24.3 Métabolisme des lipides

Les graisses (ou triglycérides) dans le corps sont ingérées sous forme d'aliments ou synthétisées par les adipocytes ou les hépatocytes à partir de précurseurs glucidiques (Figure 24.11). Le métabolisme des lipides implique l'oxydation des acides gras pour générer de l'énergie ou synthétiser de nouveaux lipides à partir de molécules constitutives plus petites. Le métabolisme des lipides est associé au métabolisme des glucides, car les produits du glucose (tels que l'acétyl-CoA) peuvent être convertis en lipides.

Figure 24.11 Dégradation d'un triglycéride en monoglycéride Une molécule de triglycéride (a) se décompose en un monoglycéride (b).

Le métabolisme des lipides commence dans l'intestin où les triglycérides ingérés sont décomposés en acides gras à chaîne plus courte, puis en molécules de monoglycéride (voir Figure 24.11b) par les lipases pancréatiques, des enzymes qui décomposent les graisses après qu'elles ont été émulsifiées par les sels biliaires. Lorsque les aliments atteignent l'intestin grêle sous forme de chyme, une hormone digestive appelée cholécystokinine est libérée par les cellules intestinales dans la muqueuse intestinale. La CCK stimule la libération de lipase pancréatique par le pancréas et stimule la contraction de la vésicule biliaire pour libérer les sels biliaires stockés dans l'intestin. La CCK se rend également au cerveau, où elle peut agir comme un suppresseur de l'appétit.

Ensemble, les lipases pancréatiques et les sels biliaires décomposent les triglycérides en acides gras libres. Ces acides gras peuvent être transportés à travers la membrane intestinale. Cependant, une fois qu'ils traversent la membrane, ils sont recombinés pour former à nouveau des molécules de triglycérides. Dans les cellules intestinales, ces triglycérides sont emballés avec des molécules de cholestérol dans des vésicules phospholipidiques appelées chylomicrons (Figure 24.12). Les chylomicrons permettent aux graisses et au cholestérol de se déplacer dans l'environnement aqueux de vos systèmes lymphatique et circulatoire. Les chylomicrons quittent les entérocytes par exocytose et entrent dans le système lymphatique via les chylifères des villosités de l'intestin. Du système lymphatique, les chylomicrons sont transportés vers le système circulatoire. Une fois dans la circulation, ils peuvent soit aller au foie, soit être stockés dans les cellules adipeuses qui composent le tissu adipeux trouvé dans tout le corps.

Figure 24.12 Chylomicrons Les chylomicrons contiennent des triglycérides, des molécules de cholestérol et d'autres apolipoprotéines (molécules protéiques). Ils ont pour fonction de transporter ces molécules insolubles dans l'eau de l'intestin, à travers le système lymphatique, et dans la circulation sanguine, qui transporte les lipides vers le tissu adipeux pour le stockage.

Lipolyse

Pour obtenir de l'énergie à partir des graisses, les triglycérides doivent d'abord être décomposés par hydrolyse en leurs deux composants principaux, les acides gras et le glycérol. Ce processus, appelé lipolyse, a lieu dans le cytoplasme. Les acides gras résultants sont oxydés par β-oxydation en acétyl-CoA, qui est utilisé par le cycle de Krebs. Le glycérol libéré des triglycérides après la lipolyse entre directement dans la voie de la glycolyse sous forme de DHAP. Comme une molécule de triglycéride produit trois molécules d'acides gras avec jusqu'à 16 carbones ou plus dans chacune, les molécules de graisse produisent plus d'énergie que les glucides et sont une source d'énergie importante pour le corps humain. Les triglycérides produisent plus de deux fois l'énergie par unité de masse par rapport aux glucides et aux protéines. Par conséquent, lorsque les niveaux de glucose sont bas, les triglycérides peuvent être convertis en molécules d'acétyl-CoA et utilisés pour générer de l'ATP par respiration aérobie.

La dégradation des acides gras, appelée oxydation des acides gras ou bêta (β)-oxydation, commence dans le cytoplasme, où les acides gras sont convertis en molécules d'acyl-CoA gras. Cet acyl-CoA gras se combine avec la carnitine pour créer une molécule d'acylcarnitine grasse, ce qui aide à transporter l'acide gras à travers la membrane mitochondriale. Une fois à l'intérieur de la matrice mitochondriale, la molécule d'acylcarnitine grasse est reconvertie en acyl-CoA gras, puis en acétyl-CoA (Figure 24.13). L'acétyl-CoA nouvellement formé entre dans le cycle de Krebs et est utilisé pour produire de l'ATP de la même manière que l'acétyl-CoA dérivé du pyruvate.

Figure 24.13 Dégradation des acides gras Pendant l'oxydation des acides gras, les triglycérides peuvent être décomposés en molécules d'acétyl-CoA et utilisés pour l'énergie lorsque les niveaux de glucose sont bas.

Cétogenèse

Si un excès d'acétyl-CoA est créé par l'oxydation des acides gras et que le cycle de Krebs est surchargé et ne peut pas le gérer, l'acétyl-CoA est détourné pour créer des corps cétoniques. Ces corps cétoniques peuvent servir de source de carburant si les niveaux de glucose sont trop bas dans le corps. Les cétones servent de carburant en période de jeûne prolongé ou lorsque les patients souffrent de diabète non contrôlé et ne peuvent pas utiliser la majeure partie du glucose circulant. Dans les deux cas, les réserves de graisse sont libérées pour générer de l'énergie via le cycle de Krebs et généreront des corps cétoniques lorsque trop d'acétyl-CoA s'accumule.

