Les acides gras naturels possèdent une chaîne carbonée de 4 à 36 atomes de carbone (rarement au-delà de 28) et habituellement en nombre pair, car la biosynthèse des acides gras, catalysée par la synthase d'acide gras, procède en ajoutant de façon itérative des groupes de deux atomes de carbone grâce à l'acétyl-CoA.
Ils constituent également des sources importantes d'énergie métabolique: les acides gras permettent aux êtres vivants de stocker environ 37kJ d'énergie (9kcal) par gramme de lipides, contre environ 17kJ pour les glucides (4kcal). Ils sont stockés par l'organisme sous forme de triglycérides, dans lesquels trois molécules d'acides gras forment un ester avec un résidu de glycérol. Lorsqu'ils ne sont pas liés à d'autres molécules, les acides gras sont dits «libres».
Leur dégradation produit de grandes quantités d'ATP, molécule énergétique privilégiée des cellules: la β-oxydation suivie de la dégradation par le cycle de Krebs d'un acide gras saturé à n = 2p atomes de carbone libère en effet (10p – 2) ATP +(p – 1) × (FADH2 + NADH + H+), soit l'équivalent énergétique de 106 ATP pour une molécule d'acide palmitiqueCH3(–CH2)14–COOH, qui contient 16 atomes de carbone (n = 16, et donc p = 8).
Les acides gras peuvent être synthétisés par l'organisme à travers un ensemble de processus métaboliques appelés lipogenèse. Ils sont également apportés en grande quantité par l'alimentation.
En moyenne, les besoins énergétiques quotidiens s'élèvent à 2 000kcal pour une femme et 2 500kcal pour un homme adulte, dont les matières grasses ne devraient idéalement pas représenter plus de 35%, soit 65g pour une femme et 90g pour un homme adulte.
L'alimentation humaine occidentale apporte néanmoins bien davantage de matières grasses, les valeurs annuelles individuelles pour la France, toutes tranches d'âges confondues, s'élevant en moyenne à 125g par jour et par personne, autrement dit 160% de la quantité maximale recommandée pour un adulte.
Nomenclature
Il existe plusieurs nomenclatures parallèles pour désigner les acides gras.
Nom d'usage: les plus communs des acides gras ont des noms d'usage non systématiques sous lesquels ils sont désignés dans la littérature. Ces noms ne suivent généralement aucune règle mais sont concis et non ambigus, désignant un diastéréoisomère précis d'un acide gras donné.
Exemples: acide cis-9-hexadécénoïque ou acide (Z)-hexadéc-9-énoïque pour l'acide palmitoléique.
Nomenclature Δx: la nomenclature «delta-x» concerne les acides gras insaturés, pour lesquels chaque double liaison est indiquée par le signe Δ précédé de sa configuration cis ou trans et suivi en exposant par la position de la double liaison le long de la chaîne aliphatique de l'acide gras depuis l'extrémité carboxylique –COOH de la molécule.
Exemples: acide cis-Δ9-hexadécénoïque pour l'acide palmitoléique; acide cis-Δ9,cis-Δ12-octadécadiénoïque, acide cis,cis-Δ9Δ12-octadécadiénoïque, acide cis,cis-Δ9,12-octadécadiénoïque, ou encore acide tout-cis-Δ9,12-octadécadiénoïque pour l'acide linoléique.
Nomenclature biochimique: en biochimie, les acides gras sont souvent désignés par des numéros de la forme C:D dans laquelle C représente le nombre d'atomes de carbone de l'acide et D le nombre de doubles liaisons qu'il contient. Cette désignation est très souvent complétée par une mention de la forme n-x dans laquelle n symbolise le nombre d'atomes de carbone et x la position de la première double liaison comptée depuis l'extrémité méthyle–CH3 de la molécule — c'est-à-dire dans l'autre sens que celui qui prévaut pour la nomenclature IUPAC et la nomenclature Δx. Dans le grand public, la désignation n-x, préconisée par l'IUPAC, est généralement écrite «ω-x» ou «oméga-x». Cette nomenclature est imprécise, plusieurs acides gras différents pouvant être décrits par les mêmes numéros C:Dn-x, mais des acides gras de mêmes numéros auront souvent des propriétés biochimiques ou physiologiques semblables: les oméga-3 et oméga-6 sont ainsi bien connus du public pour leurs effets sur la santé.
