[6].
Les sphingolipides forment un ensemble complexe de composés[14] constitués d'un alcoolaliphatiqueaminé, produit de novo à partir de la sérine et d'une acyl-CoA à longue chaîne, et convertie en céramides, phosphosphingolipides, glycosphingolipides et d'autres composés. Le principal alcool aminé des mammifères est la sphingosine. Les céramides — N-acylsphingoïdes — forment un sous-ensemble important des dérivés sphingoïdes, avec un acide gras lié par une liaison amide. Ces acides gras sont généralement saturés ou mono-insaturés avec une chaîne hydrocarbonée de 16 à 26 atomes de carbone.
de type I, souvent produits par des mégasynthases multimodulaires, c'est-à-dire de grosses enzymes pourvues de plusieurs sites actifs assurant des réactions différentes et complémentaires ;
de type II, de nature souvent aromatique et produits par un processus itératif réalisé par un ensemble d'enzymes dissociées ;
Les isoprénoïdes simples sont formés par l'addition successive d'unités en C5 et sont classés selon le nombre de ces unités terpène. Les composés contenant plus de 40 atomes de carbone sont appelés polyterpènes.
Les bactéries produisent des polyprénols appelés bactoprénols dans lesquels l'unité isoprénique terminale liée à l'hydroxyle reste insaturée, tandis que les animaux produisent des dolichols dans lequel l'unité isoprénique terminale est réduite[30].
Les membranes biologiques s'organisent autour d'une bicouche lipidique, constituée de deux feuillets parallèles dans lesquels les phosphoglycérides s'orientent pour présenter leur tête hydrophile au contact de l'eau et leurs queues hydrophobes au contact de l'autre feuillet. La formation d'une telle bicouche est thermodynamiquement favorable lorsque des phosphoglycérides se trouvent en milieu aqueux : c'est l'effet hydrophobe[31] ; l'orientation et la distribution spatiale des molécules d'eau autour d'une telle bicouche est étroitement conditionnée par la configuration des molécules amphiphiles qui la composent, de sorte que ces molécules d'eau forment comme des « clathrates » autour des lipides solvatés[32]. De telles bicouches tendent également à se refermer sur elles-mêmes, formant des vésicules. Selon la concentration en lipides, leur interaction biophysique peut conduire à la formation de micelles, de liposomes ou de surfaces membranaires. D'autres modes d'agrégation sont également observés et relèvent du polymorphisme des molécules amphiphiles. Le comportement des phases lipidiques est un domaine d'étude en biophysique et fait l'objet de recherches académiques[33],[34]. Selon certaines théories, la formation de protocellules délimitées par une membrane lipidique aurait été une étape de l'abiogenèse[35].
Chez les plantes, les membranes de thylakoïdes sont particulièrement riches en monogalactosyl diglycérides (MGDG), qui ne forment pas spontanément de bicouche lipidique mais entrent néanmoins dans de telles structures lorsqu'ils interagissent avec les caroténoïdes et les chlorophylles des membranes de thylakoïdes[36], de sorte que les membranes des thylakoïdes s'organisent en bicouche lipidique dynamique[37] ; elles contiennent en revanche peu de phospholipides.
Les lipides de type phosphatidylsérine sont connus pour intervenir dans la signalisation de la phagocytose des cellules apoptotiques. Ils assurent cette fonction en se retrouvant dans le feuillet externe de la membrane plasmique après inactivation des flippases, qui les placent exclusivement dans le feuillet cytosolique, et activation des scramblases, qui les font passer d'un feuillet à l'autre : la présence de phosphatidylsérines dans le feuillet externe de la membrane plasmique est reconnue par certaines cellules, qui les phagocytent, de même qu'elles phagocytent d'éventuels fragment cellulaires exposant le feuillet interne de la membrane plasmique[48].
Cependant, les lipides sont digérés essentiellement dans l'intestin grêle. La présence de graisses à ce niveau favorise la sécrétion d'hormones qui stimulent la libération, par le pancréas de la lipase pancréatique, enzyme active à pH acide, et de bile, cette dernière conduisant à une émulsion permettant l'absorption des lipides. La digestion complète des triglycérides conduit à un mélange d'acides gras, de monoglycérides, de diglycérides et de triglycérides non digérés, mais pas de glycérol libre.
Les triglycérides ne peuvent être absorbés par l'intestin grêle. En revanche, les entérocytes de la paroi intestinale absorbent le contenu des micelles en suspension dans la bile et reforment des triglycérides conditionnés avec des lipoprotéines dans de grandes micelles appelées chylomicrons. Ces derniers sont sécrétés dans les chylifèresdusystème lymphatique, qui les déverse ensuite dans le sang depuis le conduit thoracique. Ainsi, contrairement aux autres nutriments, les triglycérides absorbés par l'alimentation passent dans le sang en court-circuitant le foie.
Les enzymes de la biosynthèse des acides gras sont classées en deux groupes distincts : chez les animaux et les champignons, toutes ces réactions sont réalisées par une protéine unique se comportant comme une enzyme multifonctionnelle[55], tandis que, chez les plastes des plantes et les bactéries, ces réactions sont réalisées chacune par une protéine dédiée, chacune se comportant comme une enzyme monofonctionnelle réalisant une étape particulière de cette voie métabolique[56],[57]. Ces acides gras peuvent être par la suite convertis en triglycérides qui sont conditionnés dans des lipoprotéines sécrétées par le foie.
Si la nature des lipides absorbés par l'alimentation est déterminante pour la santé, leur quantité totale importe finalement assez peu. Quelques études ont lié la quantité totale de lipides absorbés à un risque accru d'obésité[67],[68] et de diabète[69], mais de nombreuses études, dont certaines réalisées sur un grand nombre de personnes pendant plusieurs années[70], n'ont pas établi de tels liens[71],[72]. Ces études ne permettent pas non plus d'établir un lien entre le pourcentage de calories apportées par les lipides et un risque accru de cancer, de maladie cardiovasculaire ou d'obésité ; ainsi, contrairement aux idées véhiculées au siècle dernier, les régimes à faible apport en graisses ne sont pas nécessairement bénéfiques pour la santé[73], car les plats dits allégés issus de l'industrie agroalimentaire sont souvent enrichis en sucres cachés[74],[75],[76].
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