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Comment une enzyme peut-elle favoriser même les acides gras enchaînés ?

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Si nous regardons les manuels sur le métabolisme des acides gras humains (synthèse des AG ou oxydation ), ils montrent généralement des acides gras de longueur égale (C8, C10, etc.). Maintenant, d'un point de vue chimique, je me demande comment les enzymes impliquées reconnaissent que l'acide gras est un nombre pair de carbones.

Quelqu'un peut-il m'indiquer des expériences (historiques) qui ont été faites et qui montrent que ces voies humaines ne s'appliquent en effet qu'aux acides gras de même longueur de chaîne ? Ou agissent-ils également sur les acides gras de longueur impaire ?


La première expérience qui a montré que les acides gras sont oxydés en unités C2 a été réalisée par Georg Franz Knoop et publiée en 1904 sous le titre "Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tierkörper". Le document en référence 1 indique :

Georg Franz Knoop a découvert la β-oxydation des acides gras. En 1904, il a publié ses expériences classiques utilisant des acides gras -phényliques à chaîne impaire et paire tels que l'acide -phénylvalérique et l'acide -phénylbutyrique (Knoop 1904). Knoop a donné ces composés aux chiens et a analysé leur urine. Chez les chiens qui avaient été nourris avec des acides gras à chaîne impaire, il a trouvé de l'acide hippurique (conjugué d'acide benzoïque et de glycine), tandis que les chiens qui avaient été nourris d'acides gras à chaîne paire ont excrété de l'acide phénacéturique (conjugué d'acide phénylacétique et de glycine). Il en conclut que le métabolisme des acides gras procède de l'élimination successive de deux fragments de carbone. La chaîne grasse restante devait contenir un acide carboxylique. Il a postulé que l'oxydation a eu lieu sur l'atome de carbone β, une oxydation inconnue de la chimie organique.

Si la chaîne d'acide gras a un nombre impair d'atomes de carbone, le propionyl-CoA résultant est modifié en succinyl-CoA qui est ensuite utilisé par différents procédés.

Lors de la rupture de la chaîne, des groupes acétyl-CoA sont libérés (à la fin de chaque étape), qui peuvent ensuite être davantage métabolisés par l'organisme. L'acétyl-CoA est introduit dans le cycle de Krebs puis oxydé.

Les références:

  1. Introduction générale à la biochimie de la β-oxydation des acides gras mitochondriaux
  2. Oxydation des acides gras

Acides gras insaturés à longue chaîne

Biotransformation à base de lipoxygénase/peroxyde lyase

L'oxygénation des acides gras insaturés à longue chaîne peut également être entraînée par une combinaison de lipoxygénases et d'hydroperoxyde lyases dans les plantes (Grechkin, 1998 Joo et Oh, 2012). Par exemple, l'acide 12-oxododéc-9-énoïque (4), acide 12-hydroxy dodéc-9-énoïque (5) et l'acide 1,12-dodéc-9-ènedioïque (6), qui participent à la stimulation de la croissance des plantes et à la défense contre l'invasion des agents pathogènes, sont synthétisés à partir de l'acide α-linolénique (1) par les 13-lipoxygénases, les hydroperoxyde lyases et les alcools déshydrogénases, respectivement ( Grechkin, 1998 Mukhtarova etal., 2011 ) ( Scheme1 ).

Schéma 1 . Voies végétales basées sur la lipoxygénase, qui ont été utilisées pour produire des acides gras à chaîne moyenne à partir d'acides gras insaturés à longue chaîne (Grechkin, 1998). Par exemple, l'acide 12-hydroxy dodéc-9-énoïque (5) et l'acide 1,12-dodéc-9-ènedioïque (6) sont synthétisés à partir de l'acide α-linolénique (1) par les 13-lipoxygénases, les hydroperoxyde lyases et les alcools/aldéhydes déshydrogénases.

En tant qu'application biotechnologique, une conversion enzymatique en deux étapes de l'acide linoléique en acide 9-oxononanoïque par la 9S-lipoxygénase de Solanum tuberosum et la 9/13-hydroperoxyde lyase de Cucumis melo a été rapportée ( Otte et al., 2013 ). (ZLe )-3-hexénal et l'acide 12-oxododéc-9-énoïque pourraient également être produits à partir de l'acide α-linolénique par un Saccharomyces cerevisiae exprimant la lipoxygénase de soja et l'hydroperoxyde lyase de pastèque ( Buchhaupt et al., 2012 ). En outre, un processus en cascade enzymatique pour accéder aux odeurs de « note verte » a été établi avec succès, dans lequel la 13-hydroperoxyde lyase modifiée a été combinée sous forme de lysat cellulaire brut avec une cétoréductase commerciale. La feuille verte (ZLe )-3-hexénol a été produit à 99 % de pureté isomérique et à des titres élevés (8 g/L) (Brühlmann et Bosijokovic,2016).


Points clés

  • Certains microbes sont capables d'utiliser des acides organiques tels que des acides gras, des acides aminés ou des acides insaturés à chaîne droite (par exemple, le lactate) comme seule source d'énergie.
  • Le métabolisme du formiate d'acide organique est important chez les organismes méthylotrophes. Il est vital dans le catabolisme des composés C1 (comme le méthanol).
  • De nombreuses bactéries sont capables d'utiliser les acides gras comme seules sources d'énergie et de carbone par le biais de la voie d'oxydation cyclique et bêta, ce qui donne finalement de l'acétyl-CoA.

Mots clés

  • acide gras: N'importe quel acide carboxylique aliphatique, de formule générale CnH2n+1COOH, présent en combinaison avec le glycérol sous forme d'huiles et de graisses animales ou végétales. Seuls ceux qui ont un nombre pair d'atomes de carbone se trouvent normalement dans les graisses naturelles.
  • acyle: N'importe quelle classe de radicaux organiques, RCO-, formé par l'élimination d'un groupe hydroxyle d'un acide carboxylique.
  • acétyl-CoA: L'acétyl coenzyme A ou acétyl-CoA est une molécule importante dans le métabolisme, utilisée dans de nombreuses réactions biochimiques. Sa fonction principale est de transporter les atomes de carbone au sein du groupe acétyle vers le cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs) pour être oxydés pour la production d'énergie.

Métabolisme des acides organiques

Un grand nombre d'organismes génèrent des acides organiques (comme le lactate) comme sous-produit de la fermentation. Certains microbes sont capables d'utiliser ces composés comme seule source d'énergie.

Les acides organiques les plus couramment métabolisés sont les acides carboxyliques, qui sont des acides organiques contenant au moins un groupe carboxyle (-COOH). La formule générale d'un acide carboxylique est R-COOH, où R est un groupe fonctionnel monovalent. De nombreux types d'acides carboxyliques peuvent être métabolisés par les microbes, notamment :

  • Acides gras (acides carboxyliques avec de longues queues acyles)
  • Acides aminés (les éléments constitutifs des protéines)
  • Acides saturés à chaîne droite (par exemple, formiate, acétate et palmitate)

MÉTABOLISME DU FORMAT

Le métabolisme du formiate est important chez les organismes méthylotrophes. Il est vital dans le catabolisme de C1 composés tels que le méthanol (voir l'atome &ldquoMethylotrophy et Methanotrophy&rdquo pour plus d'informations sur C1 utilisation composée). Les microbes méthylotrophes convertissent les composés monocarbonés en formaldéhyde, qui est oxydé en formate par la formaldéhyde déshydrogénase. La dégradation du formiate est ensuite catalysée par le formiate déshydrogénase (FDH), qui oxyde le formiate pour finalement produire du CO2. Il permet le don d'électrons à un deuxième substrat (comme le NAD+) dans le processus. Il s'agit d'une étape tardive critique dans la voie d'utilisation des hydrocarbures. La capacité à métaboliser le formiate est également critique dans le métabolisme anaérobie bactérien, auquel cas le formiate est également oxydé par une enzyme FDH mais les électrons sont donnés aux cytochromes (protéines impliquées dans le transport des électrons).

