Les acides gras à chaîne droite se présentent sous deux types : saturés et insaturés.
Acides gras saturés à chaîne droiteEdit
Particulièrement comme la β-oxydation, la synthèse des acides gras à chaîne droite se produit via les six réactions récurrentes présentées ci-dessous, jusqu’à ce que l’acide palmitique à 16 carbones soit produit.
Les schémas présentés montrent comment les acides gras sont synthétisés dans les micro-organismes et énumèrent les enzymes présentes chez Escherichia coli. Ces réactions sont réalisées par l’acide gras synthase II (FASII), qui contient en général plusieurs enzymes qui agissent comme un seul complexe. La FASII est présente chez les procaryotes, les plantes, les champignons et les parasites, ainsi que dans les mitochondries.
Chez les animaux, ainsi que chez certains champignons comme la levure, ces mêmes réactions se produisent sur l’acide gras synthase I (FASI), une grande protéine dimérique qui possède toutes les activités enzymatiques nécessaires pour créer un acide gras. FASI est moins efficace que FASII ; cependant, elle permet la formation d’un plus grand nombre de molécules, y compris des acides gras » à chaîne moyenne » via une terminaison de chaîne précoce.
Une fois qu’un acide gras à 16:0 carbone a été formé, il peut subir un certain nombre de modifications, entraînant une désaturation et/ou une élongation. L’élongation, à partir du stéarate (18:0), est réalisée principalement dans le RE par plusieurs enzymes liées à la membrane. Les étapes enzymatiques impliquées dans le processus d’élongation sont principalement les mêmes que celles réalisées par FAS, mais les quatre principales étapes successives de l’élongation sont réalisées par des protéines individuelles, qui peuvent être physiquement associées.
| Étape | Enzyme | Réaction | Description |
|---|---|---|---|
| (a) | Acétyl CoA :ACP transacylase | Activation de l’acétyl CoA pour la réaction avec le malonyl-ACP | (b) | Malonyl CoA :ACP transacylase |
 |
Active le malonyl CoA pour une réaction avec l’acétyl-ACP | (c) | 3-cétoacyl-ACP synthase | Réaction de la chaîne acyle liée à l’ACP avec le malonyl-ACP qui prolonge la chaîne |
| (d) | 3-cétoacyl-ACP réductase | Réduit le carbone 3 cétone en un groupe hydroxyle | |
| (e) | 3-.Hydroxyacyl ACP déshydrase | Elimine l’eau | (f) | Enoyl-ACP réductase | Réduit la double liaison C2-C3. |
| Abréviations : ACP – protéine porteuse d’acyle, CoA – coenzyme A, NADP – Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate. | |||
Notez que lors de la synthèse des graisses, l’agent réducteur est le NADPH, alors que le NAD est l’agent oxydant dans la bêta-oxydation (la décomposition des acides gras en acétyl-CoA). Cette différence illustre un principe général selon lequel le NADPH est consommé au cours des réactions de biosynthèse, tandis que le NADH est généré dans les réactions produisant de l’énergie. (Ainsi, le NADPH est également nécessaire pour la synthèse du cholestérol à partir de l’acétyl-CoA, alors que le NADH est généré au cours de la glycolyse). La source du NADPH est double. Lorsque le malate est décarboxylé par oxydation par « l’enzyme malique liée au NADP+ » pour former du pyruvate, du CO2 et du NADPH sont formés. Le NADPH est également formé par la voie du pentose phosphate qui convertit le glucose en ribose, qui peut être utilisé dans la synthèse des nucléotides et des acides nucléiques, ou être catabolisé en pyruvate.
Conversion des glucides en acides grasModification
Chez l’homme, les acides gras sont formés à partir des glucides principalement dans le foie et le tissu adipeux, ainsi que dans les glandes mammaires pendant la lactation.
