Phospholipide
Le terme « phospholipide » désigne des lipides contenant de l’acide phosphorique sous forme de mono- ou de diester. Cette famille inclut notamment les acides phosphatidiques et les phosphoglycérides[1]. La plupart des phospholipides sont amphiphiles, c'est-à-dire constitués d'une « tête » polaire (hydrophile) et une ou plusieurs régions hydrocarbonées aliphatiques (hydrophobes) [2].
Cet article ne cite pas suffisamment ses sources ().
A. phosphatidylcholine,
B. phosphatidyléthanolamine,
C. phosphatidylsérine,
D. représentation schématique avec :
- une « tête » polaire et
- deux « queues » aliphatiques.
La plupart des phospholipides sont amphiphiles : ils comportent une région polaire hydrophile et une ou plusieurs régions hydrocarbonées hydrophobes. Dans les glycérophospholipides diacylés, très répandus chez les bactéries et les eucaryotes, les deux régions hydrophobes correspondent à des chaînes d’acides gras liées par ester aux positions sn-1 et sn-2 d’un squelette de glycérol-3-phosphate. Le groupement phosphate situé en position sn-3 est généralement lié, par une liaison phosphodiester, à une tête polaire, telle que la choline, l’éthanolamine, la sérine ou l’inositol[3]. L’acide phosphatidique, qui ne porte pas cette tête supplémentaire, constitue le composé parent de ces phosphoglycérides[4].
Cette organisation, fréquente dans les membranes biologiques, n’est toutefois pas universelle : les lysophospholipides ne possèdent qu’une seule chaîne hydrocarbonée, tandis que les lipides polaires des Archées comportent habituellement des chaînes isoprénoïdes liées par éther à un squelette de glycérol-1-phosphate[5].
Dans l’usage biochimique courant, le terme « phospholipide » recouvre principalement les glycérophospholipides, également appelés phosphoglycérides, et la sphingomyéline. La sphingomyéline est un phosphosphingolipide abondant dans les membranes des cellules animales. Elle est constituée d’un céramide lié à un groupement phosphocholine. Des céramides portant un groupement phosphoéthanolamine existent également chez certains organismes, notamment chez des invertébrés, mais ils constituent une classe distincte de phosphosphingolipides. Tous les sphingolipides ne sont pas des phospholipides : les glycosphingolipides, par exemple, ne portent pas de groupement phosphate[6],[7].
Les premiers phospholipides isolés de tissus vivants ont été caractérisés comme tels en 1847 par le chimiste français Théodore Nicolas Gobley à partir de lécithine de jaune d'œuf — il s'agissait plus précisément de phosphatidylcholines. Les phospholipides sont des constituants essentiels des membranes biologiques. En milieu aqueux, leurs propriétés amphiphiles favorisent l’organisation en bicouches lipidiques, dans lesquelles les régions hydrophobes sont orientées vers l’intérieur tandis que les têtes polaires sont en contact avec les milieux aqueux de part et d’autre de la membrane. Les bicouches servent de matrice aux protéines membranaires et contiennent également, selon les organismes et les membranes considérés, d’autres classes de lipides, notamment des stérols[8].
Structure
modifierLes propriétés physicochimiques des phospholipides dépendent à la fois de la molécule polaire de la tête hydrophile et des chaînes aliphatiques des queues hydrophobes. En milieu aqueux, de telles molécules amphiphiles tendent à s'organiser de telle sorte que seule leur tête hydrophile soit en contact avec les molécules d'eau, ce qui aboutit typiquement à des structures en micelle, en liposome ou en bicouche lipidique[9].
C'est la base des structures vivantes, qui s'organisent toujours à partir d'une membrane cellulaire séparant l'intérieur de la cellule du milieu extérieur. Des membranes internes peuvent définir des compartiments intérieurs au sein des cellules eucaryotes — appelés organites — tels que des mitochondries, des chloroplastes, un (ou plusieurs) noyau(x), un réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, etc.