MÉTABOLISME DES ACIDES GRAS

De nombreuses bactéries sont capables d'utiliser des acides gras de différentes longueurs de queue comme seules sources d'énergie et de carbone. Ce processus nécessite la voie de la &bêta-oxydation, un processus cyclique qui catalyse le raccourcissement séquentiel des chaînes acyle des acides gras jusqu'au produit final, l'acétyl-CoA. Le processus étape par étape se déroule comme suit :

  1. Les chaînes d'acides gras sont converties en énoyl-CoA (catalysées par l'acyl-CoA déshydrogénase).
  2. L'énoyl-CoA est converti en 3-hydroxyacyl-CoA (catalysé par l'énoyl-CoA hydratase).
  3. Le 3-hydroxyacyl-CoA est converti en 3-cétoacyl-CoA (catalysé par la 3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase).
  4. La 3-cétoacyl-CoA est thiolée (par la 3-cétoacyl-CoA thiolase) pour donner une molécule d'acétyl-CoA et un dérivé de l'acide gras d'origine qui est maintenant plus court de deux carbones.

La chaîne d'acides gras qui reste après l'étape de thiolation peut alors réintégrer la voie de la &bêta-oxydation, qui peut cycler jusqu'à ce que l'acide gras ait été complètement réduit en acétyl-CoA. L'acertyl-CoA est la molécule d'entrée du cycle du TCA. Le cycle TCA est le processus utilisé par tous les organismes aérobies pour générer de l'énergie.

Chiffre: &bêta-oxydation des acides gras: Les acides gras libres sont décomposés en acétyl-CoA par des enzymes dédiées dans la voie de la &bêta-oxydation.


Contenu

Le concept d'acide gras (acide gras) a été introduit en 1813 par Michel Eugène Chevreul, [3] [4] [5] bien qu'il ait d'abord utilisé quelques variantes de termes : graisse acide et acide huileux ("acide gras" et "acide huileux"). [6]

Les acides gras sont classés de plusieurs manières : par longueur, par saturation vs insaturation, par teneur en carbone pair vs impair, et par linéaire vs ramifié.

Longueur des acides gras Modifier

    (SCFA) sont des acides gras avec des queues aliphatiques de cinq carbones ou moins (par exemple, l'acide butyrique). [7] (MCFA) sont des acides gras avec des queues aliphatiques de 6 à 12 [8] carbones, qui peuvent former des triglycérides à chaîne moyenne. (LCFA) sont des acides gras avec des queues aliphatiques de 13 à 21 carbones. [9] (VLCFA) sont des acides gras avec des queues aliphatiques de 22 carbones ou plus.

Acides gras saturés Modifier

Les acides gras saturés n'ont pas de doubles liaisons C=C. Ils ont la même formule CH3(CH2)mCOOH, avec des variations de "n". Un acide gras saturé important est l'acide stéarique (n = 16), qui, lorsqu'il est neutralisé avec de la lessive, est la forme de savon la plus courante.

Exemples d'acides gras saturés
Nom commun Structure chimique C: [10]
Acide caprylique CH3(CH2)6COOH 8:0
Acide caprique CH3(CH2)8COOH 10:0
L'acide laurique CH3(CH2)10COOH 12:0
L'acide myristique CH3(CH2)12COOH 14:0
L'acide palmitique CH3(CH2)14COOH 16:0
Acide stéarique CH3(CH2)16COOH 18:0
Acide arachidique CH3(CH2)18COOH 20:0
Acide béhénique CH3(CH2)20COOH 22:0
Acide lignocérique CH3(CH2)22COOH 24:0
Acide cérotique CH3(CH2)24COOH 26:0

Acides gras insaturés Modifier

Les acides gras insaturés ont une ou plusieurs doubles liaisons C=C. Les doubles liaisons C=C peuvent donner soit cis ou trans isomères.

cis UNE cis configuration signifie que les deux atomes d'hydrogène adjacents à la double liaison dépassent du même côté de la chaîne. La rigidité de la double liaison fige sa conformation et, dans le cas de la cis isomère, provoque la flexion de la chaîne et restreint la liberté de conformation de l'acide gras. Plus la chaîne a de doubles liaisons dans le cis configuration, moins il a de flexibilité. Quand une chaîne a plusieurs cis liens, il devient tout courbé dans ses conformations les plus accessibles. Par exemple, l'acide oléique, avec une double liaison, a un « pli », tandis que l'acide linoléique, avec deux doubles liaisons, a une courbure plus prononcée. L'acide α-linolénique, avec trois doubles liaisons, favorise une forme en crochet. L'effet de ceci est que, dans des environnements restreints, comme lorsque les acides gras font partie d'un phospholipide dans une bicouche lipidique ou des triglycérides dans des gouttelettes lipidiques, les liaisons cis limitent la capacité des acides gras à être étroitement emballés, et peuvent donc affecter la fusion température de la membrane ou de la graisse. Cependant, les acides gras insaturés cis augmentent la fluidité de la membrane cellulaire, contrairement aux acides gras insaturés trans. trans UNE trans configuration, en revanche, signifie que les deux atomes d'hydrogène adjacents se trouvent sur contraire côtés de la chaîne. En conséquence, ils ne font pas beaucoup plier la chaîne et leur forme est similaire à celle des acides gras saturés purs.

Dans la plupart des acides gras insaturés naturels, chaque double liaison a trois (n-3), six (n-6) ou neuf (n-9) atomes de carbone après elle, et toutes les doubles liaisons ont une configuration cis. La plupart des acides gras dans le trans configuration (gras trans) ne se trouvent pas dans la nature et sont le résultat d'une transformation humaine (par exemple, l'hydrogénation). Certains acides gras trans sont également présents naturellement dans le lait et la viande des ruminants (tels que les bovins et les ovins). Ils sont produits, par fermentation, dans le rumen de ces animaux. On les trouve également dans les produits laitiers issus du lait des ruminants, et peuvent également être trouvés dans le lait maternel des femmes qui les ont obtenus à partir de leur alimentation.

Les différences géométriques entre les différents types d'acides gras insaturés, ainsi qu'entre les acides gras saturés et insaturés, jouent un rôle important dans les processus biologiques et dans la construction des structures biologiques (telles que les membranes cellulaires).