Le pyruvate produit par la glycolyse est un intermédiaire important dans la conversion des glucides en acides gras et en cholestérol. Cette transformation se fait via la conversion du pyruvate en acétyl-CoA dans la mitochondrie. Cependant, cet acétyl-CoA doit être transporté dans le cytosol où se produit la synthèse des acides gras et du cholestérol. Cela ne peut se faire directement. Pour obtenir l’acétyl-CoA cytosolique, le citrate (produit par la condensation de l’acétyl-CoA avec l’oxaloacétate) est retiré du cycle de l’acide citrique et transporté à travers la membrane mitochondriale interne vers le cytosol. Là, il est clivé par l’ATP citrate lyase en acétyl-CoA et oxaloacétate. L’oxaloacétate peut être utilisé pour la néoglucogenèse (dans le foie), ou peut être renvoyé dans la mitochondrie sous forme de malate. L’acétyl-CoA cytosolique est carboxylé par l’acétyl CoA carboxylase en malonyl CoA, première étape engagée dans la synthèse des acides gras.
Les animaux ne peuvent pas resynthétiser les glucides à partir des acides grasRévision
Le principal carburant stocké dans le corps des animaux est la graisse. Les réserves de graisse d’un jeune adulte humain se situent en moyenne entre 15 et 20 kg environ, mais varient fortement en fonction de l’âge, du sexe et des dispositions individuelles. En revanche, le corps humain ne stocke qu’environ 400 g de glycogène, dont 300 g sont enfermés dans les muscles squelettiques et ne sont pas disponibles pour le corps dans son ensemble. Les quelque 100 g de glycogène stockés dans le foie sont épuisés en un jour de famine. Par la suite, le glucose qui est libéré dans le sang par le foie pour une utilisation générale par les tissus de l’organisme, doit être synthétisé à partir des acides aminés glucogènes et de quelques autres substrats gluconéogènes, qui n’incluent pas les acides gras.
Les acides gras sont décomposés en acétyl-CoA au moyen d’une oxydation bêta à l’intérieur des mitochondries, tandis que les acides gras sont synthétisés à partir de l’acétyl-CoA à l’extérieur de la mitochondrie, dans le cytosol. Les deux voies sont distinctes, non seulement par l’endroit où elles se produisent, mais aussi par les réactions qui se produisent et les substrats qui sont utilisés. Les deux voies s’inhibent mutuellement, empêchant l’acétyl-CoA produit par la bêta-oxydation d’entrer dans la voie de synthèse via la réaction de l’acétyl-CoA carboxylase. Il ne peut pas non plus être converti en pyruvate car la réaction de décarboxylation du pyruvate est irréversible. Au lieu de cela, il se condense avec l’oxaloacétate, pour entrer dans le cycle de l’acide citrique. À chaque tour du cycle, deux atomes de carbone quittent le cycle sous forme de CO2 dans les réactions de décarboxylation catalysées par l’isocitrate déshydrogénase et l’alpha-cétoglutarate déshydrogénase. Ainsi, chaque tour du cycle de l’acide citrique oxyde une unité d’acétyl-CoA tout en régénérant la molécule d’oxaloacétate avec laquelle l’acétyl-CoA s’était initialement combiné pour former l’acide citrique. Les réactions de décarboxylation se produisent avant la formation du malate dans le cycle. Le malate est la seule substance qui peut être retirée de la mitochondrie pour entrer dans la voie gluconéogène et former du glucose ou du glycogène dans le foie ou tout autre tissu. Il ne peut donc y avoir de conversion nette des acides gras en glucose.
Seules les plantes possèdent les enzymes permettant de convertir l’acétyl-CoA en oxaloacétate à partir duquel le malate peut être formé pour être finalement converti en glucose.
