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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 60% 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.

Mot clé: Lipide

Les lipides sont des macromolécules caractérisées par des chaînes hydrocarbonées. Les lipides sont insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques.

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.

Huile versée dans de l'eau
Figure 1

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.

Mots clés: Acide gras

Un acide gras est un type de lipide constitué d’un groupe carboxyle attaché à une chaîne hydrocarbonée. Les acides gras peuvent être saturés ou insaturés.

Mots clés: Chaîne hydrocarbonée

Une chaîne hydrocarbonée est une chaîne d'atomes de carbone liés par des liaisons simples ou doubles. Les espaces libres sont remplis par des atomes d’hydrogène.

Mots clés: Molécule non polaire

Une molécule non polaire possède un agencement égal d’électrons et de protons, de sorte qu’aucune partie de la molécule ne possède de charge. Les molécules non polaires sont hydrophobes.

Figure 2 : Schéma montrant la structure simplifiée d’un acide gras. Un acide gras est un groupe carboxyle attaché à une chaîne hydrocarbonée.

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.

Mot clé: Saturé

On dit d'une chaîne hydrocarbonée qu'elle est saturée lorsque tous les atomes de carbone sont liés par des liaisons simples et que la molécule possède le nombre maximal d'atomes d'hydrogène.

Figure 3 : La structure chimique d'un acide gras saturé et insaturé. La double liaison dans l'acide gras insaturé change la forme de la chaîne hydrocarbonée.

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.

Mot clé: Insaturé

On désigne une chaîne hydrocarbonée comme insaturée lorsqu’un ou plusieurs atomes de carbone partagent une double liaison.

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.

Figure 4 : Schéma simplifié pour montrer comment les graisses saturées (représentées ici par des lignes droites) peuvent être plus proches les unes des autres que les graisses insaturées (représentées ici par des lignes coudées).

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.

Mot clé: Triglycéride

Un triglycéride est un type de lipide composé d’une molécule de glycérol liée à trois chaînes d’acides gras. Les triglycérides sont des molécules importantes au stockage d’énergie.

Définition: Réaction de condensation (Synthèse par déshydratation)

Une réaction de condensation est une réaction chimique dans laquelle une liaison chimique est formée, provoquant la libération d’une molécule d’eau.

Définition: Liaison ester

Une liaison ester se forme entre un groupe carboxyle d’un acide (p. ex., un acide gras) et un groupe hydroxyle d’un alcool (p. ex., le glycérol) à la suite d’une réaction de condensation.

Figure 5 : Les triglycérides sont produits par des réactions de condensation entre un glycérol et trois acides gras. Les liaisons qui se forment sont appelées “liaisons esters”.

Exemple 1: Rappeler le type de réaction qui forme un triglycéride

Quel type de réaction forme un triglycéride à partir d’une molécule de glycérol et de trois acides gras?

Réponse

Un triglycéride est un type de lipide utilisé pour le stockage d’énergie. Comme indiqué dans la question, les triglycérides sont composés d’une molécule de glycérol liée à trois chaînes d’acides gras. Les triglycérides servent au stockage de l'énergie car le glycérol et les acides gras peuvent être à nouveau séparés et les molécules séparées peuvent être utilisées comme substrats dans la respiration cellulaire. Pour qu’un acide gras s’attache à une molécule de glycérol, le groupe hydroxyle (OH) sur l’extrémité carboxyle de l’acide gras et l’un des trois groupes hydroxyle sur la molécule de glycérol se réarrangent pour que les deux molécules partagent une liaison avec un atome d’oxygène. Cela libère deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, qui se lient pour former une molécule d’eau. Cette réaction chimique est appelée réaction de « condensation » car de l’eau est libérée au cours du processus.

Par conséquent, d’après cette information, nous savons que le type de réaction qui forme un triglycéride est une réaction de condensation.

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.

Définition: Hydrolyse

L’hydrolyse est une réaction qui rompt une liaison chimique entre les molécules par l’addition d’une molécule d’eau.