La nature des acides gras joue un rôle notamment dans la « fluidité » de ces membranes ainsi que dans leur perméabilité à certaines molécules ou à certains ions. Ainsi, plus la proportion d'acides gras saturés est élevée, plus la bicouche lipidique tend à « figer » du fait de la multiplication des interactions intermoléculaires le long de chaînes latérales aliphatiques qui tendent à s'organiser parallèlement entre elles ; à l'inverse, si la proportion d'acides gras insaturés augmente, les membranes tendent à se fluidifier en raison des « coudes » moléculaires introduits par chaque double liaison dans les chaînes latérales aliphatiques, coudes qui brisent la régularité des chaînes latérales aliphatiques et empêchent leur cristallisation en les empêchant de s'organiser parallèlement entre elles.
Ils permettent des mouvements spontanés dans la membrane. Singer et Nicholson l'ont décrite comme une mosaïque fluide. Les protéines membranaires ne la traversent que sous forme d'hélice alpha.
Une phosphatidylcholine, la dipalmitoylphosphatidylcholine (deux acides palmitiques) est le constituant majeur du surfactant pulmonaire[10]. Les sphingomyélines sont abondantes dans le système nerveux, notamment dans la gaine de myéline.
Composition
modifierLes glycérophospholipides sont constitués d'un squelette de glycérol-3-phosphate, généralement estérifié par deux acides gras, et d'un alcool azoté ou d'un autre groupement polaire lié au phosphate[9].
Les phosphosphingolipides, dont la sphingomyéline est le principal représentant chez l'animal, sont construits sur un céramide, lui-même formé par condensation enzymatique de la sérine et du palmitoyl-CoA, suivie d'une réduction et d'une acylation ; le céramide ainsi obtenu porte, dans le cas de la sphingomyéline, un groupement phosphocholine[11].
Les chaînes hydrocarbonées des glycérophospholipides sont souvent asymétriques : l'une des deux positions, généralement la position sn-2, porte fréquemment un acide gras insaturé[12].
Dans la membrane plasmique des cellules animales, la répartition des phospholipides est asymétrique entre les deux feuillets de la bicouche : la phosphatidylcholine et la sphingomyéline sont principalement enrichies dans le feuillet non cytosolique (externe), tandis que la phosphatidylsérine et la phosphatidyléthanolamine prédominent dans le feuillet cytosolique (interne)[12].
Certains phosphoinositides jouent un rôle dans la signalisation cellulaire : le phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) peut être hydrolysé par une phospholipase C en diacylglycérol et en inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3), ce dernier participant à la mobilisation du calcium intracellulaire[13].
La sphingomyéline se distingue des glycérophospholipides par son squelette: celui-ci n'est pas le glycérol, mais une base sphingoïde (sphingosine), à laquelle un acide gras est lié par une liaison amide pour former le céramide[11],[14].
Mobilité des lipides
modifierLes lipides peuvent se mouvoir dans la membrane spontanément ou en utilisant de l'énergie sous forme d'ATP. Il existe ainsi des mouvements :
- latéraux, dans n'importe quelle direction ;
- rotation, du lipide sur lui-même ;
- flexion ;
- de bascule, un phospholipide passe d'une couche à l'autre de la membrane. Seul mouvement demandant de l'énergie car le pôle hydrophile passe dans la partie hydrophobe de la membrane. De plus, cela casse la fluidité membranaire. Les protéines nécessaires à ce mouvement sont les flippases et les floppases (le mouvement est aussi appelé flip-flop). Ceci est nécessaire dans la synthèse des membranes, les phospholipides sont apportés de l'intérieur et doivent repasser à l'extérieur (quand ils ne sont pas apportés par des vésicules)[15].
Abréviations usuelles
modifierLes abréviations pour les phospholipides sont généralement :
- PC pour la phosphatidylcholine ;
- PE pour la phosphatidyléthanolamine ;
- PS pour la phosphatidylsérine ;
- PG pour le phosphatidylglycérol ;
- PA pour l'acide phosphatidique.
Les abréviations pour les chaînes grasses sont :
- O pour oléoyle (18:1) ;
- P pour palmitoyle (16:0) ;
- S pour stéaroyle (18:0) ;
- M pour myristoyle (14:0) ;
- L pour lauroyle (12:0) ;
- LO pour linoléoyle (18:2) ;
- E pour érucoyle (22:1) ;
- D pour décanoyle (10:0).
