Les phospholipides sont répandus dans les cellules des bactéries et des eucaryotes. Ce sont des molécules constituées d'une tête phosphatée et d'une queue lipidique. La tête est considérée comme aimant l'eau ou hydrophile, tandis que la queue est hydrophobe ou hydrofuge. Les phospholipides sont donc appelés amphiphiles. En raison de cette double nature des phospholipides, de nombreux types s'organisent en deux couches dans un environnement aqueux. C'est ce qu'on appelle une bicouche phospholipidique. La synthèse des phospholipides se produit principalement dans le réticulum endoplasmique. D'autres domaines de biosynthèse incluent l'appareil de Golgi et les mitochondries. Les phospholipides fonctionnent de diverses manières à l'intérieur des cellules.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les phospholipides sont des molécules à têtes phosphates hydrophiles et à queues lipidiques hydrophobes. Ils comprennent des membranes cellulaires, régulent certains processus cellulaires et possèdent à la fois des qualités stabilisatrices et dynamiques qui peuvent aider à l'administration de médicaments.
Les phospholipides forment des membranes
Les phospholipides fournissent des barrières dans les membranes cellulaires pour protéger la cellule, et ils font des barrières pour les organites au sein de ces cellules. Les phospholipides fonctionnent pour fournir des voies pour diverses substances à travers les membranes. Les protéines membranaires parsèment la bicouche phospholipidique; ceux-ci répondent aux signaux cellulaires ou agissent comme des enzymes ou des mécanismes de transport pour la membrane cellulaire. La bicouche phospholipidique permet facilement aux molécules essentielles telles que l'eau, l'oxygène et le dioxyde de carbone de traverser la membrane, mais les très grosses molécules ne peuvent pas entrer dans la cellule de cette manière ou peuvent ne pas être en mesure de tout. Avec cette combinaison de phospholipides et de protéines, la cellule serait sélectivement perméable, ne laissant entrer librement que certaines substances et d'autres via des interactions plus complexes.
Les phospholipides fournissent une structure aux membranes cellulaires, qui à leur tour maintiennent les organites organisés et divisé pour travailler plus efficacement, mais cette structure contribue également à la flexibilité des membranes et fluidité. Certains phospholipides induiront une courbure négative d'une membrane, tandis que d'autres induiront une courbure positive, en fonction de leur constitution. Les protéines contribuent également à la courbure de la membrane. Les phospholipides peuvent également se déplacer à travers les membranes, souvent par des protéines spéciales telles que les flippases, les floppases et les scramblases. Les phospholipides contribuent également à la charge de surface des membranes. Ainsi, si les phospholipides contribuent à la stabilité, à leur fusion et à leur fission, ils contribuent également au transport des matériaux et des signaux. Les phospholipides rendent donc les membranes très dynamiques, plutôt que de simples barrières bicouches. Et tandis que les phospholipides contribuent plus qu'on ne le pensait à l'origine à divers processus, ils restent les stabilisateurs des membranes cellulaires à travers les espèces.
Autres fonctions des phospholipides
Avec une meilleure technologie, les scientifiques sont capables de visualiser certains phospholipides dans les cellules vivantes via des sondes fluorescentes. D'autres méthodes pour élucider la fonctionnalité des phospholipides comprennent l'utilisation d'espèces knock-out (telles que les souris) qui possèdent des enzymes de modification des lipides surexprimées. Cela aide à comprendre plus de fonctions pour les phospholipides.
Les phospholipides jouent un rôle actif en plus de former des bicouches. Les phospholipides maintiennent un gradient de processus chimiques et électriques pour assurer la survie des cellules. Ils sont également essentiels pour réguler l'exocytose, la chimiotaxie et la cytokinèse. Certains phospholipides jouent un rôle dans la phagocytose, travaillant à entourer les particules pour former des phagosomes. Les phospholipides contribuent également à l'endocytose, qui est la génération de vacuoles. Le processus implique la liaison de la membrane autour des particules, l'extension et enfin la scission. Les endosomes et phagosomes résultants possèdent à leur tour leurs propres bicouches lipidiques.
Les phospholipides régulent les processus cellulaires liés à la croissance, à la transmission synaptique et à la surveillance immunitaire.
Une autre fonction des phospholipides est celle d'assembler les lipoprotéines circulantes. Ces protéines jouent le rôle essentiel de transport des triglycérides et cholestérols lipophiles dans le sang.
Les phospholipides agissent également comme émulsifiants dans le corps, par exemple lorsqu'ils sont mélangés avec des cholestérols et des acides biliaires dans la vésicule biliaire pour fabriquer des micelles pour l'absorption des substances grasses. Les phospholipides jouent également le rôle de mouillage des surfaces pour des choses telles que les articulations, les alvéoles et d'autres parties du corps nécessitant un mouvement fluide.