Exemples d'acides gras insaturés
Nom commun Structure chimique ?? X [11] C: [10] UICPA [12] mX [13]
Acide myristoléique CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 14:1 14:1(9) m−5
Acide palmitoléique CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 16:1 16:1(9) m−7
Acide sapénique CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH cis-Δ 6 16:1 16:1(6) m−10
L'acide oléique CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 18:1 18:1(9) m−9
Acide élaïdique CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH trans-Δ 9 18:1 m−9
Acide vaccénique CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH trans-Δ 11 18:1 m−7
L'acide linoléique CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis-Δ 9 ,Δ 12 18:2 18:2(9,12) m−6
Acide linoélaïque CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH trans,trans-Δ 9 ,Δ 12 18:2 m−6
Acide α-linolénique CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis,cis-Δ 9 ,Δ 12 ,Δ 15 18:3 18:3(9,12,15) m−3
L'acide arachidonique CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH NIST cis,cis,cis,cis-Δ 5 8 ,Δ 11 ,Δ 14 20:4 20:4(5,8,11,14) m−6
Acide eicosapentaénoïque CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH cis,cis,cis,cis,cis-Δ 5 ,Δ 8 ,Δ 11 ,Δ 14 ,Δ 17 20:5 20:5(5,8,11,14,17) m−3
Acide érucique CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH cis-Δ 13 22:1 22:1(13) m−9
Acide docosahexaénoïque CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH cis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ 4 ,Δ 7 ,Δ 10 ,Δ 13 ,Δ 16 ,Δ 19 22:6 22:6(4,7,10,13,16,19) m−3

Acides gras à chaîne paire ou impaire Modifier

La plupart des acides gras sont à chaîne régulière, par ex. stéarique (C18) et oléique (C18), c'est-à-dire qu'ils sont composés d'un nombre pair d'atomes de carbone. Certains acides gras ont un nombre impair d'atomes de carbone, ils sont appelés acides gras à chaîne impaire (OCFA). Les OCFA les plus courants sont les dérivés saturés en C15 et C17, respectivement l'acide pentadécanoïque et l'acide heptadécanoïque, que l'on trouve dans les produits laitiers. [14] [15] Au niveau moléculaire, les OCFA sont biosynthétisés et métabolisés légèrement différemment des parents à chaîne égale.

Numérotation des atomes de carbone Modifier

La plupart des acides gras naturels ont une chaîne non ramifiée d'atomes de carbone, avec un groupe carboxyle (-COOH) à une extrémité et un groupe méthyle (-CH3) à l'autre extrémité.

La position des atomes de carbone dans le squelette d'un acide gras est généralement indiquée en comptant à partir de 1 à l'extrémité -COOH. Nombre de carbone X est souvent abrégé ou C-X (ou parfois CX), avec X=1, 2, 3, etc. Il s'agit du schéma de numérotation recommandé par l'IUPAC.

Une autre convention utilise les lettres de l'alphabet grec dans l'ordre, en commençant par le premier carbone après le carboxyle. Ainsi, le carbone (alpha) est C-2, le carbone (bêta) est C-3, et ainsi de suite.

Bien que les acides gras puissent être de longueurs diverses, dans cette deuxième convention, le dernier carbone de la chaîne est toujours étiqueté ω (oméga), qui est la dernière lettre de l'alphabet grec. Une troisième convention de numérotation compte les carbones à partir de cette extrémité, en utilisant les étiquettes "ω", "ω−1", "ω−2". Alternativement, l'étiquette "ω−X" s'écrit " n−X", où le "n" est censé représenter le nombre de carbones dans la chaîne. [16]

Dans l'un ou l'autre schéma de numérotation, la position d'une double liaison dans une chaîne d'acide gras est toujours spécifiée en donnant l'étiquette du carbone le plus proche du carboxyle finir. [16] Ainsi, dans un acide gras à 18 carbones, une double liaison entre C-12 (ou −6) et C-13 (ou ω−5) est dite « en » position C-12 ou −6 . La dénomination IUPAC de l'acide, telle que « acide octadec-12-énoïque » (ou la variante plus prononçable « acide 12-octadécanoïque ») est toujours basée sur la numérotation « C ».

La notation X,oui. est traditionnellement utilisé pour spécifier un acide gras avec des doubles liaisons aux positions X,oui. (La lettre majuscule grecque "Δ" (delta) correspond au romain "D", pour double lien). Ainsi, par exemple, l'acide arachidonique à 20 carbones est Δ 5,8,11,14 , ce qui signifie qu'il possède des doubles liaisons entre les carbones 5 et 6, 8 et 9, 11 et 12, et 14 et 15.

Dans le contexte de l'alimentation humaine et du métabolisme des graisses, les acides gras insaturés sont souvent classés par la position de la double liaison la plus proche du carbone ω (uniquement), même dans le cas de doubles liaisons multiples comme les acides gras essentiels. Ainsi l'acide linoléique (18 carbones, Δ 9,12 ), le γ-linoleml'acide ique (18-carbone, 6,9,12 ) et l'acide arachidonique (20-carbone, 5,8,11,14 ) sont tous classés comme des acides gras "ω−6", ce qui signifie que leur formule se termine par – CH=CH–CH
2 – CH
2 – CH
2 – CH
2 – CH
3 .

Les acides gras avec un nombre impair d'atomes de carbone sont appelés acides gras à chaîne impaire, tandis que les autres sont des acides gras à chaîne paire. La différence concerne la néoglucogenèse.

Dénomination des acides gras Modifier

Le tableau suivant décrit les systèmes les plus courants de dénomination des acides gras.

Nomenclature Exemples Explication
Banal Acide palmitoléique Noms triviaux (ou noms communs) sont des noms historiques non systématiques, qui sont le système de nommage le plus fréquemment utilisé dans la littérature. Les acides gras les plus courants ont des noms triviaux en plus de leur noms systématiques (voir ci-dessous). Ces noms ne suivent souvent aucun schéma, mais ils sont concis et souvent sans ambiguïté.
Systématique acide cis-9-octadec-9-énoïque
(9Zacide )-octadec-9-énoïque
Noms systématiques (ou Noms IUPAC) dériver de la norme Règles IUPAC pour la nomenclature de la chimie organique, publié en 1979, [17] avec une recommandation publiée spécifiquement pour les lipides en 1977. [18] La numérotation des atomes de carbone commence à partir de l'extrémité carboxylique du squelette de la molécule. Les doubles liaisons sont étiquetées avec cis-/trans- notation ou E-/Z- la notation, le cas échéant. Cette notation est généralement plus verbeuse que la nomenclature commune, mais a l'avantage d'être techniquement plus claire et descriptive.
?? X cis-Δ 9 , cis-Δ 12 acide octadécadiénoïque Dans ?? X (ou delta-X) nomenclature, chaque double liaison est indiquée par Δ X , où la double liaison commence au Xe liaison carbone-carbone, en comptant à partir de l'extrémité carboxylique du squelette de la molécule. Chaque double liaison est précédée d'un cis- ou trans- préfixe, indiquant la configuration de la molécule autour de la liaison. Par exemple, l'acide linoléique est désigné "cis-Δ 9 , cis-Δ 12 acide octadécadiénoïque". Cette nomenclature a l'avantage d'être moins verbeuse que la nomenclature systématique, mais n'est pas plus techniquement claire ou descriptive. [ citation requise ]
mX
(ou −X)
m−3
(ou −3)
mX (m moins X aussi X ou oméga-X) nomenclature les deux fournissent des noms pour des composés individuels et les classent selon leurs propriétés biosynthétiques probables chez les animaux. Une double liaison est située sur le X e liaison carbone-carbone, en comptant à partir de l'extrémité méthyle du squelette de la molécule. Par exemple, l'acide α-linolénique est classé comme un m-3 ou acide gras oméga-3, et il est donc susceptible de partager une voie de biosynthèse avec d'autres composés de ce type. Le −X, oméga-X, ou la notation "oméga" est courante dans la littérature nutritionnelle populaire, mais l'IUPAC l'a déconseillée en faveur de mX notation dans les documents techniques. [17] Les voies de biosynthèse des acides gras les plus couramment étudiées sont m-3 et m−6.
Nombres de lipides 18:3
18:3n3
18:3, cis,cis,cis-Δ 9 ,Δ 12 ,Δ 15
18:3(9,12,15)
Nombres de lipides prendre la forme C:, [10] où C est le nombre d'atomes de carbone dans l'acide gras et est le nombre de doubles liaisons dans l'acide gras. Si D est plus d'un, les doubles liaisons sont supposées être interrompues par CH
2 unités, c'est à dire., à des intervalles de 3 atomes de carbone le long de la chaîne. Par exemple, l'acide -linolénique est un acide gras 18:3 et ses trois doubles liaisons sont situées aux positions Δ 9 , Δ 12 et 15 . Cette notation peut être ambiguë, car certains acides gras différents peuvent avoir le même C: Nombres. Par conséquent, lorsqu'il existe une ambiguïté, cette notation est généralement associée soit à un X ou mX terme. [17] Par exemple, bien que l'acide -linolénique et l'acide γ-linolénique soient tous deux des acides gras 18:3, ils peuvent être décrits sans ambiguïté comme des acides gras 18:3n3 et 18:3n6, respectivement. Dans le même but, l'IUPAC recommande d'utiliser une liste de positions de double liaison entre parenthèses, annexée à la notation C:D. [12] Par exemple, les notations recommandées par l'IUPAC pour l'acide α- et -linolénique sont 18:3(9,12,15) et 18:3(6,9,12), respectivement.

