| Carnitine | |
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| Structure de la carnitine. | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom UICPA | 3-hydroxy-4-triméthylammonio-butanoate |
| No CAS | 541-15-1 L ouR (–) |
| NoECHA | 100.006.343 |
| No CE | 208-768-0 L ouR (–) |
| Code ATC | A16AA01 |
| PubChem | 288 |
| ChEBI | 17126 |
| SMILES | |
| InChI | InChI :vue 3D InChI=1S/C7H15NO3/c1-8(2,3)5-6(9)4-7(10)11/h6,9H,4-5H2,1-3H3 InChIKey : PHIQHXFUZVPYII-UHFFFAOYSA-N |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | C7H15NO3 [Isomères] |
| Masse molaire[1] | 161,198 9 ± 0,007 8 g/mol C 52,16 %, H 9,38 %, N 8,69 %, O 29,78 %, |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 196 °C[réf. souhaitée] |
| Solubilité | 2,5 g mL−1[réf. souhaitée] |
| Écotoxicologie | |
| DL50 | 7 mg kg−1 (chien)[réf. souhaitée] |
| Données pharmacocinétiques | |
| Biodisponibilité | < 10 %[réf. souhaitée] |
| Liaison protéique | aucune |
| Métabolisme | faible |
| Excrétion | Urine (> 95 %)[réf. souhaitée] |
| Unités duSI etCNTP, sauf indication contraire. | |
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Lacarnitine est unacide γ-aminé nonprotéinogènebiosynthétisé à partir des acides α-aminéslysine etméthionine. Elle joue un rôle majeur dans lecatabolisme deslipides chez lesanimaux, leslevures et lesplantes. Grâce à une fonctionammonium quaternaire, elle permet le transport desacides gras depuis lecytosol vers lamatrice mitochondriale, où ils peuvent ensuite être catabolisésvia laβ-oxydation.
On a estimé qu'elle jouait un rôle dans certaines dégénérescences neurologiques (dont lamaladie d'Alzheimer, lamaladie de Friedreich)[2] et dans l'azoospermie[3]. Elle a deuxstéréoisomères : sa forme biologique est la L-carnitine parfois appelée vitamine B11. La forme D serait biologiquement inactive.
Cette molécule est vendue commecomplément alimentaire (supposée augmenter les performances sportives et/ou faire perdre du poids, avec des effets contestés et non démontrés dans les deux cas)[4],[5],[6],[7].
Cette molécule a été découverte dans le muscle de bœuf en1905 (on la retrouvera dans toutes les cellules d'eucaryotes)[8]. Sa structure biochimique a été déterminée en1927[8]. La carnitine a historiquement été identifiée comme unfacteur de croissance indispensable à la croissance du ver de farine (larve deTenebrio molitor)[8].
La carnitine est synthétisée à partir d’acides aminés tels que la lysine via 4 différentes réactions enzymatiques. Cette voie de biosynthèse semble conservée chez les animaux, les levures et les plantes[9]. Chez les animaux, l'énantiomère L ou R-(–) de la carnitine est synthétisé principalement par lefoie et lesreins à partir delysine et deméthionine. Lavitamine C (ou acide ascorbique) est essentielle pour la synthèse de carnitine. Pendant la croissance et lagrossesse, le besoin de carnitine peut dépasser la quantité produite normalement par le corps.
La carnitine transporte les chaînesacylées desacides gras vers lamatrice mitochondriale. Les chaînes acylées y sontcatabolisées parβ-oxydation (hélice de Lynen) en acétate utilisable afin de former de l'énergie en passant par lecycle de Krebs. Chez certains champignons, la carnitine entre dans une voie denéoglucogenèse. Les acides gras doivent être activés avant de se fixer à la molécule et ainsi former l'acylcarnitine. L'acide gras libre ducytosol est lié par une liaisonthioester à lacoenzyme A (CoA). Cette réaction est catalysée par une enzyme : l'acyl-CoA synthétase, le transfert nécessite uneATPase, il y a donc consommation d'énergie provenant d'une liaison à haut potentiel d'hydrolyse.
Le groupe acyle fixé sur le CoA peut à présent être transféré sur la carnitine, et l'acylcarnitine résultant être transféré à travers la membrane vers la matrice mitochondriale. Les étapes sont les suivantes :
Certaines anomalies génétiques causent un déficit en carnitine, affectant les différentes étapes de ce processus et donc lesvoies métaboliques des acides gras.