Figure 6 : Les lipides peuvent être décomposés en leurs composants par des réactions d’hydrolyse qui consomment une molécule d'eau pour briser une liaison chimique.

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.

Mot clé: Phospholipide

Un phospholipide est un type de lipide constitué d’une molécule de glycérol attachée à deux acides gras et un groupe phosphate. Les phospholipides sont les principaux composants des membranes cellulaires.

Figure 7 : Un phospholipide est constitué d’une molécule de glycérol, un groupe phosphate, et deux chaînes d’acide gras.

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.

Mot clé: Hydrophobe

Hydrophobe est un mot qui signifie « craindre l’eau ». Il est utilisé pour décrire les molécules non polaires qui sont repoussées par l’eau mais attirées les unes par les autres.

Mot clé: Hydrophile

Hydrophile est un mot qui signifie « attirer par l’eau ». Il est utilisé pour décrire des molécules chargées ou polaires qui sont attirées par ou solubles dans l’eau.

Figure 8 : Les phospholipides forment spontanément une bicouche en solution aqueuse, c'est pourquoi ils sont les principaux composants des membranes cellulaires.

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.

Mot clé: Cholestérol

Le cholestérol est un exemple d’un type de lipide appelé stéroïde. Le cholestérol est indispensable au renforcement de la membrane cellulaire des cellules animales.

Figure 9 : Structure chimique d'une molécule de cholestérol. Le cholestérol est un dérivé de lipide appelé “stéroïde”.

Exemple 3: Évaluer des énoncés sur les fonctions des lipides dans les cellules végétales et les cellules animales

Indiquez si les affirmations suivantes sur les lipides sont vraies ou fausses.

  1. Les fonctions des lipides dans les cellules animales comprennent le fait d'être un composant majeur de la membrane cellulaire et d'être utilisé comme substrat de la respiration.
  2. Les fonctions des lipides dans les cellules végétales comprennent leur décomposition pour fournir de l'énergie lors de la photosynthèse et leur rôle de composant majeur de la paroi cellulaire.
  3. Les lipides sont insolubles dans l’eau.

Réponse

Partie 1

Les acides gras, les triglycérides, les phospholipides et le cholestérol peuvent tous se trouver dans les cellules animales. Les acides gras sont de simples chaînes hydrocarbonées avec un groupe carboxyle à une extrémité. Ils fonctionnent comme une source d’énergie car ils peuvent être utilisés comme un substrat pour la respiration cellulaire. Les triglycérides sont composés de trois acides gras (« Tri- » signifie « trois ») liés à une molécule de glycérol. L’une des fonctions des triglycérides est le stockage d’énergie, car ils peuvent être décomposés par hydrolyse, et les molécules plus petites obtenues peuvent être utilisées comme substrats pour la respiration cellulaire. Les phospholipides sont composés d’un groupe phosphate, d’une molécule de glycérol et de deux chaînes d’acides gras. Les phospholipides ont une « tête » hydrophile où se trouve le groupe phosphate, et des « queues » hydrocarbonés hydrophobes. Ces propriétés font que les phospholipides forment spontanément ce que nous appelons une « bicouche de phospholipides » lorsqu’ils sont placés dans une solution aqueuse. Cette bicouche de phospholipides est un composant majeur des membranes cellulaires.

Comme les phospholipides sont des composants majeurs de la membrane cellulaire et que les acides gras sont utilisés comme substrat de la respiration, nous pouvons conclure que cette affirmation est vraie.

Partie 2

Les lipides présents dans les cellules végétales comprennent les triglycérides, les phospholipides et les acides gras, mais pas le cholestérol. Dans les cellules végétales, les lipides agissent comme des substrats de la respiration, stockent également de l’énergie et sont des composants majeurs de la membrane cellulaire. Le cholestérol, qui fournit une structure aux cellules animales, ne se trouve pas dans les cellules végétales car celles-ci ont une paroi cellulaire composée plutôt de cellulose, un glucide rigide qui fournit un support et une structure.

Par conséquent, cette affirmation est fausse.