Numérotation des atomes de carbone de l'acide stéaridonique, un acide gras oméga-3, selon les nomenclatures chimique (en bleu) et biochimique (en rouge).
Classification
On parle d'acides gras à longue chaîne pour une longueur de 14 à 24 atomes de carbone et à très longue chaîne s'il y a plus de 24 atomes de carbone.
Les acides gras à chaîne courte (AGCC) sont des acides gras comportant de 2 à 6 atomes de carbone. Contrairement aux acides gras à longue chaîne qui proviennent principalement de l'alimentation et du métabolisme lipidique, les AGCC sont majoritairement produits par la fermentation bactérienne des fibres alimentaires et des glucides non digestibles dans le côlon.
Les trois principaux AGCC produits par le microbiote intestinal sont l'acide acétique (acétate, C2:0), l'acide propionique (propionate, C3:0) et l'acide butyrique (butyrate, C4:0), représentant respectivement environ 60%, 20% et 20% des AGCC totaux. On trouve également en plus faibles quantités l'acide valérique (valérate, C5:0) et l'acide caproïque (caproate, C6:0).
Ces molécules jouent des rôles physiologiques essentiels, distincts de ceux des acides gras à longue chaîne.
Le butyrate constitue la principale source d'énergie des colonocytes (cellules épithéliales du côlon) et exerce des effets anti-inflammatoires et antitumoraux en régulant l'expression génique et en inhibant les histones désacétylases.
Le propionate est principalement métabolisé par le foie où il participe à la néoglucogenèse et à la régulation du métabolisme lipidique.
L'acétate, quant à lui, rejoint la circulation systémique et est utilisé comme substrat métabolique par divers tissus périphériques, notamment les muscles et le tissu adipeux.
Les AGCC agissent également comme molécules de signalisation en se liant à des récepteurs couplés aux protéines G, notamment GPR41 (FFAR3) et GPR43 (FFAR2), exprimés sur diverses cellules incluant les entérocytes, les cellules immunitaires et les adipocytes. Par cette voie, ils participent à la régulation de l'inflammation, de l'immunité intestinale, de la satiété et du métabolisme énergétique.
La production d'AGCC dépend étroitement de la composition du microbiote intestinal et de l'apport alimentaire en fibres fermentescibles. Un déficit en AGCC, notamment en butyrate, a été associé à diverses pathologies incluant les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin, le syndrome métabolique, le diabète de type 2 et certains cancers colorectaux. L'enrichissement de l'alimentation en fibres prébiotiques (inuline, oligofructose, amidon résistant) favorise la production d'AGCC et constitue une stratégie nutritionnelle pour maintenir la santé intestinale.
Un acide gras saturé est un acide carboxylique aliphatique comportant typiquement de 12 à 24 atomes de carbone et aucune double liaison carbone-carbone: tous les atomes de carbone sont saturés en hydrogène, la formule semi-développée d'un tel acide gras à n atomes de carbone étant H3C(–CH2)n-2–COOH.
Les molécules de ces composés organiques sont linéaires de longueur variable. Plus les membranes biologiques sont riches en acides gras saturés et plus les lipides qui portent ces acides gras auront tendance à «cristalliser» en formant des réseaux ordonnés dont la fluidité est entravée par de nombreuses liaisons hydrogène; le taux d'acides gras saturés est un moyen de réguler la fluidité des membranes biologiques en fonction de la température. Un excès d'acides gras saturés dans les membranes cellulaires peut cependant altérer leur fonction d'interfaces biologiques entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire, par exemple en réduisant la perméabilité de ces membranes ou en modifiant le comportement de certains récepteurs membranaires.