La carnitine acyltransférase I subit une inhibitionallostérique à la suite dumalonyl-CoA, un intermédiaire dans la synthèse des acides gras, afin d'éviter un phénomène cyclique entreβ-oxydation (catabolisme) et synthèse des acides gras (anabolisme).
La carnitine intervient également dans le transport de l’acétate contenu dans leperoxysome, issu de la β-oxydation peroxysomale des acides gras de grande taille, vers le cytosol, sous forme d’acétyl-carnitine. Elle intervient aussi dans l’homeostasie duCoenzyme A[10]. Comme d’autres composés à ammonium quaternaire, la carnitine peut également jouer un rôle d’osmolyte, et être impliquée dans la protection de la cellule contre le stress osmotique chez les bactéries, les animaux et les plantes. Chez les plantes oléagineuses, la carnitine joue un rôle dans la germination en permettant la mobilisation et la dégradation des réserves lipidiques et la croissance précoce de la plantule, avant l’acquisition de la capacité à réaliser laphotosynthèse[9].
Avec l'âge, le taux cellulaire de carnitine diminue, affectant le métabolisme desacides gras dans divers tissus, et notamment lesos car le métabolisme desostéoblastes (cellules permettant le renouvèlement des os et la maintenance de la masse osseuse) implique un besoin constant de carnitine.
Les changements du taux plasmatique d'ostéocalcine semblent corrélés à l'activité des ostéoblastes. On remarque une diminution de cette concentration chez des sujets atteints d'ostéoporose ou de femmesménopausées. L'administration de carnitine ou de propionyl-L-carnitine in vivo peut faire augmenter le niveau plasmatique d'ostéocalcine qui diminue régulièrement avec l'âge[11],[12].
La supplémentation en L-carnitine entraîne une réduction des niveaux deprotéine C-réactive (CRP), d'interleukine 6 (IL-6), de facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) et demélondialdéhyde (MDA), et une augmentation de lasuperoxyde dismutase (SOD)[13]. Cependant, aucun effet significatif de la L-carnitine sur laglutathion peroxydase (GPx) et la capacité totale antioxydante (TAC) n'a été constaté[13].
Manger beaucoup deviande rouge estépidémiologiquement associé à un risque accru de mortalité et de problèmescardiovasculaires[14].
Lesgraisses saturées et lecholestérol ont été les premiers suspectés, mais des études impliquent aussi la carnitine. Ainsi, une étude publiée par Nature (2013)[15] a conclu que dans lemicrobiome (la communauté d'environ 100 milliards de bactéries qui vivent dans l'intestin humain et participent activement à ladigestion)[16], certaines des bactéries présentes dans l'intestin des mangeurs de viande (mais non des végétariens) métabolisent la carnitine de la viande rouge induisant une chaîne de réaction conduisant à l'athérosclérose (durcissement des artères)[15].
LeDr Hazen[17], coauteur avait déjà démontré (2011), que certaines bactéries du microbiome pouvaient favoriser l'athérosclérose via la métabolisation de lacholine et de laphosphatidylcholine (protéines présentes dans les œufs et la viande) qu'elles transforment entriméthylamine ensuite métabolisée dans le foie pour créer latriméthylamine N-oxyde, ou TMAO qui favorise l'athérosclérose et la crise cardiaque. La « L-carnitine » est une triméthylamine (proche de la choline)[15]. Chez la souris et chez des volontaires humains, l'ingestion d'un repas de steak de viande rouge est suivie d'une élévation de la teneur sanguine en carnitine et en TMAO ; sauf si un traitementantibiotique tuant les microbes intestinaux leur a été préalablement administré (dans ce cas, le taux sanguin de carnitine s'élève, mais le repas de steak n'induit plus la forte augmentation du taux de TMAO)[15]. Cette TMAO semble donc bien être produit par les bactéries ou nécessiter leur présence, et n'est trouvé que dans les selles d'individus « mangeurs de viande rouge » qui ont des taux élevés de TMAO ; la flore intestinale desvégétariens ne contient pas de bactéries spécialisées dans la digestion de la viande. Des végétariens volontaires n'ont pas produit de TMAO après avoir mangé un repas de steak (ou des pilules de carnitine), ce qui suggère que leurs bactéries ne digèrent pas la carnitine[15]. Un lien a été recherché et trouvé entre la survenue d'une affection cardiaque et le niveau de carnitine et de TMAO chez un panel de plus de 2 500 personnes, mais uniquement chez les personnes ayant un niveau de TMAO élevé, ce qui est corroboré par les expériences faites sur des souris. Le lien de cause à effet n'est pas encore clairement expliqué, mais il semble que la TMAO interfère négativement avec lesenzymes hépatiques qui produisent certaines substances biliaires acides destinées à aider à éliminer l'excès de mauvais cholestérol (LDL)[15]. Deux groupes de bactéries semblent impliquées dans ces effets aggravant les effets du cholestérol :Clostridium etFusobacterium[18].