Partie 3

Les lipides sont un groupe de macromolécules biologiques qui ont certaines caractéristiques en commun. Les lipides sont principalement constitués d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Les lipides possèdent tous des chaînes d’atomes hydrogène et carbone liés ensemble, appelées « chaîne hydrocarbonée ». Les lipides sont des molécules non polaires, ce qui signifie qu’ils ne possèdent pas de charge électrique et qu’ils ne sont pas solubles dans l’eau, mais ils sont solubles dans les solvants organiques comme l’alcool.

Ainsi, nous pouvons conclure que cette affirmation est vraie.

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.

Tableau 1: Classification des lipides en fonction de leur structure chimique.

Lipides simplesLipides complexesDérivés de lipide
Un lipide simple se forme quand des acides gras réagissent avec des alcools (p. ex., triglycérides).Les lipides complexes donnent des lipides et des non lipides lorsqu'ils sont hydrolysés (p. ex., phospholipides).Les dérivés de lipides sont des produits issus de l’hydrolyse de lipides simples et complexes, ainsi que des molécules fabriquées à partir de ces produits, qui ont les propriétés des lipides (p. ex., acides gras et cholestérol).

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.

Tableau 2: Résumé des structures et des fonctions de quatre types courants de lipides.

Acide grasTriglycéridePhospholipidesCholestérol
StructureUn groupe carboxyle + une chaîne hydrocarbonée3 acides gras + un glycérolGlycérol + Phosphate + 2 acides grasCycles stéroïdiens + chaîne hydrocarbonée
FonctionSubstrat de la respiration cellulaireStockage d’énergiePrincipal composant des membranes cellulairesRenforcement de la membrane cellulaire

Exemple 4: Identifier les lipides à partir d’une liste de différentes molécules biologiques

Des exemples de molécules biologiques sont donnés:

  1. les triglycérides;
  2. les acides nucléiques;
  3. les phospholipides;
  4. le cholestérol;
  5. la cellulose.

Quelles molécules parmi les exemples donnés sont classées comme des lipides?

Réponse

Les lipides sont des macromolécules biologiques qui possèdent des chaînes hydrocarbonées et qui ne sont pas solubles dans l’eau. Ils agissent dans les cellules comme des substrats de la respiration cellulaire, des molécules de stockage d’énergie et des composants de la membrane cellulaire. Un acide gras est un type de lipide qui est un substrat pour la respiration cellulaire. Il est constitué d’une chaîne hydrocarbonée attachée à un groupe carboxyle. Un type de lipide qui joue un rôle dans le stockage d’énergie est un triglycéride. Les triglycérides peuvent être décomposés pour libérer des acides gras qui sont utilisés pour générer de l’énergie cellulaire. Les lipides que vous pouvez trouver dans la membrane cellulaire sont les phospholipides et le cholestérol. Les phospholipides forment la majeure partie de la membrane cellulaire appelée « bicouche phospholipidique ». Le cholestérol est également présent dans la membrane cellulaire des cellules animales, où il contribue au renforcement et à la structure des cellules. En revanche, l’une des fonctions des acides nucléiques est le stockage d’informations, et ils sont faits de nucléotides, et non de chaînes hydrocarbonées. De plus, la cellulose est un type de glucide qui renforce les parois cellulaires des cellules végétales. Ce n’est pas un lipide.

Ainsi, les molécules de la liste qui sont classées comme des lipides sont I, III et IV.

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

Points clés

  • Les lipides ne sont pas solubles dans l’eau et possèdent des chaînes hydrocarbonées.
  • Les chaînes hydrocarbonées peuvent être saturées ou insaturées, selon la présence de doubles liaisons entre les atomes de carbone.
  • Les fonctions des lipides comprennent le transfert et le stockage de l'énergie, et sont des composants de la membrane cellulaire.
  • Les types de lipides les plus courants sont les acides gras, les triglycérides, les phospholipides et le cholestérol.
  • Les lipides peuvent être classés comme simples, complexes ou dérivés en fonction de leur structure chimique.

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