Représentation 3D de la molécule d'acide myristique, un acide gras du lait de vache à 14 atomes de carbone. Comme tous les acides gras saturés, sa molécule est linéaire, de formule CH3(–CH2)12–COOH.
Un acide gras insaturé est un acide gras qui comporte une ou plusieurs doubles liaisons carbone-carbone. Ces doubles liaisons peuvent être réduites en liaisons covalentes simples par l'addition de deux atomes d'hydrogène, conduisant à un acide gras saturé. Elles introduisent une isomérie cis-trans au niveau de chacune d'elles, la configuration cis étant privilégiée dans les structures biologiques tandis que la configuration trans demeure assez rare dans le milieu naturel et est généralement le fruit d'une manipulation humaine sur la structure des acides gras.
Une configuration trans signifie que les atomes de carbone adjacents à la double liaison sont situés de part et d'autre de cette dernière. La chaîne hydrocarbonée adopte une configuration rectiligne très semblable à celle de l'acide gras saturé correspondant. La plupart des acides gras trans ne sont pas synthétisés naturellement par les organismes vivants et sont produits industriellement par des procédés tels que l'hydrogénation partielle, par exemple dans les procédés de l'industrie agroalimentaire destinés à donner une meilleure tenue aux aliments (viennoiseries plus «croustillantes») et une plus grande résistance au rancissement (à la peroxydation des lipides en particulier), les acides gras insaturés étant particulièrement sensibles à cet égard.
Acides gras cis
Une configuration cis signifie que les atomes de carbone adjacents à la double liaison sont situés du même côté de cette dernière. Cette configuration introduit une courbure de la chaîne hydrocarbonée de l'acide gras tout en réduisant sa flexibilité mécanique. Plus un acide gras possède de doubles liaisons, qui sont naturellement cis, plus sa chaîne aliphatique est tordue et rigide: avec une double liaison, la molécule d'acide oléique(cis-Δ9 18:1) est coudée en son milieu, tandis que, avec deux doubles liaisons, la molécule d'acide linoléique(tout-cis-Δ9,12 18:2) présente une forme gauchie et, avec trois doubles liaisons, la molécule d'acide α-linolénique(tout-cis-Δ9,12,15 18:3) a une forme en crochet.
Ces formes particulières, associées à la plus grande rigidité de ces molécules, réduisent la faculté de ces dernières à constituer des réseaux de molécules ordonnées interagissant entre elles par liaisons hydrogène, ce qui tend à abaisser la température de fusion des structures biologiques qui contiennent de telles molécules, notamment des membranes, dont la fluidité augmente avec leur taux d'acides gras insaturés.
Les acides gras essentiels sont appelés ainsi parce qu'ils ne peuvent être biosynthétisés en quantité suffisante par le corps humain. Parmi ceux-ci, les acides gras oméga-3 et oméga-6 sont des acides gras insaturés dont la première double liaison comptée depuis le méthyle–CH3 terminal se trouve respectivement sur la troisième (ω-3) et sur la sixième (ω-6) liaison carbone-carbone.
Chez l'humain, seuls l'acide α-linolénique (ALA, tout-cis-Δ9,12,15 18:3, un acide gras ω-3) et l'acide linoléique (LA, tout-cis-Δ9,12 18:2, un acide gras ω-6) sont strictement essentiels, car ils ne sont pas synthétisés par l'organisme et doivent par conséquent lui être intégralement fournis par l'alimentation; les autres acides gras qualifiés d'essentiels le sont en réalité selon les circonstances, car ils peuvent être synthétisés par l'organisme à partir d'autres acides gras, mais en quantité qui peut être insuffisante, d'où la nécessité de pallier ce manque éventuel par l'apport alimentaire:
Ces acides gras agissent de manière complexe dans l'organisme. Les métabolites issus des oméga-6 sont pro-inflammatoires, prothrombotiques et hypertenseurs tandis que ceux issus des oméga-3 ont globalement un effet inverse. Le rapport alimentaire optimal entre ces deux classes d'acides gras est généralement estimé entre 1 et 4 fois plus d'oméga-6 que d'oméga-3. Cependant, l'alimentation humaine occidentale apporte en moyenne 16 fois plus d'oméga-6 que d'oméga-3, avec des valeurs pouvant dépasser 30 fois dans certains régimes alimentaires particulièrement déséquilibrés. Un excès trop prononcé d'oméga-6 par rapport aux oméga-3 tendrait à favoriser le développement de diverses maladies telles que les maladies cardiovasculaires, des cancers et diverses maladies inflammatoires et auto-immunes.
