Unacide gras est unacide carboxylique à chaînealiphatique. Les acides gras naturels possèdent unechaîne carbonée de 4 à 36 atomes decarbone (rarement au-delà de 28[1]) et habituellement en nombre pair, car labiosynthèse des acides gras, catalysée par l'acide gras synthase, procède en ajoutant de façon itérative des groupes de deux atomes de carbone grâce à l'acétyl-CoA[2]. Par extension, le terme est parfois utilisé pour désigner tous les acides carboxyliques à chaîne hydrocarbonéenon-cyclique. On parle d'acides grasà longue chaîne pour une longueur de 14 à 24 atomes de carbone età très longue chaîne s'il y a plus de 24 atomes de carbone. Les acides gras sont présents dans lesgraisses animales et lesgraisses végétales, leshuiles végétales ou lescires, sous forme d'esters[3].
Ils constituent également des sources importantes d'énergiemétabolique : les acides gras permettent aux êtres vivants de stocker environ37kJ d'énergie (9kcal) par gramme de lipides, contre environ17kJ pour lesglucides (4kcal). Ils sont stockés par l'organisme sous forme detriglycérides, dans lesquels trois molécules d'acides gras forment unester avec unrésidu deglycérol. 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 descellules : laβ-oxydation suivie de la dégradation par lecycle de Krebs d'unacide gras saturé àn = 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 doncp = 8).
Les acides gras peuvent êtresynthétisés par l'organisme à travers un ensemble de processusmétaboliques appeléslipogenèse. Ils sont également apportés en grande quantité par l'alimentation. En moyenne, les besoins énergétiques quotidiens s'élèvent à2 000kcal pour une femme et2 500kcal pour un homme adulte[4], dont les matières grasses ne devraient idéalement pas représenter plus de 35 %[5], soit65g pour une femme et90g pour un homme adulte[6]. L'alimentation humaine occidentale apporte néanmoins bien davantage de matières grasses, les valeurs annuelles individuelles pour laFrance, toutes tranches d'âges confondues, s'élevant en moyenne à125g par jour et par personne[7], autrement dit 160 % de la quantité maximale recommandée pour un adulte.
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 undiastéréoisomère précis d'un acide gras donné.
Exemples : acidecis-9-hexadécénoïque ou acide (Z)-hexadéc-9-énoïque pour l'acide palmitoléique.
Nomenclature Δx : la nomenclature « delta-x » concerne lesacides gras insaturés, pour lesquels chaquedouble liaison est indiquée par le signe Δ précédé de saconfigurationcis outrans et suivi en exposant par la position de la double liaison le long de la chaîne aliphatique de l'acide gras depuis l'extrémitécarboxylique –COOH de la molécule.
Exemples : acidecis-Δ9-hexadécénoïque pour l'acide palmitoléique ; acidecis-Δ9,cis-Δ12-octadécadiénoïque, acidecis,cis-Δ9Δ12-octadécadiénoïque, acidecis,cis-Δ9,12-octadécadiénoïque, ou encore acidetout-cis-Δ9,12-octadécadiénoïque pour l'acide linoléique.
Nomenclature biochimique : enbiochimie, les acides gras sont souvent désignés par des numéros de la formeC:D dans laquelleC représente le nombre d'atomes decarbone de l'acide etD le nombre dedoubles liaisons qu'il contient. Cette désignation est très souvent complétée par une mention de la formen-x dans laquellen symbolise le nombre d'atomes de carbone etx la position de la première double liaison comptée depuis l'extrémitéméthyle–CH3 de la molécule — c'est-à-dire dans l'autre sens que celui qui prévaut pour la nomenclature IUPAC et lanomenclature Δx. Dans le grand public, la désignationn-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 numérosC:Dn-x, mais des acides gras de mêmes numéros auront souvent des propriétés biochimiques ou physiologiques semblables : lesoméga-3 etoméga-6 sont ainsi bien connus du public pour leurs effets sur la santé.
Numérotation des atomes de carbone de l'acide stéaridonique, un acide grasoméga-3, selon les nomenclatures chimique (en bleu) et biochimique (en rouge).
Unacide gras saturé est un acide carboxylique aliphatique comportant typiquement de 12 à 24 atomes de carbone et aucunedouble liaison carbone-carbone : tous les atomes de carbone sont saturés en hydrogène, laformule semi-développée d'un tel acide gras àn atomes de carbone étantH3C(–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 nombreusesliaisons 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 lecytoplasme et lemilieu extracellulaire, par exemple en réduisant la perméabilité de ces membranes ou en modifiant le comportement de certainsrécepteurs membranaires.
Représentation 3D de la molécule d'acide myristique, un acide gras dulait de vache à 14 atomes de carbone. Comme tous lesacides gras saturés, sa molécule est linéaire, de formuleCH3(–CH2)12–COOH.
Unacide gras insaturé est un acide gras qui comporte une ou plusieursdoubles 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 uneisomériecis-trans au niveau de chacune d'elles, la configurationcis étant privilégiée dans les structures biologiques tandis que la configurationtrans demeure assez rare dans le milieu naturel et est généralement le fruit d'une manipulation humaine sur la structure des acides gras.
Une configurationtrans 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 desacides grastrans 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 aurancissement (à laperoxydation des lipides en particulier), les acides gras insaturés étant particulièrement sensibles à cet égard.
Une configurationcis 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 naturellementcis, 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 parliaisons hydrogène, ce qui tend à abaisser la température de fusion des structures biologiques qui contiennent de telles molécules, notamment desmembranes, dont la fluidité augmente avec leur taux d'acides gras insaturés.
