Un article informatif sur les graisses et les enzymes.
Graisses et composés similaires aux graisses
Selon leur origine naturelle, on distingue les graisses animales et végétales :
Tierische Fette sind zum Beispiel Schweineschmalz, Sahne und Butterfett. Außerdem enthalten alle Fleisch- und Wurstwaren etwa 5–45 % „verstecktes“ Fett. Pflanzliche Fette sind etwa Olivenöl, Sonnenblumenöl, Kokosfett und Weizenkeimöl. Bei Raumtemperatur liegen Fette flüssig oder fest vor; die flüssigen Fette nennt man (Speise-)Öle.
Graisses neutres (triglycérides)
Le plus grand groupe de graisses naturelles est constitué de mélanges de triglycérides, également appelés graisses neutres.
Tri = 3 ; chaque triglycéride est constitué d'une molécule de glycérol et de trois molécules d'acides gras.
Der menschliche Körper speichert Fett als Triglyzeride im Zytoplasma der Fettzellen. Der biologische Zweck dieser Speicherform ist eine große Energiereserve für „schlechte Zeiten“ bereitzuhalten: Fette liefern mehr als doppelt so viel Energie wie Kohlenhydrate (9,3 kcal pro Gramm statt 4,1 kcal).
Ein 70 kg schwerer Mensch mit 11 kg Fettreserven besitzt so etwa 100 000 kcal (!) in Form von Triglyzeriden.
De plus, le tissu adipeux, en particulier le tissu adipeux sous-cutané, remplit des fonctions d'isolation et de protection.
Fettsäuren sind lange Kohlenwasserstoffketten, meist mit 16 oder 18 Kohlenstoffatomen. Je nachdem, ob das Kohlenstoffgerüst der Fettsäuren Doppelbindungen aufweist, unterscheidet man
- les acides gras saturés : ils ne possèdent que des liaisons simples,
- les acides gras monoinsaturés : ils portent une double liaison ; ainsi que
- les acides gras polyinsaturés : avec deux, trois ou encore plus de doubles liaisons.
Les acides gras peuvent être absorbés par l'alimentation ou être produits par les cellules elles-mêmes, bien qu'au maximum une double liaison puisse être incorporée.
Acides gras polyinsaturés
Les acides gras avec plus d'une double liaison, comme l'acide linoléique, l'acide linolénique et l'acide arachidonique, ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme et sont donc appelés acides gras essentiels ; ils doivent être présents dans l'alimentation.
Ces acides gras polyinsaturés sont essentiels pour l'homme, car ils constituent des précurseurs pour la formation de diverses substances corporelles. Dans les huiles végétales (huile de tournesol, huile de soja, huile de lin) ainsi que dans les huiles de poisson, les acides gras polyinsaturés sont présents à des concentrations beaucoup plus élevées que dans les graisses animales.
Solubilité dans les graisses et solubilité dans l'eau
Comme d'autres acides, un acide gras se dissocie partiellement dans l'eau ; des ions H+ se forment, rendant la solution acide. De plus, l'anion de l'acide gras se forme. Cette molécule combine deux propriétés opposées :
- La longue "queue" est fortement liposoluble et peu hydrosoluble - on l'appelle lipophile (amie des graisses) ou hydrophobe (évite l'eau).
- La petite "tête", en revanche, est bien hydrosoluble (hydrophile) et peu liposoluble (lipophobe).
Grâce à ces deux propriétés opposées, les acides gras peuvent émulsifier des substances lipophiles, c'est-à-dire les disperser dans l'eau. Les savons sont également composés d'acides gras et fonctionnent selon le même principe.
Acides gras comme source d'énergie
Après le glucose, les acides gras sont le deuxième carburant le plus important pour la production d'énergie cellulaire. Ils se forment sous l'influence d'hormones comme l'adrénaline par la décomposition des graisses neutres stockées dans les cellules graisseuses en glycérol et acides gras (lipolyse).