Il existe quatre familles d'eicosanoïdes — les prostaglandines, les prostacyclines, les thromboxanes et les leucotriènes —
ayant chacune deux ou trois séries de composés dérivées d'un acide gras essentiel ω-3 ou ω-6:
Rôle métabolique: les acides gras sont une source d'énergie importante pour l'organisme. Ils sont stockés sous forme de triglycérides dans les tissus adipeux. Lors d'un effort, en particulier lors d'un effort de longue durée, l'organisme va puiser dans ces stocks et dégrader les acides gras afin de produire de l'énergie sous forme d'ATP.
Rôle structural: les acides gras servent à la synthèse d'autres lipides, notamment les phospholipides qui forment les membranes autour des cellules et des organites. La composition en acides gras de ces phospholipides donne aux membranes des propriétés physiques (élasticité, viscosité) particulières.
Autres rôles: les acides gras sont stockés sous forme de triglycérides dans les bosses du chameau et de dromadaire. Leur dégradation amène à la formation de l'eau. De cette manière, les acides gras constituent une réserve d'eau pour ces animaux.
La lipogenèse, ou synthèse de novo, qui consiste à synthétiser un acide gras par condensation de molécules d'acide acétiqueCH3–COOH (ou unités acétyleCH3–CO–) à deux atomes de carbone en consommant de l'énergie sous forme d'ATP et du pouvoir réducteur sous forme de NADPH+H+. Les unités acétyle sont activées sous la forme d'acétyl-coenzyme A.
La β-oxydation, qui consiste à dégrader des acides gras en unités acétyle afin de libérer de l'énergie métabolique et du pouvoir réducteur sous la forme d'ATP, de NADH+H+ et de FADH2.
Cette synthèse est consommatrice d'énergie sous forme d'ATP et nécessite comme cofacteurs de la coenzyme A (CoA) et du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP). La coenzyme A permet de faciliter l'utilisation de l'acétate par la cellule. L'acétyl-CoA provient principalement des mitochondries, où elle est synthétisée à partir du pyruvate par le cycle de Krebs. Le NADP est le réducteur de la synthèse des acides gras. De fait, il est oxydé à la fin de la réaction et doit être régénéré.
L'élongation des acides gras saturés au-delà de 16 atomes de carbone est réalisée dans le réticulum endoplasmique et les mitochondries. Dans le premier cas, l'élongation implique des acides gras élongases. Dans le second cas, l'élongation implique paradoxalement certaines enzymes de la lipolyse.
Tous les organismes ne synthétisent pas nécessairement tous les acides gras saturés et insaturés existants. Ainsi, les humains ne peuvent synthétiser l'acide linoléique et l'acide α-linolénique: ces acides gras sont dits essentiels et doivent être apportés par l'alimentation.
Acides gras, nutrition et maladies cardiovasculaires
L'alimentation est une source importante d'acides gras. Cet apport est vital pour maintenir une lipidémie stable et pour fournir au corps les acides gras essentiels. Les acides gras qualifiés d'essentiels incluent les oméga-3 et oméga-6. Le corps humain ne sachant pas les synthétiser, ou les synthétisant en quantité insuffisante, un apport minimal et régulier par l'alimentation est nécessaire.