Lesacides gras essentiels sont appelés ainsi parce qu'ils ne peuvent êtrebiosynthétisés en quantité suffisante par le corps humain. Parmi ceux-ci, les acides grasoméga-3 etoméga-6 sont desacides gras insaturés dont la premièredouble liaison comptée depuis leméthyle –CH3 terminal se trouve respectivement sur la troisième(ω-3) et sur la sixième(ω-6) liaisoncarbone-carbone.
Chez l'humain, seuls l'acideα-linolénique (ALA,tout-cis-Δ9,12,15 18:3, un acide grasω-3) et l'acide linoléique (LA,tout-cis-Δ9,12 18:2, un acide grasω-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. Lesmétabolites issus desoméga-6 sontpro-inflammatoires,prothrombotiques ethypertenseurs tandis que ceux issus desoméga-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 plusd'oméga-6 qued'oméga-3[9]. Cependant, l'alimentation humaine occidentale apporte en moyenne 16 fois plusd'oméga-6 qued'oméga-3[9], avec des valeurs pouvant dépasser 30 fois dans certains régimes alimentaires particulièrement déséquilibrés. Un excès trop prononcéd'oméga-6 par rapport auxoméga-3 tendrait à favoriser le développement de diversesmaladies telles que lesmaladies cardiovasculaires, descancers et diverses maladies inflammatoires etauto-immunes.
L'activité physiologique de ces différentes séries rend largement compte des effets que peuvent avoir les acides grasω-3 etω-6 sur la santé[10],[11],[12].
Rôle métabolique : les acides gras sont une source d'énergie importante pour l'organisme. Ils sont stockés sous forme detriglycérides dans lestissus 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 lesphospholipides qui forment lesmembranes autour descellules et desorganites. 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 duchameau et dedromadaire. Leur dégradation amène à la formation de l'eau. De cette manière, les acides gras constituent une réserve d'eau pour ces animaux.
Lalipogenèse, ou synthèsede novo, qui consiste à synthétiser un acide gras par condensation de molécules d'acide acétique CH3–COOH (ou unitésacétyle CH3–CO–) à deux atomes de carbone en consommant de l'énergie sous forme d'ATP et du pouvoir réducteur sous forme deNADPH+H+. Les unités acétyle sont activées sous la forme d'acétyl-coenzyme A.
Laβ-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, deNADH+H+ et deFADH2.
Cette synthèse est consommatrice d'énergie sous forme d'ATP et nécessite commecofacteurs de lacoenzyme A (CoA) et dunicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP). Lacoenzyme A permet de faciliter l'utilisation de l'acétate par la cellule. L'acétyl-CoA provient principalement desmitochondries, où elle est synthétisée à partir dupyruvate par lecycle de Krebs. Le NADP est leréducteur 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 leréticulum endoplasmique et lesmitochondries. Dans le premier cas, l'élongation implique desacides 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'acideα-linolénique : ces acides gras sont ditsessentiels 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 unelipidémie stable et pour fournir au corps lesacides gras essentiels. Les acides gras qualifiés d'essentiels incluent lesoméga-3 etoméga-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 lesgras insaturéstrans) pouvait avoir des conséquences sur la santé et notamment augmenter de façon très significative les risques demaladies cardiovasculaires[14]. Certaines études portent sur la consommation excessive d'acides gras insaturéstrans issus de procédés industriels comme l'hydrogénation partielle d'acides gras d'origine végétale (huiles).
Composition en acides gras de quelques matières grasses[15],[16],[17]
Dans un avis publié en 1992[20], 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 lesréseaux 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[21]), 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[21]) ou des analyses isotopiques (d'isotopes stables naturels ou de marqueurs isotopiques artificiels (Peterson et Fry, 1987 cités par Napolitano[21]). 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 unechaîne alimentaire, et de par exemple affiner la connaissance d'unerelation prédateur-proie[21].
1804:Nicolas Théodore de Saussure réalise une expérience montrant que l'oxygène peut se condenser à l'huile de lin[23]. 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 dusavon (sels métalliques d'acides gras).
1818 :Eugène Chevreul nomme « cholestérine » le lipide découvert par Poulletier de la Salle;
1823 :Eugène Chevreul publie son travailRecherches 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[24];
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[28];
1913: McCollum et Davis montrent la nécessité de certains lipides dans l'alimentation lors de la croissance[29];
1930: George et Mildred Burr découvrent que certains acides gras polyinsaturés sontessentiels[30];
1957: Keys, Anderson et Grande montrent une relation entre le taux de cholestérol sanguin et la prise alimentaire de graisse[31];
1964:Konrad Bloch etFeodor Lynen reçoivent le prix Nobel de médecine pour « leur découverte concernant le mécanisme de régulation des métabolismes ducholestérol et des acides gras »[32];
1972: Bang et Dyerberg montrent grâce auxEskimos du Groenland qui ont des taux bas decholestérol, deLDL et detriglycérides dans le sang que ceux-ci sont corrélés avec un risque bas d'infarctus du myocarde, en comparaison avec la population danoise[33];
1982: Sune K. Bergström, Bengt I. Samuelsson et John R. Vane reçoivent le prix Nobel de médecine pour « leur découverte concernant lesprostaglandines et les substances biologiquement actives associées »[34];
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 »[35].
↑a etbLes 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.
↑abc etdNapolitano GE (1999)Fatty acids as trophic and chemical markers in freshwater ecosystems. In Lipids in freshwater ecosystems (pp. 21-44). Springer New York. (résumé)
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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