Acides gras libres Modifier

Lorsqu'ils circulent dans le plasma (acides gras plasmatiques), et non dans leur ester, les acides gras sont appelés acides gras non estérifiés (NEFA) ou acides gras libres (FFA). Les AGL sont toujours liés à une protéine de transport, telle que l'albumine. [19]

Industriel Modifier

Les acides gras sont généralement produits industriellement par hydrolyse des triglycérides, avec élimination du glycérol (voir produits oléochimiques). Les phospholipides représentent une autre source. Certains acides gras sont produits synthétiquement par hydrocarboxylation d'alcènes. [20]

Acides gras hyper-oxygénés Modifier

Les acides gras hyper-oxygénés sont produits par un procédé industriel spécifique pour les crèmes topiques pour la peau. Le procédé est basé sur l'introduction ou la saturation de peroxydes dans des esters d'acides gras via la présence de lumière ultraviolette et de bulles d'oxygène gazeux sous températures contrôlées. Plus précisément, il a été démontré que les acides linoléniques jouent un rôle important dans le maintien de la fonction barrière d'hydratation de la peau (prévention de la perte d'eau et de la déshydratation de la peau). [21] Une étude en Espagne publiée dans le Journal of Wound Care en mars 2005 a comparé un produit commercial avec un placebo gras et ce produit spécifique était plus efficace et aussi rentable. [22] Une gamme de ces produits médicaux en vente libre est désormais largement disponible. Cependant, l'huile d'olive appliquée localement ne s'est pas révélée inférieure dans un essai de « non-infériorité contrôlée randomisée en triple aveugle » mené en Espagne en 2015. [23] [24] Les produits commerciaux sont susceptibles d'être moins salissants à manipuler et plus lavables. que l'huile d'olive ou la vaseline, qui, si elles sont appliquées localement, peuvent tacher les vêtements et la literie.

Par les animaux Modifier

Chez les animaux, les acides gras sont formés à partir des glucides principalement dans le foie, le tissu adipeux et les glandes mammaires pendant la lactation. [25]

Les glucides sont convertis en pyruvate par glycolyse, première étape importante de la conversion des glucides en acides gras. [25] Le pyruvate est ensuite décarboxylé pour former de l'acétyl-CoA dans la mitochondrie. Cependant, cet acétyl CoA doit être transporté dans le cytosol où se produit la synthèse des acides gras. Cela ne peut pas se produire 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 dans le cytosol. [25] Là, il est clivé par l'ATP citrate lyase en acétyl-CoA et oxaloacétate. L'oxaloacétate est renvoyé à la mitochondrie sous forme de malate. [26] L'acétyl-CoA cytosolique est carboxylé par l'acétyl CoA carboxylase en malonyl-CoA, la première étape engagée dans la synthèse des acides gras. [26] [27]

Le malonyl-CoA est alors impliqué dans une série répétée de réactions qui allonge la chaîne d'acides gras en croissance de deux atomes de carbone à la fois. Presque tous les acides gras naturels ont donc un nombre pair d'atomes de carbone. Lorsque la synthèse est terminée, les acides gras libres sont presque toujours associés au glycérol (trois acides gras pour une molécule de glycérol) pour former les triglycérides, principale forme de stockage des acides gras, et donc de l'énergie chez les animaux. Cependant, les acides gras sont également des composants importants des phospholipides qui forment les bicouches phospholipidiques à partir desquelles toutes les membranes de la cellule sont construites (la paroi cellulaire et les membranes qui enferment tous les organites dans les cellules, tels que le noyau, le mitochondries, réticulum endoplasmique et appareil de Golgi). [25]

Les « acides gras non combinés » ou « acides gras libres » présents dans la circulation des animaux proviennent de la dégradation (ou lipolyse) des triglycérides stockés. [25] [28] Parce qu'ils sont insolubles dans l'eau, ces acides gras sont transportés liés à l'albumine plasmatique. Les niveaux d'"acides gras libres" dans le sang sont limités par la disponibilité des sites de liaison à l'albumine. Ils peuvent être prélevés dans le sang par toutes les cellules qui ont des mitochondries (à l'exception des cellules du système nerveux central). Les acides gras ne peuvent être décomposés que dans les mitochondries, au moyen d'une bêta-oxydation suivie d'une combustion supplémentaire dans le cycle de l'acide citrique en CO2 et de l'eau. Les cellules du système nerveux central, bien qu'elles possèdent des mitochondries, ne peuvent pas extraire les acides gras libres du sang, car la barrière hémato-encéphalique est imperméable à la plupart des acides gras libres, [ citation requise ] à l'exclusion des acides gras à chaîne courte et des acides gras à chaîne moyenne. [29] [30] Ces cellules doivent fabriquer leurs propres acides gras à partir de glucides, comme décrit ci-dessus, afin de produire et de maintenir les phospholipides de leurs membranes cellulaires, et ceux de leurs organites. [25]

Variation entre les espèces animales Modifier

Des études sur les membranes cellulaires des mammifères et des reptiles ont découvert que les membranes cellulaires des mammifères sont composées d'une proportion plus élevée d'acides gras polyinsaturés (DHA, acide gras oméga-3) que les reptiles. [31] Des études sur la composition en acides gras des oiseaux ont noté des proportions similaires à celles des mammifères, mais avec un tiers d'acides gras oméga-3 en moins par rapport aux oméga-6 pour une taille corporelle donnée. [32] Cette composition en acides gras donne une membrane cellulaire plus fluide mais aussi perméable à divers ions ( H +
& Na +
), ce qui donne des membranes cellulaires plus coûteuses à entretenir. Ce coût d'entretien a été avancé comme l'une des principales causes des taux métaboliques élevés et du sang chaud concomitant des mammifères et des oiseaux. [31] Cependant, la polyinsaturation des membranes cellulaires peut également se produire en réponse à des températures froides chroniques. Chez les poissons, des environnements de plus en plus froids entraînent une teneur de plus en plus élevée de la membrane cellulaire en acides gras monoinsaturés et polyinsaturés, afin de maintenir une plus grande fluidité (et fonctionnalité) de la membrane à des températures plus basses. [33] [34]

Le tableau suivant donne la composition en acides gras, en vitamine E et en cholestérol de certaines graisses alimentaires courantes. [35] [36]

Saturé Monoinsaturés polyinsaturé Cholestérol Vitamine E
g/100g g/100g g/100g mg/100g mg/100g
Graisses animales
Graisse de canard [37] 33.2 49.3 12.9 100 2.70
Saindoux [37] 40.8 43.8 9.6 93 0.60
Suif [37] 49.8 41.8 4.0 109 2.70
Le beurre 54.0 19.8 2.6 230 2.00
Graisses végétales
Huile de noix de coco 85.2 6.6 1.7 0 .66
Le beurre de cacao 60.0 32.9 3.0 0 1.8
l'huile de palmiste 81.5 11.4 1.6 0 3.80
huile de palme 45.3 41.6 8.3 0 33.12
Huile de coton 25.5 21.3 48.1 0 42.77
L'huile de germe de blé 18.8 15.9 60.7 0 136.65
L'huile de soja 14.5 23.2 56.5 0 16.29
Huile d'olive 14.0 69.7 11.2 0 5.10
L'huile de maïs 12.7 24.7 57.8 0 17.24
Huile de tournesol 11.9 20.2 63.0 0 49.00
L'huile de carthame 10.2 12.6 72.1 0 40.68
L'huile de chanvre 10 15 75 0 12.34
Huile de canola/colza 5.3 64.3 24.8 0 22.21

Les acides gras présentent des réactions comme les autres acides carboxyliques, c'est-à-dire qu'ils subissent des réactions d'estérification et d'acide-base.