Durch eine sich wiederholende Abfolge von Reaktionen in den Mitochondrien, die sogenannte β-Oxidation, wird die Fettsäurekette jeweils um zwei C-Atome verkürzt, wobei NADH, FADH2 und Acetyl-CoA entstehen. Das Acetyl-CoA gelangt anschließend in den Zitratzyklus und wird dort ebenso wie die reduzierten Coenzyme weiterverarbeitet. Aus Palmitinsäure, einer Fettsäure mit 18 C-Atomen, können so insgesamt 131 ATP-Moleküle regeneriert werden.
Cela montre encore une fois que la formation d'Acétyl-CoA, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire représentent des voies métaboliques interconnectées qui ne servent pas uniquement à la dégradation des métabolites du glucose.
Physiologiquement, toutes les molécules d'acétyl-CoA produites lors de la dégradation des graisses ne sont pas introduites dans le cycle de Krebs. Une partie est utilisée pour la synthèse de ce qu'on appelle les corps cétoniques, qui peuvent également être utilisés pour fournir de l'énergie.
Comme déjà mentionné, la plupart des cellules du corps préfèrent le glucose comme source d'énergie, mais il existe des exceptions :
Les cellules du muscle cardiaque et celles du cortex rénal préfèrent utiliser les corps cétoniques plutôt que le glucose. On sait que les cellules nerveuses peuvent remplacer leur carburant préféré par des corps cétoniques en cas de manque prolongé de glucose.
Lipogenèse
Comme mentionné à plusieurs reprises, le corps peut stocker l'énergie excédentaire sous forme de graisse. Cela s'applique également à un excès de glucides ou de protéines. Dans l'organisme, la graisse peut être produite à partir du glucose de la manière suivante (lipogenèse) :
À partir d'un intermédiaire de la glycolyse, le glycéraldéhyde-3-phosphate, la composante glycérol des graisses neutres est formée. L'autre composante, les acides gras, peut être synthétisée à partir de l'acétyl-coenzyme A.
Autres lipides
Les lipides (graisses et substances apparentées) comprennent, en plus des graisses neutres décrites, d'autres substances ayant les propriétés communes suivantes :
- Ils se dissolvent mal dans l'eau
- et bien dans des solvants organiques comme le chloroforme ou l'éther.
Les deux représentants les plus importants de ce groupe sont le cholestérol et les phospholipides dits.
Cholestérol
Le cholestérol est un composé important pour l'organisme, qui est d'une part produit dans le corps et d'autre part absorbé par les aliments d'origine animale. Le cholestérol n'est pas présent dans les plantes.
Le cholestérol est
- un composant essentiel des membranes cellulaires,
- précurseur des hormones stéroïdes (voir ci-dessous) et
- matière première des acides biliaires (voir ci-dessous).
Hormones stéroïdes
Les hormones stéroïdes dérivent d'un système cyclique hydrocarboné, le squelette stéroïdien, et peuvent être classées selon le nombre d'atomes de carbone.
Les hormones stéroïdes les plus importantes sont les soi-disant corticostéroïdes hydrocortisone, cortisone, aldostérone et progestérone ainsi que les hormones sexuelles œstrogène et testostérone.
La synthèse des hormones stéroïdes, qui a lieu dans le cortex surrénalien et les glandes sexuelles, commence à partir du cholestérol. Leur dégradation se produit dans le foie.
Étant donné que les hormones stéroïdes sont lipophiles, elles pénètrent dans la cellule et se lient à des récepteurs hormonaux spécifiques. Le complexe hormone-récepteur qui en résulte pénètre dans le noyau cellulaire, active la transcription de certains gènes et ainsi la production des protéines correspondantes. Les hormones stéroïdes sont largement répandues et ont été trouvées par exemple chez les levures et les plantes supérieures.