Régulation
L’acétyl-CoA est transformé en malonyl-CoA par l’acétyl-CoA carboxylase, point auquel le malonyl-CoA est destiné à alimenter la voie de synthèse des acides gras. L’acétyl-CoA carboxylase est le point de régulation de la synthèse des acides gras saturés à chaîne droite, et elle est soumise à la fois à la phosphorylation et à la régulation allostérique. La régulation par phosphorylation se produit principalement chez les mammifères, tandis que la régulation allostérique se produit dans la plupart des organismes. La régulation allostérique se produit sous forme de rétro-inhibition par le palmitoyl-CoA et d’activation par le citrate. Lorsque les niveaux de palmitoyl-CoA, le produit final de la synthèse des acides gras saturés, sont élevés, il inactive de manière allostérique l’acétyl-CoA carboxylase pour empêcher l’accumulation d’acides gras dans les cellules. Le citrate agit pour activer l’acétyl-CoA carboxylase sous des taux élevés, car des taux élevés indiquent qu’il y a suffisamment d’acétyl-CoA pour alimenter le cycle de Krebs et conserver l’énergie.
Des taux plasmatiques élevés d’insuline dans le plasma sanguin (par ex. après les repas) provoquent la déphosphorylation de l’acétyl-CoA carboxylase, favorisant ainsi la formation de malonyl-CoA à partir de l’acétyl-CoA, et par conséquent la conversion des glucides en acides gras, tandis que l’épinéphrine et le glucagon (libérés dans le sang pendant la famine et l’exercice) provoquent la phosphorylation de cette enzyme, inhibant la lipogenèse au profit de l’oxydation des acides gras via la bêta-oxydation.
Acides gras insaturés à chaîne droiteEdit
Désaturation anaérobieEdit
De nombreuses bactéries utilisent la voie anaérobie pour synthétiser les acides gras insaturés. Cette voie n’utilise pas l’oxygène et dépend d’enzymes pour insérer la double liaison avant l’élongation en utilisant la machinerie normale de synthèse des acides gras. Chez Escherichia coli, cette voie est bien comprise.
- FabA est un β-hydroxydecanoyl-ACP déshydrase – elle est spécifique de l’intermédiaire de synthèse des acides gras saturés à 10 carbones (β-hydroxydecanoyl-ACP).
- FabA catalyse la déshydratation du β-hydroxydecanoyl-ACP, provoquant la libération d’eau et l’insertion de la double liaison entre C7 et C8 comptant de l’extrémité méthyle. Cela crée l’intermédiaire trans-2-décénoyle.
- Soit l’intermédiaire trans-2-décénoyle peut être shunté vers la voie normale de synthèse des acides gras saturés par FabB, où la double liaison sera hydrolysée et le produit final sera un acide gras saturé, soit FabA catalysera l’isomérisation en intermédiaire cis-3-décénoyle.
- FabB est une β-cétoacyl-ACP synthase qui allonge et canalise les intermédiaires dans la voie principale de synthèse des acides gras. Lorsque FabB réagit avec l’intermédiaire cis-décénoyle, le produit final après élongation sera un acide gras insaturé.
- Les deux principaux acides gras insaturés fabriqués sont le Palmitoleoyl-ACP (16:1ω7) et le cis-vaccenoyl-ACP (18:1ω7).
La plupart des bactéries qui subissent une désaturation anaérobie contiennent des homologues de FabA et FabB. Les Clostridia sont la principale exception ; elles possèdent une nouvelle enzyme, encore à identifier, qui catalyse la formation de la double liaison cis.
Régulation
Cette voie subit une régulation transcriptionnelle par FadR et FabR. FadR est la protéine la plus étudiée et on lui a attribué des caractéristiques bifonctionnelles. Elle agit comme un activateur de la transcription de fabA et fabB et comme un répresseur pour le régulon de la β-oxydation. En revanche, FabR agit comme un répresseur de la transcription de fabA et fabB.