Acidité Modifier

Les acides gras ne montrent pas une grande variation dans leurs acidités, comme indiqué par leur p respectifKune. L'acide nonanoïque, par exemple, a un pKune de 4,96, n'étant que légèrement plus faible que l'acide acétique (4,76). Au fur et à mesure que la longueur de la chaîne augmente, la solubilité des acides gras dans l'eau diminue, de sorte que les acides gras à chaîne plus longue ont un effet minimal sur le pH d'une solution aqueuse. À pH proche de la neutralité, les acides gras existent au niveau de leurs bases conjuguées, c'est-à-dire l'oléate, etc.

Les solutions d'acides gras dans l'éthanol peuvent être titrées avec une solution d'hydroxyde de sodium en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. Cette analyse est utilisée pour déterminer la teneur en acides gras libres des graisses, c'est-à-dire la proportion de triglycérides qui ont été hydrolysés.

La neutralisation des acides gras, une forme de saponification (fabrication du savon), est une voie largement pratiquée pour les savons métalliques. [38]

Hydrogénation et durcissement Modifier

L'hydrogénation des acides gras insaturés est largement pratiquée. Les conditions typiques impliquent 2,0 à 3,0 MPa de H2 pression, 150 °C, et du nickel supporté sur de la silice comme catalyseur. Ce traitement apporte des acides gras saturés. Le degré d'hydrogénation est indiqué par l'indice d'iode. Les acides gras hydrogénés sont moins sujets au rancissement. Étant donné que les acides gras saturés ont un point de fusion plus élevé que les précurseurs insaturés, le processus est appelé durcissement. Une technologie connexe est utilisée pour convertir les huiles végétales en margarine. L'hydrogénation des triglycérides (par rapport aux acides gras) est avantageuse car les acides carboxyliques dégradent les catalyseurs au nickel, donnant des savons de nickel. Lors de l'hydrogénation partielle, les acides gras insaturés peuvent être isomérisés à partir de cis à trans configuration. [39]

Plus d'hydrogénation forcée, c'est-à-dire en utilisant des pressions plus élevées de H2 et des températures plus élevées, convertit les acides gras en alcools gras. Les alcools gras sont cependant plus facilement produits à partir d'esters d'acides gras.

Dans la réaction de Varrentrapp, certains acides gras insaturés sont clivés dans un alcali fondu, une réaction qui était, à un moment donné, pertinente pour l'élucidation de la structure.

Auto-oxydation et rancissement Modifier

Les acides gras insaturés subissent une modification chimique connue sous le nom d'auto-oxydation. Le processus nécessite de l'oxygène (air) et est accéléré par la présence de métaux traces. Les huiles végétales résistent dans une faible mesure à ce processus car elles contiennent des antioxydants, tels que le tocophérol. Les graisses et les huiles sont souvent traitées avec des agents chélatants tels que l'acide citrique pour éliminer les catalyseurs métalliques.

Ozonolyse Modifier

Les acides gras insaturés sont sensibles à la dégradation par l'ozone. Cette réaction est pratiquée dans la production d'acide azélaïque ((CH2)7(CO2H)2) à partir d'acide oléique. [39]

Digestion et apport Modifier

Les acides gras à chaîne courte et moyenne sont absorbés directement dans le sang via les capillaires de l'intestin et voyagent dans la veine porte comme le font les autres nutriments absorbés. Cependant, les acides gras à longue chaîne ne sont pas directement libérés dans les capillaires intestinaux. Au lieu de cela, ils sont absorbés dans les parois graisseuses des villosités intestinales et se réassemblent à nouveau en triglycérides. Les triglycérides sont recouverts de cholestérol et de protéines (enveloppe protéique) dans un composé appelé chylomicron.

De l'intérieur de la cellule, le chylomicron est libéré dans un capillaire lymphatique appelé lacté, qui se fond dans des vaisseaux lymphatiques plus gros. Il est transporté via le système lymphatique et le canal thoracique jusqu'à un endroit près du cœur (où les artères et les veines sont plus grosses). Le canal thoracique vide les chylomicrons dans la circulation sanguine via la veine sous-clavière gauche. À ce stade, les chylomicrons peuvent transporter les triglycérides vers les tissus où ils sont stockés ou métabolisés en énergie.

Métabolisme Modifier

Lorsqu'ils sont métabolisés, les acides gras produisent de grandes quantités d'ATP. De nombreux types de cellules peuvent utiliser du glucose ou des acides gras à cette fin. Les acides gras (apportés soit par ingestion, soit en puisant dans les triglycérides stockés dans les tissus adipeux) sont distribués aux cellules pour servir de carburant à la contraction musculaire et au métabolisme général. Ils sont décomposés en CO2 et de l'eau par les mitochondries intracellulaires, libérant de grandes quantités d'énergie, captées sous forme d'ATP par la bêta-oxydation et le cycle de l'acide citrique.

Acides gras essentiels Modifier

Les acides gras qui sont nécessaires à une bonne santé mais ne peuvent pas être fabriqués en quantité suffisante à partir d'autres substrats, et doivent donc être obtenus à partir de l'alimentation, sont appelés acides gras essentiels. Il existe deux séries d'acides gras essentiels : l'un a une double liaison à trois atomes de carbone de l'extrémité méthyle, l'autre a une double liaison à six atomes de carbone de l'extrémité méthyle. Les humains n'ont pas la capacité d'introduire des doubles liaisons dans les acides gras au-delà des carbones 9 et 10, comme compté du côté acide carboxylique. [40] Deux acides gras essentiels sont l'acide linoléique (LA) et l'acide alpha-linolénique (ALA). Ces acides gras sont largement distribués dans les huiles végétales. Le corps humain a une capacité limitée à convertir l'ALA en acides gras oméga-3 à longue chaîne - l'acide eicosapentaénoïque (EPA) et l'acide docosahexaénoïque (DHA), qui peuvent également être obtenus à partir de poisson. Les acides gras oméga-3 et oméga-6 sont des précurseurs biosynthétiques des endocannabinoïdes dotés de propriétés antinociceptives, anxiolytiques et neurogènes. [41]

Répartition Modifier

Les acides gras sanguins adoptent des formes distinctes à différents stades de la circulation sanguine. Ils sont absorbés par l'intestin dans les chylomicrons, mais existent également dans les lipoprotéines de très basse densité (VLDL) et les lipoprotéines de basse densité (LDL) après transformation dans le foie. De plus, lorsqu'ils sont libérés des adipocytes, les acides gras existent dans le sang sous forme d'acides gras libres.