Les stéroïdes synthétiques sont
- des contraceptifs (moyens de contraception qui suppriment l'ovulation),
- la cortisone et de nombreux dérivés synthétiques de la cortisone, les stéroïdes les plus couramment utilisés,
ainsi que les anabolisants, qui stimulent la synthèse des protéines et sont administrés pour le développement musculaire. Ils sont dérivés de l'hormone sexuelle masculine, la testostérone. Aujourd'hui, les anabolisants sont utilisés chez les athlètes de haut niveau (dopage). Le risque pour la santé est très élevé, car ces stéroïdes provoquent de graves effets secondaires physiques et psychologiques. Le Comité international olympique (CIO) a interdit l'utilisation des anabolisants en 1974. De nombreux athlètes ont été exclus des compétitions en raison de tests positifs.
Acides biliaires
Les acides biliaires sont des composés de type stéroïde présents dans la bile humaine.
Dans les cellules hépatiques, les acides biliaires primaires, l'acide cholique et l'acide chénodésoxycholique, sont produits à partir du cholestérol et, après transformation supplémentaire, sont libérés dans l'intestin sous forme d'acides biliaires "conjugués" comme bile hépatique. Par "hydroxylation" bactérienne dans l'intestin, les acides biliaires secondaires, l'acide désoxycholique et l'acide lithocholique, se forment.
Gallensäuren sind unentbehrlich für die Emulgierung der Fette, die Aktivierung der Lipasen, die Aufnahme der Fettsäuren sowie anderer Stoffe, etwa Vitamine, im Darm. Etwa 90–95 % der ausgeschiedenen Gallensäuren werden im Dünndarm rückresorbiert und über die Pfortader zur Leber zurückgeführt, von wo sie erneut in die Galle gelangen (enterohepatischer Kreislauf).
Idéalement, il y a un équilibre entre le cholestérol absorbé ou produit par le corps d'une part, et le cholestérol excrété ou transformé d'autre part. Si cette régulation échoue, les niveaux de cholestérol dans le sérum sanguin augmentent.
Phospholipides
Les phospholipides ont une structure similaire aux graisses neutres (triglycérides). Le phospholipide le plus connu est la lécithine.
La fonction la plus importante des phospholipides est d'être des composants des membranes cellulaires.
Protéines (protéines)
"Tout ce que l'homme est, il l'est grâce à ses protéines."
Cette phrase quelque peu simplifiée illustre que les protéines sont d'une importance capitale pour la construction et le fonctionnement de l'être humain.
- La forme d'un être humain repose essentiellement sur les protéines, car elles sont les principaux composants de presque tous les organes.
- En tant que composants essentiels de la musculature, les protéines permettent la mobilité de l'homme.
- Les protéines forment les "portes" de chaque membrane cellulaire et assurent ainsi l'individualité de la cellule en contrôlant le transport des substances dans et hors de la cellule.
De plus, les protéines sous forme d'enzymes sont essentielles au bon fonctionnement de l'organisme.
Les enzymes
Le métabolisme accélère ses réactions en utilisant des substances auxiliaires vitales, appelées enzymes (biocatalyseurs).
Ils sont essentiels pour construire des structures biologiques complexes dans la cellule et garantir leur fonctionnement ordonné.
Acides aminés comme éléments constitutifs des protéines
Les protéines sont constituées de différents acides aminés. Tous les acides aminés ont essentiellement la même structure de base. Un atome de carbone central est lié à quatre groupes ou atomes différents :
- un groupe COOH,
- un groupe NH2 (groupe amine),
- un atome d'hydrogène
- et un résidu variable.
C'est ce résidu (R) qui distingue les 20 acides aminés présents dans les protéines humaines.
Parmi ces 20 acides aminés, huit sont essentiels, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas être synthétisés par le corps, tout comme les acides gras essentiels.
Ils doivent donc être apportés par l'alimentation. En revanche, le corps peut produire lui-même des acides aminés non essentiels.
Les acides aminés essentiels incluent la valine, la phénylalanine, la leucine, l'isoleucine, la thréonine, le tryptophane, la méthionine et la lysine. Pour les nourrissons, l'arginine et l'histidine sont également essentielles.