Actuellement, selon l'AFSSA, l'alimentation apporte assez d'oméga-6 et trop peu d'oméga-3, avec un rapport oméga-3 / oméga-6 insuffisant.
En revanche, de nombreuses études ont montré qu'un excès d'acides gras (en particulier les gras insaturés trans) pouvait avoir des conséquences sur la santé et notamment augmenter de façon très significative les risques de maladies cardiovasculaires. Certaines études portent sur la consommation excessive d'acides gras insaturés trans issus de procédés industriels comme l'hydrogénation partielle d'acides gras d'origine végétale (huiles).
Composition en acides gras de quelques matières grasses,,
Dans un avis publié en 1992, l'American Heart Association (AHA) a fait les recommandations suivantes:
l'apport énergétique quotidien provenant des matières grasses ne devrait pas dépasser 35 à 40% de l'apport journalier recommandé;
ces matières grasses devraient contenir
50% d'acide gras monoinsaturés de type oméga-9
25% d'acide gras polyinsaturés de type oméga-3 et oméga-6
25% d'acides gras saturés;
une partie des acides gras saturés peut être remplacée par des acides gras mono-insaturés.
Nb: Pour les analyses réalisées dans le cadre de la répression des fraudes, on détermine l'origine de la matière grasse en fonction du profil en acides gras, et en fonction des stérols (insaponifiables). Les acides gras à chaîne carbonée impaire sont très minoritaires et ne sont souvent pas quantifiés dans les analyses courantes.
Traceurs dans l'écosystème et la chaîne alimentaire
Certaines sortes de lipides (acides gras, alcools gras, hydrocarbures ou stérols) n'étant produits que par certaines plantes, leur suivi (et/ou celui de leurs descendants métaboliques) dans les réseaux trophiques peut permettre d'identifier des sources et puits de certaines matières organiques dans l'alimentation d'un individu, d'une espèce, d'une population et dans les apports de nutriments ou de carbone dans un compartiment d'un écosystème et d'en mieux comprendre certaines dynamiques(Pimm et al., 1991 cités par Napolitano), en complément d'autres moyens d'études par exemple basé sur l'inspection du contenu stomacal, intestinal ou des fèces, sur des marqueurs biochimiques, immunologiques (Grisley et Boyle, 1985, cités par Napolitano) ou des analyses isotopiques (d'isotopes stables naturels ou de marqueurs isotopiques artificiels (Peterson et Fry, 1987 cités par Napolitano). Quand le lipide (acide gras ici) est métaboliquement stable et/ou qu'il conserve sa structure de base après avoir été digéré ou intégré, il peut permettre de tracer les transferts de carbone et d'énergie dans un réseau trophique, et de par exemple affiner la connaissance des équilibres prédateurs-proies.
Historique
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1804: Nicolas Théodore de Saussure réalise une expérience montrant que l'oxygène peut se condenser à l'huile de lin. Ceci est un premier pas vers la découverte des acides gras insaturés;
1816: Le même savant expérimentateur est le premier à découvrir et affirmer la structure du savon (sels métalliques d'acides gras);
1818: Eugène Chevreul nomme «cholestérine» le lipide découvert par Poulletier de la Salle;
1823: Eugène Chevreul publie son travail Recherches chimiques sur les corps gras d'origine animale, où il décrit pour la première fois de nombreux acides gras, dont les acides butyrique, caproïque, stéarique et oléique;
1903: Wilhelm Normann dépose un brevet pour la «conversion des acides gras insaturés ou de leurs glycérides en composés saturés» par un procédé d'hydrogénation;
1909: découverte de l'acide arachidonique par Percival Hartley;
1913: McCollum et Davis montrent la nécessité de certains lipides dans l'alimentation lors de la croissance;
1930: George et Mildred Burr découvrent que certains acides gras polyinsaturés sont essentiels;
1957: Keys, Anderson et Grande montrent une relation entre le taux de cholestérol sanguin et la prise alimentaire de graisse;
1964: Konrad Bloch et Feodor Lynen reçoivent le prix Nobel de médecine pour «leur découverte concernant le mécanisme de régulation des métabolismes du cholestérol et des acides gras»;
1972: Bang et Dyerberg montrent grâce aux Eskimos du Groenland qui ont des taux bas de cholestérol, de LDL et de triglycérides dans le sang que ceux-ci sont corrélés avec un risque bas d'infarctus du myocarde, en comparaison avec la population danoise;
1982: Sune K. Bergström, Bengt I. Samuelsson et John R. Vane reçoivent le prix Nobel de médecine pour «leur découverte concernant les prostaglandines et les substances biologiquement actives associées»;
1985: Michael S. Brown et Joseph L. Goldstein reçoivent le prix Nobel de médecine pour «leur découverte portant sur la régulation du métabolisme du cholestérol».