Les phospholipides des eucaryotes sont fabriqués dans les mitochondries, les endosomes et le réticulum endoplasmique (RE). La plupart des phospholipides sont fabriqués dans le réticulum endoplasmique. Dans le RE, les phospholipides sont utilisés dans le transport des lipides non vésiculaires entre le RE et d'autres organites. Dans les mitochondries, les phospholipides jouent de nombreux rôles pour l'homéostasie cellulaire et le fonctionnement mitochondrial.
Les phospholipides qui ne forment pas de bicouches aident à la fusion et à la flexion de la membrane.
Types de phospholipides
Les phospholipides les plus répandus chez les eucaryotes sont les glycérophospholipides, qui possèdent un squelette de glycérol. Ils ont un groupe de tête, des chaînes latérales hydrophobes et des chaînes aliphatiques. La composition chimique du groupe de tête de ces phospholipides peut varier, ce qui conduit à diverses variétés de phospholipides. Les structures de ces phospholipides vont de cylindrique à conique à inversement conique, et en tant que telles, leur fonctionnalité diffère. Ils agissent avec le cholestérol et les sphingolipides pour favoriser l'endocytose, ils constituent les lipoprotéines, sont utilisés comme tensioactifs et sont les principaux composants des membranes cellulaires.
L'acide phosphatidique (AP), également appelé phosphatidate, ne comprend qu'un faible pourcentage de phospholipides dans les cellules. C'est le phospholipide le plus basique et sert de précurseur à d'autres glycérophospholipides. Il possède une forme conique et peut entraîner une courbure des membranes. L'AP favorise la fusion et la fission mitochondriale et est essentiel pour le métabolisme des lipides. Il se lie à la protéine Rac, associée à la chimiotaxie. On pense également qu'il interagit avec de nombreuses autres protéines en raison de sa nature anionique.
La phosphatidylcholine (PC) est le phospholipide le plus abondant, représentant jusqu'à 55 pour cent des lipides totaux. Le PC est un ion connu sous le nom de zwitterion, a une forme cylindrique et est connu pour former des bicouches. Le PC sert de substrat pour la génération d'acétylcholine, un neurotransmetteur crucial. Le PC peut être converti en d'autres lipides tels que les sphingomyélines. Le PC sert également de surfactant dans les poumons et est un composant de la bile. Son rôle général est celui de stabilisation membranaire.
La phosphatidyléthanolamine (PE) est également assez abondante mais est quelque peu conique et n'a pas tendance à former des bicouches. Il comprend jusqu'à 25 pour cent de phospholipides. Il est abondant dans la membrane interne des mitochondries et peut être fabriqué par les mitochondries. Le PE possède un groupe de tête relativement plus petit que le PC. La PE est connue pour la macroautophagie et aide à la fusion membranaire.
La cardiolipine (CL) est un dimère phospholipidique en forme de cône et est le principal phospholipide non bicouche trouvé dans les mitochondries, qui sont les seuls organites à fabriquer la CL. La cardiolipine se trouve principalement sur la membrane mitochondriale interne et affecte l'activité des protéines dans les mitochondries. Ce phospholipide riche en acides gras est nécessaire à la fonctionnalité des complexes de la chaîne respiratoire mitochondriale. CL constitue une quantité importante de tissus cardiaques et se trouve dans les cellules et les tissus qui nécessitent une énergie élevée. CL travaille pour attirer des protons vers une enzyme appelée ATP synthase. CL aide également à signaler la mort cellulaire par apoptose.
Le phosphatidylinositol (PI) représente jusqu'à 15 pour cent des phospholipides présents dans les cellules. L'IP se trouve dans de nombreux organites et son groupe de tête peut subir des changements réversibles. PI fonctionne comme un précurseur qui aide à la transmission de messages dans le système nerveux ainsi qu'au trafic membranaire et au ciblage des protéines.
La phosphatidylsérine (PS) comprend jusqu'à 10 pour cent des phospholipides dans les cellules. PS joue un rôle important dans la signalisation à l'intérieur et à l'extérieur des cellules. Le PS aide les cellules nerveuses à fonctionner et régule la conduction de l'influx nerveux. PS caractéristiques de l'apoptose (mort cellulaire spontanée). Le PS comprend également des membranes plaquettaires et joue donc un rôle dans la coagulation.
Le phosphatidylglycérol (PG) est un précurseur du bis (monoacylglycéro) phosphate ou BMP, présent dans de nombreuses cellules et potentiellement nécessaire au transport du cholestérol. Le BMP se trouve principalement dans les cellules des mammifères, où il représente environ 1 pour cent des phospholipides. La BMP est produite principalement dans les corps multivésiculaires et on pense qu'elle induit un bourgeonnement membranaire vers l'intérieur.
La sphingomyéline (SM) est une autre forme de phospholipide. Les SM sont importants pour la constitution des membranes cellulaires animales. Alors que l'épine dorsale des glycérophospholipides est le glycérol, l'épine dorsale des sphingomyélines est la sphingosine. Les bicouches de phospholipides SM réagissent différemment au cholestérol et sont plus fortement comprimées mais ont une perméabilité à l'eau réduite. Le SM comprend des radeaux lipidiques, des nanodomaines stables dans les membranes qui sont importants pour le tri membranaire, la transduction du signal et le transport des protéines.