Il est proposé que le mélange d'acides gras exsudés par la peau des mammifères, avec l'acide lactique et l'acide pyruvique, soit distinctif et permette aux animaux dotés d'un odorat aigu de différencier les individus. [42]

L'analyse chimique des acides gras dans les lipides commence généralement par une étape d'interestérification qui décompose leurs esters d'origine (triglycérides, cires, phospholipides, etc.) et les convertit en esters méthyliques, qui sont ensuite séparés par chromatographie en phase gazeuse. [43] ou analysés par chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie infrarouge moyen.

La séparation des isomères insaturés est possible par chromatographie sur couche mince aux ions d'argent (argentation). [44] [45] D'autres techniques de séparation incluent la chromatographie liquide à haute performance (avec de courtes colonnes remplies de gel de silice avec des groupes d'acide phénylsulfonique liés dont les atomes d'hydrogène ont été échangés contre des ions d'argent). Le rôle de l'argent réside dans sa capacité à former des complexes avec des composés insaturés.

Les acides gras sont principalement utilisés dans la production de savons, à la fois à des fins cosmétiques et, dans le cas des savons métalliques, comme lubrifiants. Fatty acids are also converted, via their methyl esters, to fatty alcohols and fatty amines, which are precursors to surfactants, detergents, and lubricants. [39] Other applications include their use as emulsifiers, texturizing agents, wetting agents, anti-foam agents, or stabilizing agents. [46]

Esters of fatty acids with simpler alcohols (such as methyl-, ethyl-, n-propyl-, isopropyl- and butyl esters) are used as emollients in cosmetics and other personal care products and as synthetic lubricants. Esters of fatty acids with more complex alcohols, such as sorbitol, ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol are consumed in food, or used for personal care and water treatment, or used as synthetic lubricants or fluids for metal working.


Oxidation of Fatty Acids | Biochimie

In this article we will discuss about the process of oxidation of fatty acids.

Oxidation of Even-Carbon, Saturated Straight Chained Fatty Acids:

A. Activation of Fatty Acids:

Before they are oxidized, fatty acids must be activated. This activation requires energy (supplied by ATP) and takes place in 2 steps, as may be seen in figure 5-10.

In a first step, ATP reacts with the fatty acid to form a mixed anhydride (with liberation of pyrophosphate). This step is very similar to the reaction of activation of amino acids on the biosyn­thesis of proteins. Then, in a second step, the acyl- AMP formed reacts with coenzyme A-SH to give a thio-ester, the acyl-coenzyme A (with liberation of AMP).

B. Reactions of β-Oxidation:

The acyl-coenzyme A thus formed can then follow the pathway of β-oxida­tion which comprises the following reactions (see fig. 5-11).

1. Dehydrogenation under the action of an acyl-coA-dehydrogenase, a FAD enzyme, with formation of a α-β double bond in trans configuration

2. Hydration of this double bond, catalyzed by enoyl-coA hydratase (crotonase), with formation of α β-hydroxylated derivative of L-configuration

3. Dehydrogenation by L-β-hydroxyacyl-coA -dehydrogenase, a NAD + en­zyme, with formation of a β-keto derivative

4. By intervention of a molecule of coenzyme A, detachment of a two carbon fragment in the form of acetyl-coA, catalyzed by β-ketothiolase. This is thiolysis or “thioclastic scission.” There remains an acyl-coA having 2 carbon atoms less than the starting acyl-coA (or fatty acid).

This set of 4 reactions can be summarized as follows:

Then the acyl-coA formed (having 2 carbon atoms less than the starting fatty acid) will, in its turn, undergo the same series of 4 reactions to give an acetyl- coA and a new acyl-coA (having 4 carbon atoms less than the starting fatty acid) and so on. As proposed by Lynen, β-oxidation may be represented by a helix, each turn of which corresponds to a shortening of the fatty acid by 2 carbon atoms (liberated in the form of acetyl-coA) and a departure of 4H (see fig. 5-13).

The β-oxidation of fatty acids in an intra-mitochondrial process. The molecules of acetyl-coA formed will be used either in anabolic processes (biosynthesis of fatty acids and isoprenic lipids), or in ketogenesis, or they will be completely oxidized by the Krebs cycle. The reactions of the Krebs cycle is examined in fig. 4-38.

Besides this β-oxidation, there exists a second pathway: the peroxysomal β-oxidation which takes place in the peroxysomes. The reactions are identical to those of the mitochondrial β-oxidation. Only the first enzyme is different. It transfers directly the 2 H atoms removed from the acyl-coenzyme A during the formation of the double bond, to cytochrome a3 with formation of H2C2.

In plants, peroxysomal β-oxidation is the most important catabolism process of fatty acids. This system also exists in some tissues of mammals like the liver or kidney, and in yeasts, moulds and ciliates.

C. Energy Balance of the β-Oxidation of Fatty Acids:

Each turn of the helix of β-oxidation yields FADH2 and NADH + H + the reoxidation of which, thanks to the electron transport chain, allows the formation respectively, of 2 and 3 molecules of ATP, i.e. a total of 5 ATP per turn (or per unit of 2 carbon atoms detached from the molecule of fatty acid).

The acetyl-coA is then oxidized by the Krebs cycle with formation of 12 ATP. The complete oxidation of one unit of 2 carbon atoms therefore yields 17 ATP. Referring to the example of stearic acid (see fig. 5-12) which has 18 carbon atoms, one can see that its complete oxidation will allow the formation of (8 x 5) + (9 x 12) i.e. 148 ATP, and after deducting the ATP required for the preliminary activation of the fatty acid, there is a gain of 147 ATP.

The energy yield per carbon atom is therefore of the order of 8 ATP (147/18) in the oxidation of fatty acids and 6 (38/6) in the oxidation of glucose. Moreover, triglycerides contain many more carbon atoms per unit weight than the polysaccharides and can therefore constitute larger energy reserves for a much smaller weight.

At the end, let us point out that the enzyme implied in the β-oxidation of fatty acids are mainly located in the mitochondria, just like the enzymes respon­sible for electron transport and oxidative phosphorylation.

One can therefore make the same observation as in the case of Krebs cycle (which is also an intra-mitochondrial process): it appears that in the mitochondria there is a concentration of enzymatic systems which permits on the one hand, the oxida­tion of the energy reserve substances, and on the other hand, the formation of ATP, which must enhance the efficiency of these energy transfers.

However, due to intra-mitochondrial location of β-oxidation, the acetyl- coenzyme A which is required for the synthesis of fatty acids or sterols, has to leave the mitochondrion. It comes out in the form of citrate formed by reaction of acetyl-coenzyme A with the oxalacetate.

In the cytoplasm, citric acid is cleaved by ATP-citrate lyase which, in presence of a molecule of coenzyme A and ATP, yields one molecule of acetyl-coenzyme A and one molecule of oxalacetate (ATP being hydrolyzed to ADP + Pje).

Oxidation of Odd-Carbon Atoms Saturated Fatty Acids:

They also undergo β-oxidation, but the 5-carbon atom acyl-coenzyme A, obtained at the end of the last but one turn of the helix (instead of butyryl co-A, see fig. 5-12) is cleaved to acetyl-coenzyme A + propionyl-coenzyme A.

The latter undergoes a carboxylation (in presence of propionyl-coA-carboxylase, biotin and ATP) and then isomerization (in presence of methyl malonyl-coA mutase which has a cobamide type coenzyme, derived from vitamin B12), yielding succinyl-coenzyme A, an intermediate of the Krebs cycle, (see fig. 5-13).

Oxidation of Unsaturated Fatty Acids:

The catabolism of unsaturated fatty acids takes place by a modification of the β-oxidation consecutive to the position of double bonds. We shall take the example of linoleic acid which is the most complex case (see fig. 5-15).