La chaîne des acides aminés
Lorsque deux acides aminés réagissent ensemble, un dipeptide se forme. La liaison créée par élimination d'eau est appelée liaison peptidique.
Chaque peptide possède une extrémité libre à laquelle d'autres acides aminés peuvent être ajoutés.
Lorsqu'un troisième acide aminé est ajouté à un dipeptide, un tripeptide se forme.
Lorsque des acides aminés supplémentaires sont ajoutés, on parle de polypeptides (poly = nombreux).
Polypeptide mit mehr als 100 Aminosäuren werden definitionsgemäß Proteine genannt. Die meisten menschlichen Proteine bestehen aus 100 bis 500 Aminosäuren.
Étant donné que 20 acides aminés différents sont utilisés pour la synthèse des protéines et que leur ordre est variable, cela entraîne une énorme diversité de protéines différentes.
Pour qu'une protéine soit fonctionnelle, par exemple en tant qu'enzyme, il est crucial que la chaîne d'acides aminés se replie en une structure tridimensionnelle.
On peut imaginer cette structure comme une pelote de laine. Si cette structure spatiale est perdue, par exemple par la chaleur, la protéine perd sa fonction biologique.
Ainsi, lors de la désinfection et de la stérilisation, les protéines, y compris les protéines virales, peuvent être rendues inactives par la chaleur. On parle alors de dénaturation thermique des protéines.
Métabolisme des protéines et des acides aminés
Pendant la digestion, les protéines sont décomposées en leurs éléments constitutifs, les acides aminés, qui atteignent d'abord le foie via la veine porte.
Dans le corps, les protéines sont constamment dégradées (catabolisme des protéines), libérant ainsi des acides aminés.
Ces acides aminés libérés peuvent être réutilisés de différentes manières selon les besoins de l'organisme.
Premièrement, ils peuvent servir à la construction de protéines corporelles (anabolisme des protéines), par exemple lors de la croissance ou des processus de réparation.
Pour cela, certains acides aminés peuvent être transformés en d'autres acides aminés, selon ceux qui manquent.
Seuls les acides aminés essentiels ne peuvent pas être produits par des processus de transformation, mais doivent être fournis par l'alimentation.
Le rôle clé des enzymes et des coenzymes
La vie de chaque cellule corporelle est indissociable de nombreuses réactions chimiques qui s'y déroulent en permanence.
Lors des réactions anaboliques, de petites molécules sont combinées en unités plus grandes par la formation de nouvelles liaisons.
Ces réactions sont généralement couplées à un apport énergétique fourni par l'"accumulateur cellulaire" ATP.
En revanche, lors des réactions cataboliques, les liaisons existantes sont rompues, libérant de l'énergie.
Cette énergie sert généralement à restaurer l'ATP consommé.
L'efficacité de cette conversion énergétique en ATP n'est cependant pas complète, ce qui entraîne également la production de chaleur.
Les réactions anaboliques jouent un rôle essentiel dans le métabolisme de construction, car elles servent à la formation de nouvelles structures.
En revanche, le métabolisme de fonctionnement se déroule principalement par des réactions cataboliques.
Pour le bon fonctionnement du métabolisme, les composés organiques du carbone sont essentiels, mais ils réagissent très lentement entre eux.
C'est pourquoi chaque cellule possède des outils pour accélérer presque chaque chaîne de réactions chimiques : les enzymes mentionnées (biocatalyseurs).
Enzymes et coenzymes
Chimiquement parlant, les enzymes appartiennent au groupe des protéines. Les substances transformées par une enzyme sont appelées substrats.
Au cours de la réaction enzymatique, le substrat est chimiquement modifié par la formation de nouvelles liaisons ou la rupture de liaisons existantes.
Cela produit un ou plusieurs produits de réaction. L'efficacité d'une enzyme dépend de son centre actif.
Cela résulte d'un pliage spécial de la chaîne polypeptidique dont est constitué l'enzyme. Cela forme à la surface une structure qui s'adapte exactement au substrat.