Désaturation aérobieEdit
La désaturation aérobie est la voie la plus répandue pour la synthèse des acides gras insaturés. Elle est utilisée chez tous les eucaryotes et certains procaryotes. Cette voie utilise des désaturases pour synthétiser des acides gras insaturés à partir de substrats d’acides gras saturés complets. Toutes les désaturases ont besoin d’oxygène et consomment finalement du NADH, même si la désaturation est un processus oxydatif. Les désaturases sont spécifiques de la double liaison qu’elles induisent dans le substrat. Chez Bacillus subtilis, la désaturase, Δ5-Des, est spécifique de l’induction d’une double liaison cis en position Δ5. Saccharomyces cerevisiae contient une désaturase, Ole1p, qui induit la liaison cis-double en position Δ9.
Chez les mammifères, la désaturation aérobie est catalysée par un complexe de trois enzymes liées à la membrane (NADH-cytochrome b5 réductase, cytochrome b5 et une désaturase). Ces enzymes permettent à l’oxygène moléculaire, O2, d’interagir avec la chaîne d’acyl-CoA gras saturé, formant une double liaison et deux molécules d’eau, H2O. Deux électrons proviennent de NADH + H+ et deux de la liaison simple de la chaîne d’acides gras. Ces enzymes mammaliennes sont toutefois incapables d’introduire des doubles liaisons sur les atomes de carbone au-delà de C-9 dans la chaîne des acides gras). Les mammifères ne peuvent donc pas synthétiser le linoléate ou le linolénate (qui ont des doubles liaisons en position C-12 (= Δ12), ou C-12 et C-15 (= Δ12 et Δ15), respectivement, ainsi qu’en position Δ9), ni l’acide arachidonique polyinsaturé à 20 atomes de carbone qui est dérivé du linoléate. Ces acides gras sont tous qualifiés d’essentiels, ce qui signifie qu’ils sont nécessaires à l’organisme, mais ne peuvent être fournis que par l’alimentation. (L’acide arachidonique est le précurseur des prostaglandines qui remplissent une grande variété de fonctions en tant qu’hormones locales.)
Acides gras à chaîne impaireEdit
Les acides gras à chaîne impaire (AGCO) sont les acides gras qui contiennent un nombre impair d’atomes de carbone. Les OCFA les plus courants sont les dérivés saturés en C15 et C17, respectivement l’acide pentadécanoïque et l’acide heptadécanoïque. La synthèse des acides gras à chaîne paire se fait par assemblage des précurseurs de l’acétyl-CoA, cependant, le propionyl-CoA au lieu de l’acétyl-CoA est utilisé comme amorce pour la biosynthèse des acides gras à longue chaîne avec un nombre impair d’atomes de carbone.
RégulationDans B. subtilis, cette voie est régulée par un système à deux composants : DesK et DesR. DesK est une kinase associée à la membrane et DesR est un régulateur transcriptionnel du gène des. La régulation répond à la température ; lorsqu’il y a une baisse de température, ce gène est régulé à la hausse. Les acides gras insaturés augmentent la fluidité de la membrane et la stabilisent à basse température. DesK est la protéine senseur qui, lorsqu’il y a une baisse de température, va s’autophosphoryler. DesK-P va transférer son groupe phosphoryle à DesR. Deux protéines DesR-P vont se dimériser et se lier aux promoteurs ADN du gène des et recruter l’ARN polymérase pour commencer la transcription.
Pseudomonas aeruginosa
En général, la synthèse anaérobie et aérobie des acides gras insaturés ne se produira pas dans le même système, cependant Pseudomonas aeruginosa et Vibrio ABE-1 sont des exceptions.Alors que P. aeruginosa subit principalement une désaturation anaérobie, il subit également deux voies aérobies. Une voie utilise une Δ9-désaturase (DesA) qui catalyse la formation d’une double liaison dans les lipides membranaires. Une autre voie utilise deux protéines, DesC et DesB, qui agissent ensemble comme une Δ9-désaturase, qui insère une double liaison dans une molécule d’acide gras saturé-CoA. Cette deuxième voie est régulée par la protéine répresseur DesT. DesT est également un répresseur de l’expression de fabAB pour la désaturation anaérobie en présence d’acides gras insaturés exogènes. Ceci fonctionne pour coordonner l’expression des deux voies au sein de l’organisme.