Chez l'être humain, lastéatohépatite non alcoolique (SHNA) est associée à un accroissement de lalipogenèse, source de malonyl-CoA (M-CoA), l’inhibiteur de l’enzyme clé de la β-oxydation mitochondriale des acides gras (OAGmit) : la carnitinepalmitoyltransférase 1A (CPT1-A)[19].
La carnitine aurait un effet positif sur lediabète de type 2[20].
Lors d'un essai contrôlé, la carnitine a amélioré la qualité du sperme dans certains cas destérilité masculine[21].Elle contribue à la mise en réserve d'énergie du spermatozoïde, lors de son transitépididymaire. Avec unspermogramme, il est alors possible en analysant le taux de carnitine, de déceler une pathologie obstructive.
La carnitine a été utilisée comme complément alimentaire pour perdre du poids (à doser de 2 à 3 g/j), mais« l'effet sur la perte de poids, tant vanté par certains fabricants de suppléments américains, est également controversé »[22], faute d'efficacité scientifiquement démontrée (même en association avec des exercices physiques)[22]. Dans le domaine vétérinaire et de l'alimentation d'animaux domestiques (chat)[23] pour limiter l'obésité induite par les aliments industriels[24].
La L-carnitine et ses sels (acétyle, tartrate, propionyle, etc.) ont aussi été testés pour tenter d'améliorer des performances sportives, dont en coingestion avec de lacaféine[25], avec des effets mitigés et même discutés sur l'athlète[26]. La supplémentation en carnitine semble pouvoir aider l'athlète à utiliser ses graisses comme substrat d'énergie[25], pourrait retarder la sensation de fatigue après l'effort[27], ou diminuer le temps de récupération musculaire (sous forme de tartrate de carnitine)[28], mais tout en semblant sans effet notable sur la performance[29] hormis pour une étude trouvant une amélioration[30].
La L-carnitine réduisant le taux d'hormone thyroïdienne sa supplémentation, parfois recommandée pour des malades immunodéprimés, est toutefois déconseillée aux personnes souffrant d'hypothyroïdie ou de maladie liée à la thyroïde[31],[32].
La supplémentation en l-carnitine a montré des effets bénéfiques sur les résultats inflammatoires et cliniques des patients gravement malades[33].
Les aliments contenant le plus de carnitine sont laviande rouge et lesproduits laitiers. Diverses noix, graines (citrouille,tournesol,sésame), légumes (artichaut,asperge,betterave,brocoli,chou de Bruxelles,chou cavalier,ail,moutarde,gombo,persil,chou frisé), fruits (abricot,banane) et céréales (sarrasin,maïs,millet,avoine,son deriz,seigle, etc.) en contiennent aussi, quoiqu'en quantités bien moindres.
| Aliment | Quantité[34] | Carnitine (mg) |
|---|---|---|
| Steak de bœuf | 100 g | 95 |
| Bœuf haché | 100 g | 94 |
| Porc | 100 g | 27,7 |
| Bacon | 100 g | 23,3 |
| Tempeh | demi tasse | 19,5 |
| Morue | 100 g | 5,6 |
| Blanc de poulet | 100 g | 3,9 |
| Fromage américain | 100 g | 3,7 |
| Crème glacée | 104 mL | 3,7 |
| Lait entier | 104 mL | 3,3 |
| Avocat | de taille moyenne | 2[35] |
| Fromage blanc | 104 mL | 1,1 |
| Pain complet | 100 g | 0,36 |
| Asperge | 100 g | 0,195 |
| Pain blanc | 100 g | 0,147 |
| Macaroni | 100 g | 0,126 |
| Beurre d'arachide | 100 g | 0,083 |
| Riz (cuit) | 100 g | 0,0449 |
| Œufs | 100 g | 0,0121 |
| Jus d'orange | 104 mL | 0,0019 |