Notes et références
↑(en) G.P. MOSS, Glossary of class names of organic compounds and reactivity intermediates based on structure (IUPAC Recommendations 1995), (DOI10.1351/pac199567081307, lire en ligne), p.1335
↑Une exception notable à ces assertions est l'acide heptatriacontylique, C37 qui est présent dans plusieurs plantes et animaux.
↑(en) IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN), «The Nomenclature of Lipids – Recommendations, 1976», European Journal of Biochemistry, vol.79, no1, , p.11-21 (DOI10.1111/j.1432-1033.1977.tb11778.x, lire en ligne)
12(en) Artemis P. Simopoulos, «The importance of the ratio of omega-6/omega-3 essential fatty acids», Biomedicine & Pharmacotherapy, vol.56, no8, , p.365-379 (DOI10.1016/S0753-3322(02)00253-6, lire en ligne)
↑(en) R. De Caterina et G. Basta, «n-3 Fatty acids and the inflammatory response — biological background», European Heart Journal Supplements, vol.3, noSupplement D, , D42-D49 (DOI10.1016/S1520-765X(01)90118-X, lire en ligne)
↑(en) Roy J. Soberman et Peter Christmas, «The organization and consequences of eicosanoid signaling», Journal of Clinical Investigation, vol.111, no8, , p.1107-1113 (DOI10.1172/JCI18338, lire en ligne)
12
Les chiffres des deux dernières colonnes proviennent d'une autre source (Huilerie Noël), citée dans le livre «Le cholestérol: un ennemi qui vous veut du bien» de Catherine Martinez. Ils peuvent être considérés comme cohérents avec les autres sources du tableau à l'exception de l'huile de colza ou la somme oméga-3 + oméga-6 (27-33 g/100g) est supérieure aux chiffres de la colonne des polyinsaturés (21-28 g/100g). Les chiffres figurant dans l'article sur l'huile de colza sont respectivement de 28, 6 et 21 g/100g pour les poly-insaturés, les oméga-3 et les oméga-6.
↑(en) American Heart Association «Guidelines for cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiac care», JAMAVol. 268:2171-302, 1992.
1234Napolitano GE (1999) Fatty acids as trophic and chemical markers in freshwater ecosystems. In Lipids in freshwater ecosystems (pp. 21-44). Springer New York. (résumé)
↑(en) Prout W., «On the ultimate composition of simple alimentary substances, with some preliminary [remarks on the] analyses of organized bodies in general», Annales de chimie et de physique, vol. 36:366-378, 1827.
↑Gobley N.T., «Recherches chimiques sur le jaune d'œuf - Examen comparatif du jaune d'œuf et de la matière cérébrale», J Pharm Chim, vol. 11:409, 1847.
↑(en) Keys A., Anderson J.T. et Grande F., «Prediction of serum-cholesterol responses of man to changes in fats in the diet», Lancet, vol. 2:959-966, 1957
Lubert Stryer, Jeremy Mark Berg, John L. Tymoczko (trad. Serge Weinman), Biochimie, Flammarion, «Médecine-Sciences», Paris, 2003, 5e éd. (ISBN978-2-257-17116-0).
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