Métabolisme des lipides chez les levures

Métabolisme des lipides chez les levures

Les lipides 

Généralités
Les lipides constituent la matière grasse des êtres vivants et constituent la troisième grande classe de nutriments, après les glucides et les protéines. Ce sont des molécules organiques hydrophobes ou amphiphiles insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques apolaires comme le benzène, le chloroforme et l‟éther. Les lipides sont principalement constitués de carbone, d‟hydrogène et d‟oxygène et ont une densité inférieure à celle de l’eau. Les lipides représentent environ 20% du poids du corps humain et sont une réserve énergétique mobilisable stockée dans le tissu adipeux. Ils jouent également un rôle de précurseurs pour la synthèse des stéroïdes, des vitamines, des prostaglandines et assurent un rôle structurel car ils sont des constituants essentiels des membranes cellulaires. Les lipides peuvent se présenter à l’état solide dans les composés tels que la cire, ou à l‟état liquide, comme dans les huiles.

Classification des lipides 

Les lipides des organismes vivants sont divisés en deux classes. La classe des lipides simples auxquelles appartiennent des molécules comme les glycérides et les stérides (cholestérol) et une classe de lipides complexes regroupant les glycérophospholipides qui sont les constituants essentiels des membranes biologiques. Par leur imperméabilité dans les membranes ils permettent de former les barrières entre les différents compartiments des cellules.

Les lipides simples

Les acides gras
Un acide gras est un acide carboxylique à chaine aliphatique (Figure 1). Il est le constituant naturellement retrouvé dans les lipides tels que les huiles et les graisses animales et végétales, ou les cires sous forme estérifiée. Les acides gras sont des monoacides, linéaires, à nombre pair de carbone, car la biosynthèse des acides gras implique l’acétyl-coenzyme A qui permet l‟ajout de deux atomes de carbone à chaque étape de la synthèse des acides gras. On retrouve généralement dans les acides gras naturels une chaîne carbonée de 4 à 28 atomes de carbone. Les acides gras se caractérisent par la longueur de la chaine aliphatique, le degré d‟insaturation. Ils sont dit acides gras saturés [acide butyrique (4C); acide palmitique (16C); acide stéarique (18C)], quand il n‟y a pas de double liaison et insaturés lorsqu‟il y a au moins une double liaison dans la chaine carbonée. Les acides gras sont également caractérisés par le nombre, la localisation et la conformation (cis/trans) de la double liaison. Dans les acides gras insaturés, la position de la première double liaison peut s’exprimer soit en partant du carboxyle (1er carbone); le symbole est ∆, soit en partant du méthyle (dernier carbone); le symbole est oméga (ω). En médecine clinique et en biologie, la désignation des acides gras insaturés la plus courante est celle qui fait appel au symbole oméga (ω). Ainsi nous avons comme exemple de cette catégorie l‟acide oléique (C18:1ω9), l‟acide linoléique (C18 :2 ω6) et l‟acide α-linolénique (C18:3 ω3). Lorsque le symbole ∆ est utilisé nous avons l‟acide oléique qui est symbolisé par C18:1 ∆9 (avec la double liaison en position 9 à partir du groupement carboxyle), l‟acide linoléique par C18:2∆9,12 et l‟acide α-linolénique par C18:2∆9,12,15 . La solubilité des acides gras dépend du nombre de carbone par exemple l’acide butyrique qui a 4 carbones est soluble dans l’eau, puis cette solubilité des acides gras baisse progressivement lorsque le nombre de carbone augmente et ils deviennent insolubles à partir de C10. En ce qui concerne le point de fusion il est aussi fonction du nombre de carbone et de double liaison.

Les glycérides ou acyle glycérols
Les glycérides sont des esters d‟acide gras et de glycérol (Figure 2). Ils constituent une classe composée de monoglycérides (MAG), de diglycérides (DAG) et de triglycérides (TAG). Parmi ces catégories de lipides, les triglycérides également appelés triacylglycérols sont les plus abondants dans les cellules eucaryotes (Daum et al., 2006) et ont été les plus étudiés. Ce sont des glycérides dans lesquels les trois groupements hydroxyles du glycérol sont estérifiés par des acides gras. Les triacylglycérols représentent les lipides naturels les plus nombreux, présents dans le tissu adipeux (graisses de réserve) et dans de nombreuses huiles végétales et graisses animales. Ils représentent une réserve énergétique importante chez l’homme. Ils sont solubles dans l’acétone ce qui les différencie des phospholipides (ils sont très apolaires).