Tout comme une clé ne s'adapte qu'à une serrure spécifique, le substrat ne se lie qu'au centre actif "de son" enzyme.
Pour que les enzymes fonctionnent, la plupart ont besoin d'un "assistant" supplémentaire, appelé coenzyme.
Cela est nécessaire car l'enzyme elle-même ne participe pas directement à la réaction chimique, mais se contente de rapprocher les partenaires de réaction de manière appropriée.
Seul le coenzyme est modifié pendant la réaction enzymatique, en captant ou en cédant des électrons ou des atomes donnés par le substrat.
Les coenzymes sont généralement des molécules organiques complexes et ne sont fondamentalement pas des protéines.
Les coenzymes dérivent souvent des vitamines.
La vitesse à laquelle une seule molécule d'enzyme transforme les substrats en produits est énorme. Elle peut atteindre plusieurs centaines de milliers de molécules de substrat par seconde.
Facteurs influençant les réactions enzymatiques
De nombreux enzymes travaillent non seulement avec des coenzymes, mais aussi avec certains ions comme Mg2+, Fe2+ ou Zn2+. En l'absence de ces ions, la fonction enzymatique est altérée.
De plus, la température corporelle et le pH sont très importants pour l'activité enzymatique. Avec l'augmentation de la température, le taux de conversion du substrat par une enzyme augmente d'abord fortement.
À des températures élevées, comme lors d'une fièvre supérieure à 41 °C, l'enzyme est cependant endommagée et sa structure protéique détruite. Le taux de conversion chute alors presque à zéro.
La fonction enzymatique dépend également du pH. Pour la plupart des enzymes intracellulaires, un pH d'environ 7,2 est optimal.
Les enzymes travaillant de manière extracellulaire, comme les pepsines protéolytiques dans l'estomac, ont généralement un pH optimal nettement différent.
Oxydation et réduction
Le fonctionnement des enzymes et des coenzymes peut être illustré par deux formes de réaction métabolique particulièrement courantes :
- l'oxydation (réaction d'oxydation)
- et la réduction (réaction de réduction)
On parle d'oxydation lorsqu'une molécule cède des électrons. Cela se produit généralement par la libération d'atomes d'hydrogène, c'est-à-dire un électron et un proton chacun.
Une oxydation n'est possible que si une autre substance reprend les électrons cédés dans une réaction inverse.
La capture d'électrons est appelée réduction. La réduction se produit souvent par la capture d'atomes d'hydrogène, c'est-à-dire un électron et un proton chacun.
Lors de la réaction d'oxydation décrite ci-dessus, la réduction du coenzyme NAD+ impliqué a lieu simultanément :
NAD+ + 2 H– + 2 Elektronen >> NADH + H+.
NAD+ (nicotinamide-adénine-dinucléotide) est un coenzyme complexe dérivé de la vitamine acide nicotinique. Il joue le rôle le plus important dans le métabolisme en tant que transporteur d'électrons ou d'atomes d'hydrogène.
Lors de l'oxydation mentionnée du lactate en pyruvate, le coenzyme est réduit de NAD+ à NADH + H+.
En net, NAD+ ne capte pas les deux atomes d'hydrogène cédés, mais un proton et deux électrons.
Il en résulte que les réactions d'oxydation et de réduction sont inextricablement liées, on parle de réactions redox.
Chaque fois qu'une substance est oxydée, une autre doit être réduite.
Dans des conditions appropriées, la réaction peut également se dérouler dans le sens inverse. Le pyruvate est alors réduit, c'est-à-dire qu'il capte des électrons ou des atomes d'hydrogène, et le NADH est oxydé. Le NADH cède alors deux électrons et un proton.
Indépendamment de la direction de la réaction, elle est toujours liée à une enzyme spécifique, dans l'exemple cité à la LDH (lactate déshydrogénase).
Sans cette enzyme, la réaction se déroule extrêmement lentement, et il n'y a pas de conversion notable du substrat.