The numbering of carbon atoms is indicated below each formula:

The reaction begins with a conventional β-oxidation till formation of an acyl coA with 12 carbon atoms having a double bond cis in β-γ. Thanks to an isomerase, the latter is converted into a double bond trans placed in α-β. The acyl coA obtained will therefore continue to be catabolized by the conventional reactions of β-oxidation yielding a fatty acid with 10 carbon atoms.

Acyl coA dehydrogenase introduces a double bond. After the action of 2, 4 dienoyl coA reductase which has NADPH as coenzyme, the 2 double bonds are replaced by a single one localized in β-y. The intervention of enoyl coA isomerase permits the introduction of this latter compound into the normal cycle of β-oxidation.

In the case of a fatty acid like oleic acid (18:1(9)), only the first 3 reactions of figure 5-14 come into play. This catabolism pathway is present in mitochondria and peroxysomes of the liver. It was found in mammals. An analogous system exists in fungi and bacteria.

Oxidation of Branched Fatty Acids:

We will take the example of a-methyl-butyryl-coenzyme A, formed from isoleucine (glucoformer and ketoformer aminoacid) by deamination or trans­amination (reactions that we will study in connection with the metabolism of amino acids), then oxidative decarboxylation.

As may be seen in figure 5-15, the presence of the methyl group does not prevent the usual reactions of β-oxidation, and one observes the successive formation of the α-β-unsaturated derivative, β-hydroxylated derivative and β-keto derivative.

Thiolysis finally gives:

1. Acetyl-coA which can be used for the synthesis of various lipids or for ketogenesis (hence the ketoformer character of isoleucine)

2. Propionyl-coA which will be converted, as just seen above (see fig. 5-13), into succinyl-coA, an intermediate of the Krebs cycle which will be transformed (within the cycle) into oxaloacetic acid. The latter can be converted into phospho-enol-pyruvic acid (see fig. 4-34), then into glucose by the neoglucogenesis reactions, which explains the glucoformer character of isoleucine.


Breakdown of Fatty Acids (With Diagram) | Les plantes

Fats are found in dynamic state in plants, i.e., at one time they are synthesized while at other time they break down to meet specific requirement of the cells.

Active breakdown of fats (insoluble) takes place as follows:

(i) During germination of fatty seeds so that the decomposition products may enter into glycolysis and Kreb’s cycle to release energy and also to synthesise soluble sucrose through glyoxylic acid cycle which is then translocated to the growing regions of the young germinating seedling till it develops green leaves to manufacture its own food.

(ii) In plants, when carbohydrates reserve declines, the fats (and also proteins), may form the respiratory substrates which are broken down and oxidised to release energy.

The fats are first hydrolysed in the presence of the enzymes lipases to yield fatty acids and glycerol.

Oxidation of Glycerol:

The glycerol may react with ATP under the catalytic influence of glycerol kinase to form glycerol-3-phosphate which is then oxidised in the presence of glycerol-3-phasphate dehydrogenase and NAD + to produce dihydroxyacetone phosphate and enters into glycolysis.

The conversion of glycerol into pyruvic acid that takes place in cytoplasm yields 2ATPs by substrate level phosphorylation and 2NADH which on reoxidation by terminal electron transport chain via the external NADH dehydrogenase (located on the outer surface of the inner mitochondrial membrane in plants) further generate 4 ATP molecules (2 mol./NADH oxidised).

If the pyruvic acid also undergoes complete oxidation into CO2 et H2O in Kreb’s cycle (or TCA cycle), it will produce another 15ATP molecules. Thus a total of 2 + 4 + 15 = 21ATPs are produced per glycerol moleule oxidised. However, 1 ATP molecule is consumed in the glycerol kinase catalysed reaction. Hence, the net gain is 21 – 1 = 20 ATPs per glycerol molecule oxidised.

Oxidation (Breakdown) of Fatty Acids:

Now, long chain fatty acids are broken down by α-oxidation and β-oxidation. The β-oxidation ultimately produces the active 2-C units, the acetyl-CoA (CH3CO C0A).

Here, the long chain of fatty acid is gradually broken down until it is reduced to 12C-atoms. Fatty acids with less than 13-C atoms are not affected by this process. One complete α-oxidation results in the elimination of one carbon atom in the form of CO2 from the — COOH group of the fatty acid, whereas α-C-atom, i.e., C-atom no., 2, adjacent to COOH is oxidised (α-oxidation).

Process of α–oxidation is as follows:

(i) The fatty acid is oxidatively decarboxylated in presence of enzyme fatty acid peroxidase and H2O2 to form an aldehyde. Here, CO2, comes out from the carboxylic group and oxidation takes place at a-C-atom that converts into aldehyde group.

(ii) Now, the aldehyde is further oxidised in the presence of enzyme aldehyde dehydrogenase to form the new fatty acid containing one carbon atom less than in the original fatty acid NAD+ is reduced in the reaction.

The new fatty acid will oxidise repeatedly, till it consists of 12-C atoms by the same process of a-oxidation.

β -oxidation is the main process of fatty acid degradation in plants. This mechanism is well established for saturated fatty acids, while obscure for unsaturated fatty acids.

β -oxidation takes place in mitochondria and also in glyoxysomes. It involves sequential removal of 2-C in the form of acetyI-CoA (CH3CO. SCoA) molecules from the caboxyl end of fatty acid. This is called β-C (i.e., C atom No.3) of the fatty oxidized during this process.

Various steps of this process are as follows:

(i) The first step involves the activation of fatty acid in the presence of ATP and enzyme thiokinase. CoASH is consumed and COA derivative of fatty acid is produced.

The AMP (adenosine Mono-phosphate) molecule thus produced reacts with another ATP molecule under the catalytic influence of enzyme adenylate kianes to form 2 ADP molecules.

(ii) In the second step of β-oxidation, two hydrogen atoms are removed between α and β-C atom and a trans α, β-unsaturated fatty acyl CoA is formed. This reaction is catalysed by FAD-containing enzyme acyl-CoA dehydrogenase.

(iii) The third step involves the addition of a water molecule across the double bond to form corresponding β-hydroxyacyle-CoA in the presenceof enzyme enoyl hydrase.

(iv) In the fourth step β-hydroxyacyle-CoA is dehydrogenated in the presence of NAD-specific β-hydroxyacyle-CoA dehydrogenase. Two hydrogen atoms are removed from the β-C atom (β-oxidation) which now bears a carbonyl function and β-keto fatty acyl is formed.

(v) The fifth and last step involves the thioclastic cleavage of β-ketofatty acyl-CoA in the presence of the enzyme β-ketoacyl thiolase and results in the formation of an active 2-C unit acetyl-CoA and a fatty acyl-CoA molecule which is shoter by two-carbon atoms than when it entered the β-oxiadtion spiral.

The fatty acyl-CoA so produced again re-enters the P-oxidation spiral at step 2, by passing the first step as it is already activated, and losing a further 2-C unit. This sequence continues till whole molecule is degraded.

Each turn of the P-oxidation generates one FAD1I, (step 2), one NADH + H + (step 4) and one acetyl-CoA molecule (step 5). However, in the last turn of the spiral two acetyl-CoA molecules will be produced. Reoxidation of FADH, and NADH + H + by the electron transport chain will yield 2 and 3 ATP molecules respectively.

Thus each turn of P-oxidation generates 5 ATP molecules. However, in the first turn 2 ATPs are consumed in the first step, thus in this turn there will be a net gain of only 3 ATP molecules.

Complete oxidation of one acetyl-CoA molecule in TCA cycle to CO, and H,0 will result in the production of 12 ATP molecules.

Thus huge amount of energy is generated in the form of ATP molecules by the mitochondrial oxidation of fatty acids through the P-oxidation spiral and TCA cycle. For instance, one molecule of palmitic acid (with 16 C atoms) on complete oxidation will produce 129 ATP molecules.

