Fiche explicative de la leçon: Lipides Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la structure, la synthèse et les propriétés des lipides.

Saviez-vous que votre cerveau est composé de plus de de graisse ? Les lipides, communément appelés « graisses » ou « huiles », représentent une partie importante de notre alimentation et jouent également plusieurs rôles essentiels dans les cellules des organismes vivants. Les lipides sont particulièrement importants en tant que composants principaux de la membrane cellulaire. Les couches de membrane spéciales enroulées autour de nos cellules cérébrales sont ce qui leur permet de communiquer si rapidement. Les lipides agissent également dans le stockage d’énergie en formant des revêtements étanches, et ils aident à isoler et à protéger nos organes.

Les lipides sont semblables aux glucides car ils sont principalement composés d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène reliés ensemble, mais les lipides ont des propriétés très différentes. Les lipides sont insolubles dans l’eau mais solubles dans les solvants organiques tels que les alcools. Les lipides possèdent également relativement plus de carbone et d’hydrogène et moins d’oxygène que les glucides. L’huile, un lipide commun, est versée dans de l’eau sur la photo ci-dessous. Les deux substances restent bien distinctes.

Nous commencerons par examiner l’un des types les plus simples de lipides, l’acide gras. Un acide gras est une molécule composée d’un groupe carboxyle attaché à une longue chaîne d’atomes de carbone liés à des atomes d’hydrogène. C’est ce qu’on appelle une « chaîne hydrocarbonée », et c’est une caractéristique que tous les lipides partagent. La chaîne hydrocarbonée est aussi ce qui confère aux lipides leur propriété non polaire et les rend insolubles dans l’eau. La structure basique d’un acide gras est illustrée dans la figure 2.

Chaque atome de carbone est capable de créer 4 liaisons chimiques. Dans la chaîne hydrocarbonée, chaque atome de carbone se lie à deux autres atomes de carbone et deux atomes d’hydrogène, ce qui fait un total de 4 liaisons chimiques. L’exception étant l’atome de carbone en bout de chaîne, qui ne se lie qu’avec trois atomes d’hydrogène et un autre carbone. Lorsque chaque atome de carbone de la chaîne hydrocarbonée est lié au plus grand nombre possible d'atomes d'hydrogène, la molécule est dite « saturée » car toutes les places libres possibles dans la chaîne hydrocarbonée sont occupées par un atome d'hydrogène. Un acide gras saturé est illustré dans la figure 3.

Parfois, deux atomes de carbone dans la chaîne hydrocarbonée forme une double liaison. Cela signifie que chacun d’eux se lie avec un atome d’hydrogène en moins, dans la plupart des cas, ils en ont un au lieu de deux. Lorsqu’une chaîne hydrocarbonée possède un nombre d’atomes hydrogène inférieur au nombre maximal, la molécule est appelée « insaturée ». Le schéma d’un acide gras insaturé est présenté à la figure 3.

La liaison entre les atomes de carbone et les atomes d’hydrogène est considérée comme une liaison à « haute énergie ». Les molécules, telles que le glucose, qui possèdent plusieurs de ces liaisons carbone-hydrogène servent de substrats pour la respiration cellulaire, où cette énergie est transférée à des molécules d'ATP pour être utilisée dans les processus cellulaires. C’est pour cela que les acides gras sont particulièrement adaptés pour être utilisés comme source d’énergie dans les cellules.

Vous pouvez voir sur la figure 3 que les acides gras saturés ont une forme droite et que les acides gras insaturés sont coudés. Les molécules droites d'acides gras saturés se rapprochent naturellement les unes des autres. Pour cette raison, les graisses saturées sont généralement des solides à température ambiante (p. ex., le beurre). En revanche, les chaînes coudées d’acides gras insaturés créent plus d’espace entre les molécules, ce sont donc des liquides à température ambiante (p. ex., l’huile d’olive). Les acides gras sont des éléments constitutifs de lipides plus complexes tels que les phospholipides et les triglycérides. Un schéma simplifié comparant la structure chimique des graisses courantes saturées et insaturées est illustré dans la figure 4.

Les triglycérides sont composés de trois chaînes d’acides gras (« tri- » signifie « trois ») et d’une molécule de glycérol. Les réactions de condensation, également appelées synthèse par déshydratation, unissent le groupe carboxyle de chaque acide gras aux trois groupes hydroxyle de la molécule de glycérol, et trois molécules d'eau sont libérées au cours du processus. La liaison qui se forme entre le glycérol et les acides gras est appelée une liaison ester. Un schéma illustrant la formation d’un triglycéride est illustré à la figure 5.