Les stérides (stérols et dérivés)

Les stérols sont des lipides essentiels et spécifiques des cellules eucaryotes (Wagner et Daum, 2005) et sont bien représentés chez les animaux. Ils existent sous forme libre et sous forme estérifiée. Ils constituent une famille de lipides dérivés du noyau stérol dont le plus connu est le cholestérol. Les stérols constituent des tampons de fluidité, et de même que certains acides faibles constituent des tampons de pH, ils permettent de conserver une fluidité à peu près constante dans une gamme de température plus large. Chez les animaux, les stérols sont à la base de toute une famille d’hormones, les hormones stéroïdes. Les stérols libres sont des molécules amphiphiles qui sont incorporés dans les membranes, en revanche les esters de stérols sont des composés fortement hydrophobes et forment avec les triglycérides le noyau des particules lipidiques. Le principal stérol de la levure est l’ergostérol, qui se distingue du cholestérol chez les mammifères par une double liaison en position C7 et C22 et la présence d‟un groupement méthyle sur le carbone C24 (Figure 3).

Les lipides complexes

Les glycérophospholipides 

Les lipides complexes sont des lipides simples liés à des molécules de sucre, d’acides aminés ou des radicaux contenant du phosphore ou du soufre. Les phospholipides ont une partie hydrophobe constituée par deux chaînes d’acides gras et une partie hydrophile, représentée par le groupement phosphate, qui peut être liée à une autre molécule telle que la choline. L‟élément de base des glycérophospholipides est l‟acide phosphatidique, formé d‟un noyau glycérol, de deux acides gras et d‟un groupement phosphate (H3PO4). Les carbones C1 et C2 du noyau de glycérol portent les acides gras et le carbone C3 porte le groupement phosphate (Figure 4). L‟acide phosphatidique combiné à des composés comme la sérine, l‟éthanolamine, la choline et l‟inositol permet d‟aboutir à un glycérophospholipide. La plupart des enzymes impliquées dans la biosynthèse des phospholipides cellulaires sont associées aux membranes. Dans les cellules de mammifères, la majorité des phospholipides est synthétisée dans le réticulum endoplasmique (Dennis et al., 1972). Néanmoins les phospholipides requis dans les fonctions mitochondriales telles que la cardiolipine et son précurseur le phosphatidylglycérol ainsi que la phosphatidyléthanolamine, elle-même issue de décarboxylation de la phosphatidylsérine, sont synthétisés dans les membranes mitochondriales (Daum et al., 1985). Plusieurs enzymes sont impliquées dans la dégradation des phospholipides. La phospholipase D coupe la liaison entre la choline et le phosphate, la phospholipase C a pour rôle l‟hydrolyse de la liaison entre le phosphate et le carbone C3 du noyau de glycérol et les phospholipases A1 (PLA1) et A2 (PLA2) sont chargées de libérer des acides gras respectivement de carbonee C1 et C2 du noyau de glycérol (Figure 4).