Fate of Acetyl-CoA (CH3CO-CoA):

Acety1-CoA units are end products of β-oxidation of fatty acids. Which may enter (i) into Kreb’s cycle (TCA cycle) and are oxidised to release energy as mentioned in preceding paragraphs, or (ii) in case of germination of fatty acids, they are converted into soluble sucrose through the glyoxylic acid cycle.

Korenberg and Krebs (1957) framed a cycle which is known as Glyoxylic Acid Cycle or Glyoxylate Cycle through which the fats could be converted into sucrose (carbohydrates) during the germination of fatty seeds in plants.

The glyoxylate cycle is completed in glyoxysomes, mitochondria and cytosol. Various steps of this cycle occurring in higher plants especially during the germination of fatty seeds are shown in fig. 7.6 (Glyoxylate cycle) that occur in glyoxysome and mitochondrion.


Engineering the pathway in Escherichia coli for the synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates consisting of both even- and odd-chain monomers

Fond: Medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (mcl-PHAs) containing various chain length monomers from C6 to C14 have more applications besides sustainable and environmental-friendly biomaterials owing to their superior physical and mechanical properties. We engineered a reversed fatty acid β-oxidation pathway in Escherichia coli that can synthesize mcl-PHA directly from glucose and achieved high yield. However, there were only even-chain monomers in the biosynthetic polymers. The need for mcl-PHA harboring both even- and odd-chain monomers with better and wider utility impels us to develop the biosynthetic routes for the production of the novel and unnatural mcl-PHA through rewiring the basic metabolism.

Résultats: In the present study, a propionate assimilation and metabolic route was integrated into the reversed fatty acid β-oxidation in order to produce mcl-PHA consisting of both even- and odd-numbered monomers. The content of odd-numbered monomers in mcl-PHA was improved with the increased propionate addition. After further deletion of pyruvate oxidase (PoxB) and pyruvate formate-lyase (PflB), the metabolically engineered chassis E. coli LZ08 harboring pQQ05 and pZQ06 (overexpression of prpP and prpE genes from Ralstonia eutropha H16) innovatively accumulated 6.23 wt% mcl-PHA containing odd-chain monomers ranging from 7 to 13 carbon atoms about 20.03 mol%.

Conclusion : This is the first successful report on production of mcl-PHA harboring both even- and odd-chain monomers (C6-C14) synthesized from glucose and propionate in recombinant E. coli. This present study achieved the highest yield of de novo production of mcl-PHA containing odd-numbered monomers in E. coli at shake-flask fermentation level. Continued engineering of host strains and pathway enzymes will ultimately lead to more economical production of odd-chain monomers based on market demand. The synthetic pathway can provide a promising platform for production of other value-added chemicals and biomaterials that use acetyl-CoA and propionyl-CoA as versatile precursors and can be extended to other microorganisms as intelligent cell factories.

Mots clés: Escherichia coli Metabolic engineering Odd-chain monomers Polyhydroxyalkanoates Reversed fatty acid β-oxidation cycle Synthetic biology.


Remerciements

The authors are grateful to the Medical Research Council for core funding (Lipid Profiling and Signalling programme grant number UD99999906, Cambridge Lipidomics Biomarker Research Initiative grant G0800783, MRC Human Nutrition Research PhD programme). Grant GAČR: GA15–09518S and grant Czech Science Foundation GACR: 16-06326S funded part of the gut microbiota investigation. The authors would like to acknowledge the USDA (ACNC-USDA-CRIS 6251-51000-005-03S) for funding of the dose response animal study within this manuscript. The Human study “Dairy Fat supplementation” was supported by research grants from the Hospices Civils de Lyon (Actions Incitatives) from the Programme Hospitalier de Recherche Clinique Interregional from the Agence Nationale de la Recherche (Programme de Recherche en Nutrition Humaine and the Programme National de Recherche en Alimentation) and from the Innovation Stratégique Industrielle program of the Agence pour l’Innovation OSEO (Innovation Thérapeutique – Diabète project). K. Seyssel and M. Alligier were recipients of a doctoral fellowship from the Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (France). The phytol supplementation animal study was supported by grants from the Academy of Finland (138690), the Sigrid Juselius Foundation and NordForsk under the Nordic Centres of Excellence Programme in Food, Nutrition and Health, project “Mitohealth” (070010). The NIH Grant R01-DK-18243 for funding of the canine study. HACL1 knockout mouse model was supported by grants from the Flemish “Fonds Wetenschappelijk Onderzoek” (G.0721.10N) and KU Leuven (OT/14/100).


Ketogenesis

Much of the acetyl-CoA produced by fatty acid b -oxidation in liver mitochodria is converted in acetoacetate et b -hydroxybutyrate (aussi connu sous le nom corps cétoniques). These molecules can be used by heart and skeletal muscle to produce energy. Brain, which usually depends on glucose as sole energy source, can also use ketone bodies during a long fasting period (larger than two or three days). Ketogenesis (ketone bodies synthesis) begins with the condensation of two acetyl-CoA molecules to form acetoacetyl-CoA:

Condensation of another acetyl-CoA molecule yields 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA). The basic mechanism of this reaction is identical to the condensation of oxaloacetate with acetyl-CoA to produce citrate, the first step in the citric acid cycle.

HMG-CoA is afterwards cleaved in acetoacetate and acetyl-CoA:

Acetoacetate moves into the bloodstream and gets distributed to the tissues. Once absorbed, it reacts (in mitochondria) with succinyl-CoA, yielding succinate and acetoacetyl-CoA, which can be cleaved by thiolase into two molecules of acetyl-CoA.


Biochemistry and genetics of inherited disorders of peroxisomal fatty acid metabolism

In humans, peroxisomes harbor a complex set of enzymes acting on various lipophilic carboxylic acids, organized in two basic pathways, alpha-oxidation and beta-oxidation the latter pathway can also handle omega-oxidized compounds. Some oxidation products are crucial to human health (primary bile acids and polyunsaturated FAs), whereas other substrates have to be degraded in order to avoid neuropathology at a later age (very long-chain FAs and xenobiotic phytanic acid and pristanic acid). Whereas total absence of peroxisomes is lethal, single peroxisomal protein deficiencies can present with a mild or severe phenotype and are more informative to understand the pathogenic factors. The currently known single protein deficiencies equal about one-fourth of the number of proteins involved in peroxisomal FA metabolism. The biochemical properties of these proteins are highlighted, followed by an overview of the known diseases.

Les figures

Peroxisome biogenesis in humans. A:…

Peroxisome biogenesis in humans. A: A simplified scheme for protein import in mammalian…

Formation of phytanic acid from…

Formation of phytanic acid from phytol and its metabolism. Phytol, derived from chlorophyll,…

Peroxisomal α-oxidation. At the left…

Peroxisomal α-oxidation. At the left side, the revised α-oxidation pathway for phytanic acid…

Overview of peroxisomal β-oxidation reactions.…

Overview of peroxisomal β-oxidation reactions. The basic steps of the peroxisomal β-oxidation sequence…

Formation of bile acids and…

Formation of bile acids and stereochemistry of the involved enzymes. Shown at the…

Organization of peroxisomal β-oxidation in…

Organization of peroxisomal β-oxidation in relation to cellular metabolism. In this scheme, the…

Formation and degradation of PUFA.…

Formation and degradation of PUFA. Starting from the essential FAs oleic acid (not…



Commentaires:

  1. Dominique

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  2. Torhte

    Aujourd'hui, je me suis spécialement inscrit à un forum pour participer à la discussion de cette question.

  3. Meztigrel

    au moins j'ai aimé.



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