Les triglycérides peuvent ensuite être séparés dans la réaction opposée, appelée l’hydrolyse. La réaction d’hydrolyse consomme une molécule d’eau pour chaque liaison ester brisée. Après l’hydrolyse, le glycérol et les acides gras séparés peuvent être utilisés pour la respiration cellulaire, tout comme le glucose. C’est pour cela que les triglycérides représentent un moyen très efficace pour nos cellules de stocker de l’énergie. Un schéma illustrant l’hydrolyse d’un triglycéride est présenté dans la figure 6.

Les phospholipides sont similaires aux triglycérides, à une différence majeure près : l'une des chaînes d'acides gras d'un triglycéride est remplacée par un groupe phosphate. Cette différence de structure confère aux phospholipides des propriétés uniques. Un schéma illustrant la structure générale d’un phospholipide est présenté à la figure 7.

Les chaînes d’acides gras sont extrêmement hydrophobes, ce qui signifie qu’elles repoussent l’eau. Le groupe phosphate est hydrophile, ce qui signifie qu’il est attiré par l’eau. Ainsi, lorsque vous placez des phospholipides dans une solution aqueuse, les têtes hydrophiles pointent vers l'eau alors que les queues hydrophobes se tournent vers l'intérieur, évitant l'eau. Les phospholipides forment alors spontanément une membrane bicouche, de manière totalement autonome. C’est cette propriété qui rend les phospholipides parfaitement adaptés pour constituer les membranes des cellules et des organites. Une illustration d’une bicouche de phospholipides est représentée dans la figure 8.

Exemple 2: Décrire les propriétés des parties d’un phospholipide

Voici un schéma élémentaire de la structure d’un phospholipide.

1. Quelle partie est hydrophobe ? 
2. Quelle partie est hydrophile ? 

Réponse

Partie 1

Un phospholipide est un type de composé lipidique constitué d'un groupe phosphate, d'une molécule de glycérol et de deux chaînes d'acides gras. Les acides gras sont des molécules constituées d’un groupe carboxyle attaché à une longue chaîne hydrocarbonée. Les chaînes hydrocarbonées sont non polaires, leurs électrons et protons sont uniformément distribués, et la molécule ne porte pas de charge. Cela rend les chaînes hydrocarbonées hydrophobes. Elles sont repoussées par l’eau et attirées les unes aux autres.

D’après cette information, nous pouvons déduire que la partie qui est hydrophobe est X.

Partie 2

En revanche, un groupe phosphate est une molécule polaire chargée. Il est attiré par l’eau, il est donc considéré comme hydrophile. Pour cette raison, on dit que la molécule phospholipide a une « tête » hydrophile et des « queues » hydrophobes.

Donc la partie qui est hydrophile est Y.

Le dernier lipide qu’il est important de mentionner est le cholestérol. Le cholestérol est un type de stéroïde. Les stéroïdes sont des molécules présentant une disposition particulière des atomes de carbone en cycles. Le cholestérol est ce que nous appelons un « dérivé de lipide », car le cholestérol n'est pas constitué d’une combinaison d'acides gras et d'autres molécules, mais plutôt d'acides gras qui ont été transformés par certaines réactions. Le cholestérol est essentiel aux cellules animales car il confère à la membrane cellulaire sa solidité et sa structure. Un schéma de la structure chimique d’une molécule de cholestérol est illustré dans la figure 9.

Les lipides peuvent être classés en fonction de leur composition chimique ou de leur structure. Les trois catégories courantes de lipides sont les lipides simples, les lipides complexes et les dérivés de lipide. Nous savons déjà que les dérivés de lipide sont des lipides qui ne sont pas constitués d’une combinaison d'acides gras et d'autres molécules, comme le cholestérol.

Les lipides complexes sont des lipides qui se séparent en lipides et en molécules non lipidiques lorsqu’ils sont hydrolysés. Un exemple d’un lipide composé est un phospholipide.

Les lipides simples sont les lipides qui se forment lorsque les acides gras réagissent avec les alcools. Des exemples de lipides simples comprennent les graisses solides, les graisses liquides (ou les huiles) et les cires. Un exemple d’huile (une graisse liquide) est celle qui recouvre les plumes des oiseaux aquatiques pour empêcher l'eau d'atteindre leur peau. Elle évite également que les plumes se regorgent d’eau et s’alourdissent, ce qui empêcherait l’oiseau de voler ! Une cire est une molécule composée d’un alcool à longue chaîne lié à un acide gras. Les cires sont présentes dans la nature sous forme de revêtement à la surface des feuilles, également appelé cuticule. La cuticule empêche la feuille de perdre des quantités excessives d’eau. Le tableau 1 résume ces classifications, avec quelques exemples.

Le tableau 2 résume les structures et les fonctions des 4 types de lipides. Les lipides sont plus facilement identifiés par leurs chaînes hydrocarbonées et leur nature non polaire. Différents types de lipides ont des propriétés différentes adaptées à différentes fonctions, allant du transfert d’énergie à la structure cellulaire.

Passons en revue ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.