Maladies liées au métabolisme des phospholipides
Le dysfonctionnement des phospholipides entraîne un certain nombre de troubles tels que la neuropathie périphérique de Charcot-Marie-Tooth, le syndrome de Scott et un catabolisme lipidique anormal, qui est associé à plusieurs tumeurs.
Les troubles génétiques causés par des mutations génétiques peuvent entraîner des dysfonctionnements de la biosynthèse et du métabolisme des phospholipides. Celles-ci s'avèrent assez marquées dans les troubles liés aux mitochondries.
Une mise en réseau lipidique efficace est nécessaire dans les mitochondries. Les phospholipides cardiolipine, acide phosphatidique, phosphatidylglycérol et phosphatidyléthanolamine jouent tous un rôle crucial dans le maintien de la membrane des mitochondries. Les mutations de gènes qui affectent ces processus conduisent parfois à des maladies génétiques.
Dans la maladie mitochondriale liée au syndrome de Barth (BTHS), les affections comprennent la faiblesse des muscles squelettiques, la réduction croissance, fatigue, retard moteur, cardiomyopathie, neutropénie et acidurie 3-méthylglutaconique, une maladie potentiellement mortelle maladie. Ces patients présentent des mitochondries défectueuses, qui possèdent des quantités réduites du phospholipide CL.
La cardiomyopathie dilatée avec ataxie (DCMA) se manifeste par une cardiomyopathie dilatée d'apparition précoce, une ataxie du cerebrum qui n'est pas progressif (mais qui entraîne des retards moteurs), un retard de croissance et d'autres conditions. Cette maladie résulte de problèmes fonctionnels avec un gène qui aide à réguler le remodelage du CL et la biogenèse des protéines mitochondriales.
Le syndrome de MEGDEL se présente comme une maladie autosomique récessive avec encéphalopathie, une certaine forme de surdité, des retards moteurs et développementaux et d'autres affections. Dans le gène affecté, le phospholipide précurseur de CL, PG, possède une chaîne acyle modifiée, qui à son tour modifie la CL. De plus, les défauts génétiques réduisent les niveaux du phospholipide BMP. Puisque le BMP régule la régulation et le trafic du cholestérol, sa diminution conduit à l'accumulation de cholestérol non estérifié.
Alors que les chercheurs en apprennent davantage sur les rôles des phospholipides et leur importance, on espère que de nouvelles thérapies pourront être élaborées pour traiter les maladies résultant de leur dysfonctionnement.
Utilisations des phospholipides en médecine
La biocompatibilité des phospholipides en fait des candidats idéaux pour les systèmes d'administration de médicaments. Leur construction amphiphile (contenant à la fois des composants qui aiment l'eau et qui détestent l'eau) facilite l'auto-assemblage et la fabrication de structures plus grandes. Les phospholipides forment souvent des liposomes qui peuvent transporter des médicaments. Les phospholipides servent également de bons émulsifiants. Les sociétés pharmaceutiques peuvent choisir des phospholipides provenant d'œufs, de graines de soja ou de phospholipides artificiels pour faciliter l'administration de médicaments. Les phospholipides artificiels peuvent être fabriqués à partir de glycérophospholipides en modifiant les groupes de tête ou de queue ou les deux. Ces phospholipides synthétiques sont plus stables et plus purs que les phospholipides naturels, mais leur coût a tendance à être plus élevé. La quantité d'acides gras dans les phospholipides naturels ou synthétiques affectera leur efficacité d'encapsulation.
Les phospholipides peuvent produire des liposomes, des vésicules spéciales qui peuvent mieux correspondre à la structure de la membrane cellulaire. Ces liposomes servent ensuite de supports de médicaments pour des médicaments hydrophiles ou lipophiles, des médicaments à libération contrôlée et d'autres agents. Les liposomes composés de phospholipides sont souvent utilisés dans les médicaments anticancéreux, la thérapie génique et les vaccins. Les liposomes peuvent être rendus hautement spécifiques pour l'administration de médicaments, en les faisant ressembler à la membrane cellulaire qu'ils doivent traverser. La teneur en phospholipides des liposomes peut être modifiée en fonction du site de la maladie ciblée.
Les propriétés émulsifiantes des phospholipides les rendent idéales pour les émulsions d'injection intraveineuse. Les émulsions de jaune d'œuf et de phospholipide de soja sont souvent utilisées à cette fin.
Si les médicaments ont une faible biodisponibilité, des flavonoïdes naturels peuvent parfois être utilisés pour former des complexes avec des phospholipides, facilitant ainsi l'absorption des médicaments. Ces complexes ont tendance à produire des médicaments stables avec une action plus longue.
Alors que la poursuite des recherches fournit plus d'informations sur les phospholipides de plus en plus utiles, la science bénéficier des connaissances pour mieux comprendre les processus cellulaires et faire des médicaments.