Dans cette réaction de synthèse des cétones, l'excès d'acétyl-CoA est converti en hydroxyméthylglutaryl-CoA. L'HMG-CoA est un précurseur du cholestérol et est un intermédiaire qui est ensuite converti en bêta-hydroxybutyrate, le principal corps cétonique dans le sang (Figure 24.14).

Figure 24.14 Cétogenèse L'excès d'acétyl-CoA est détourné du cycle de Krebs vers la voie de la cétogenèse. Cette réaction se produit dans les mitochondries des cellules hépatiques. Le résultat est la production de β-hydroxybutyrate, le principal corps cétonique trouvé dans le sang.

Oxydation des corps cétoniques

Les organes qui ont été classiquement considérés comme dépendant uniquement du glucose, tels que le cerveau, peuvent en fait utiliser les cétones comme source d'énergie alternative. Cela permet au cerveau de fonctionner lorsque le glucose est limité. Lorsque les cétones sont produites plus rapidement qu'elles ne peuvent être utilisées, elles peuvent être décomposées en CO₂ et en acétone. L'acétone est éliminée par expiration. Un symptôme de la cétogenèse est que l'haleine du patient sent le sucré comme l'alcool. Cet effet permet de savoir si une personne diabétique contrôle correctement sa maladie. Le dioxyde de carbone produit peut acidifier le sang, entraînant une acidocétose diabétique, une condition dangereuse chez les personnes atteintes de diabète.

Les cétones s'oxydent pour produire de l'énergie pour le cerveau. Le bêta (β)-hydroxybutyrate est oxydé en acétoacétate et du NADH est libéré. Une molécule de HS-CoA est ajoutée à l'acétoacétate, formant de l'acétoacétyl-CoA. Le carbone de l'acétoacétyl-CoA qui n'est pas lié au CoA se détache ensuite, divisant la molécule en deux. Ce carbone se lie ensuite à un autre HS-CoA libre, ce qui donne deux molécules d'acétyl-CoA. Ces deux molécules d'acétyl-CoA sont ensuite traitées par le cycle de Krebs pour générer de l'énergie (Figure 24.15).

Figure 24.15 Oxydation des cétones Lorsque le glucose est limité, les corps cétoniques peuvent être oxydés pour produire de l'acétyl-CoA à utiliser dans le cycle de Krebs pour générer de l'énergie.

Lipogenèse

Lorsque les niveaux de glucose sont abondants, l'excès d'acétyl-CoA généré par la glycolyse peut être converti en acides gras, triglycérides, cholestérol, stéroïdes et sels biliaires. Ce processus, appelé lipogenèse, crée des lipides à partir de l'acétyl-CoA et a lieu dans le cytoplasme des adipocytes et des hépatocytes (cellules hépatiques). Lorsque vous mangez plus de glucose ou de glucides que votre corps n'en a besoin, votre système utilise l'acétyl-CoA pour transformer l'excès en graisse. Bien qu'il existe plusieurs sources métaboliques d'acétyl-CoA, il est le plus souvent dérivé de la glycolyse. La disponibilité de l'acétyl-CoA est importante, car elle initie la lipogenèse. La lipogenèse commence par l'acétyl-CoA et progresse par l'addition subséquente de deux atomes de carbone d'un autre acétyl-CoA ; ce processus est répété jusqu'à ce que les acides gras aient la longueur appropriée. Comme il s'agit d'un processus anabolique de création de liaisons, de l'ATP est consommé. Cependant, la création de triglycérides et de lipides est un moyen efficace de stocker l'énergie disponible dans les glucides. Les triglycérides et les lipides, molécules à haute énergie, sont stockés dans le tissu adipeux jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires.

Bien que la lipogenèse se produise dans le cytoplasme, l'acétyl-CoA nécessaire est créé dans les mitochondries et ne peut pas être transporté à travers la membrane mitochondriale. Pour résoudre ce problème, le pyruvate est converti en oxaloacétate et en acétyl-CoA. Deux enzymes différentes sont nécessaires pour ces conversions. L'oxaloacétate se forme par l'action de la pyruvate carboxylase, tandis que l'action de la pyruvate déshydrogénase crée l'acétyl-CoA. L'oxaloacétate et l'acétyl-CoA se combinent pour former du citrate, qui peut traverser la membrane mitochondriale et entrer dans le cytoplasme. Dans le cytoplasme, le citrate est reconverti en oxaloacétate et en acétyl-CoA. L'oxaloacétate est converti en malate puis en pyruvate. Le pyruvate retraverse la membrane mitochondriale pour attendre le prochain cycle de lipogenèse. L'acétyl-CoA est converti en malonyl-CoA qui est utilisé pour synthétiser les acides gras. La Figure 24.16 résume les voies du métabolisme des lipides.

Figure 24.16 Métabolisme des lipides Les lipides peuvent suivre l'une des plusieurs voies pendant le métabolisme. Le glycérol et les acides gras suivent des voies différentes.