Lorsque l'on indique la nature des chaînes grasses, et si les deux chaînes sont identiques, on utilise la lettre D devant l'abréviation de la chaîne :
- DO pour dioléoyle (dérivé de l'acide oléique) ;
- DP pour dipalmytoyle (dérivé de l'acide palmitique).
Lorsque les chaînes grasses sont de nature différente, on indique en premier la chaîne en position 1 de la fonction glycérol, suivi de la chaîne en position 2 :
- OP pour un phospholipide 1-oléoyl-2-palmitoyl ;
- PO pour un 1-palmitoyl-2-oléoyl.
En rassemblant les deux abréviations, on obtient, par exemple :
- DOPC pour la dioléoylphosphatidylcholine ;
- DPPE pour la dipalmitoylphosphatidyléthanolamine ;
- DPPC pour la dipalmitoylphosphatidylcholine ;
- OPPC pour la 1-oléoyl-2-palmitoylphosphatidylcholine.
Notes et références
modifier- ↑ (en) « phospholipids », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], Oxford, Blackwell Scientific Publications, 1997, version corrigée en ligne : (2019-), 2e éd. (ISBN 0-9678550-9-8)
- ↑ « La structure de la membrane plasmique », sur KhanAcademy.org (consulté le ).
- ↑ (en) International Union of Pure and Applied Chemistry, « Lipid nomenclature: glycerophospholipids », sur IUPAC (consulté le )
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- ↑ (en) Koga et Morii, « Biosynthesis of ether-type polar lipids in archaea and evolutionary considerations », Microbiology and Molecular Biology Reviews, vol. 71, no 1, , p. 97–120 (PMID 17347520, PMCID 1847378, DOI 10.1128/MMBR.00033-06)
- ↑ (en) Fahy, Subramaniam, Brown et al., « A comprehensive classification system for lipids », Journal of Lipid Research, vol. 46, no 5, , p. 839–861 (PMID 15722563, PMCID 2641754, DOI 10.1194/jlr.E400004-JLR200)
- ↑ (en) Rao et Acharya, « Through the looking glass: the role of lipids in the biogenesis of the sphingolipid storage disease », Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1831, no 4, , p. 616–623 (PMID 23159647, DOI 10.1016/j.bbalip.2012.11.007)
- ↑ (en) van Meer, Voelker et Feigenson, « Membrane lipids: where they are and how they behave », Nature Reviews Molecular Cell Biology, vol. 9, no 2, , p. 112–124 (PMID 18216768, DOI 10.1038/nrm2330)
- 1 2 Gregor Cevc et Derek Marsh, Phospholipid bilayers: physical principes and models, J. Wiley & sons, coll. « Cell biology », (ISBN 978-0-471-09255-1), p. 30-34.
- ↑ Qinglin Hu, Xuan Bai, Guoqing Hu et Yi Y. Zuo, « Unveiling the Molecular Structure of Pulmonary Surfactant Corona on Nanoparticles », ACS Nano, vol. 11, no 7, , p. 6832–6842 (ISSN 1936-0851, DOI 10.1021/acsnano.7b01873).
- 1 2 (en) Gault, Obeid et Hannun, « An overview of sphingolipid metabolism: from synthesis to breakdown », Advances in Experimental Medicine and Biology, vol. 688, , p. 1–23 (PMID 20919643, DOI 10.1007/978-1-4419-6741-1_1)
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- ↑ (en) Rhee, « Regulation of phosphoinositide-specific phospholipase C », Annual Review of Biochemistry, vol. 70, , p. 281–312 (PMID 11395409, DOI 10.1146/annurev.biochem.70.1.281)
- ↑ (en) Slotte, « The importance of hydrogen bonding in sphingomyelin's membrane interactions with co-lipids », Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1858, no 2, , p. 304–310 (PMID 26688038, DOI 10.1016/j.bbamem.2015.12.008)
- ↑ Gregor Cevc, Phospholipids Handbook, Chapman and Hall/CRC, (ISBN 978-0-8247-9050-9 et 978-1-351-42497-4), p. 332 ; 455-509.