La phosphatidylcholine (PC) plus connue sous le nom de lécithine, est le phospholipide le plus abondant dans les membranes des eucaryotes. En dehors du fait qu‟il joue un rôle de composant membranaire, il intervient dans la transduction du signal comme précurseur des lipides impliquant un acide phosphatidique (PA) et un DAG (Exton, 1998; Rudge et al., 2001). Une perturbation du métabolisme de la PC a été trouvée dans de nombreux cas pathologiques tels que la maladie d‟Alzheimer (Nitsch et al., 1992), et dans l’apoptose (Cui et al., 2002) montrant l‟importance de cette molécule chez les eucaryotes. Pour l‟étude des fonctions spécifiques de la phosphatidylcholine, Saccharomyces cerevisiae constitue un organisme modèle car environ 50% des phospholipides chez cette levure sont de la phosphatidylcholine (Daum et al., 1999). Comme chez les mammifères il existe deux voies de biosynthèse de la phosphatidylcholine. La voie la plus importante correspond à la triple méthylation de la phosphatidyléthanolamine (PE), qui est également un phospholipide, par les enzymes Cho2 et Opi3 (Carman et al., 1996). La deuxième voie implique le transfert d‟une phosphocholine de la CDP-choline (forme activée de la choline) sous l‟action d‟une diglycéride phosphocholine transférase (voie de Kennedy) à partir d‟un diglycéride membranaire (Kent, 1995; McMaster et al., 1994). La phosphatidylsérine (PS) peut être considérée à la fois comme un produit fini et un intermédiaire de biosynthèse car elle est retrouvée dans les membranes des cellules eucaryotes, et constitue un précurseur de la phosphatidyléthanolamine. Néanmoins son rôle dans la membrane est moins important que son rôle d‟intermédiaire de biosynthèse parce que les cellules incapables de faire la synthèse de la PS peuvent croitre en présence d’éthanolamine (Voelker et Frazier, 1986), de P-éthanolamine (Kuge et al., 1986), chez les autres eucaryotes et de choline chez la levure (Atkinson et al., 1980; Nikawa et al., 1981). La PS est synthétisée par le transfert d‟un phosphate à partir du CDP (cytidine diphosphoglycérol) diacylglycérol chez la levure ou à partir de la phosphatidyle-éthanolamine ou d’un phosphatidylcholine chez les mammifères. La phosphatidyle-éthanolamine chez les eucaryotes, peut provenir soit de décarboxylation de la phosphatidyle-sérine soit à travers l‟incorporation d‟une éthanolamine via la voie de la CDP-éthanolamine (voie de kennedy). Le phosphatidyle-inositol (PI) a été l‟objet de nombreuses études car il joue un rôle important dans la transduction du signal. La phosphatidyle-inositol-4,5-bisphosphate (PI-4,5-P2) constitue un substrat pour la phospholipase C qui est activée en réponse à une large variété de stimuli hormonaux.

Table des matières

INTRODUCTION
A. Métabolisme des lipides chez les levures
A.1. Les lipides
A.1.1. Généralités
A.1.2. Classification des lipides
A.1.2.1. Les lipides simples
A.1.2.2. Les lipides complexes
A.2. Synthèse et stockage des lipides neutres chez les levures
A.2.1. Généralités
A.2.2. Voie de Kennedy
A.2.3. Voie de l‟accumulation des lipides neutres
A.2.3.1. Les enzymes de la voie d‟accumulation des lipides neutres
A.2.3.2. Les différentes étapes de la formation des triglycérides
A.2.3.3. La synthèse des esters de stérols
A.2.3.4. Mécanisme de formation des corps lipidiques
A.3. Mobilisation et dégradation des lipides
A.3.1. Mobilisation des triglycérides
A.3.2. La dégradation des esters de stérols
A.3.3. Mécanisme de β-oxydation
B. Cycles de Krebs et du glyoxylate chez les levures
B.1. Le cycle du TCA
B.1.1. Définition du cycle Krebs et son rôle
B.1.2. Les différentes étapes et les enzymes du cycle de Krebs
B.2. Le cycle du glyoxylate
B.2.1. Définition et rôle du cycle
B.2.2. Les différentes étapes et les enzymes du cycle du glyoxylate
B.2.2.1. L‟isocitrate lyase
B.2.2.2. La malate synthase
B.2.2.3. La malate déshydrogénase
B.2.2.4. La citrate synthase
B.3. Interconnexion entre les cycles de Krebs et du glyoxylate
C. Les isoenzymes malate déshydrogénase
C.1. La malate déshydrogénase mitochondriale
C.2. La malate déshydrogénase cytoplasmique
C.3. La malate déshydrogénase peroxysomale
C.4. Les enzymes malate déshydrogénase chez la levure Yarrowia lipolytica
D. Yarrowia lipolytica
D.1. Taxonomie
D.2. Physiologie de la levure
D.3. Génomique de la levure
D.4. Etude génétique de la levure
D.4.1. Les différentes souches de Yarrowia lipolytica
D.4.2. Les outils génétiques
E. Compartimentation et signaux d’adressage chez Yarrowia lipolytica
E.1. Signaux d‟adressage aux peroxysomes
E.2. Signaux d‟adressage à la mitochondrie
E.3. Les signaux d‟adressage au cytoplasme
CONCLUSION

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