CARDIOLIPINE: STRUCTURE, SYNTHÈSE, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La cardiolipine, également connue sous le nom de diphosphatidylglycérol, est une famille des lipides glicerofosfolípidos et le groupe des poliglicerofosfolípidos. On le trouve dans la membrane mitochondriale des organismes eucaryotes, dans la membrane plasmique de nombreuses bactéries et également dans certaines archées.

Il a été découvert par Pangborn en 1942 à partir de l'analyse des lipides membranaires du tissu cardiaque d'un bovin. Sa structure a été proposée en 1956 et la synthèse chimique a eu lieu environ 10 ans plus tard.

Structure de la cardiolipine (Source: Edgar181 via Wikimedia Commons)

Certains auteurs considèrent que sa présence est limitée aux membranes productrices d'ATP, comme dans le cas des mitochondries chez les eucaryotes, des membranes plasmiques chez les bactéries et des hydrogensomes (organites de type mitochondrial) chez certains protistes.

Le fait que la cardiolipine se trouve dans les mitochondries et dans la membrane plasmique des bactéries a été utilisé pour renforcer les bases de la théorie endosymbiotique, qui stipule que les mitochondries sont apparues dans les cellules progénitrices des eucaryotes par phagocytose d'une bactérie, qui puis il est devenu dépendant de la cellule et vice versa.

Sa voie de biosynthèse chez les animaux a été décrite entre 1970 et 1972 et plus tard, il a été montré que c'est la même voie qui se produit dans les plantes, les levures, les champignons et les invertébrés. Ce n'est pas un lipide très abondant, mais les cellules en ont besoin pour fonctionner correctement.

L'importance de ce phospholipide pour les mitochondries et, par conséquent, pour le métabolisme cellulaire, est évidente lorsque le dysfonctionnement des voies métaboliques qui lui sont associées produit une pathologie humaine connue sous le nom de syndrome de Barth (myopathie cardio-squelettique).

Structure

La cardiolipine ou diphosphatidylglycérol est constituée de deux molécules d'acide phosphatidique (le phospholipide le plus simple) liées entre elles par une molécule de glycérol.

L'acide phosphatidique, l'un des intermédiaires communs dans les voies de biosynthèse d'autres phospholipides, consiste en une molécule de glycérol 3-phosphate, à laquelle deux chaînes d'acides gras sont estérifiées aux positions des carbones 1 et 2, donc il est également connu sous le nom de 1,2-diacylglycérol 3-phosphate.

Par conséquent, la cardiolipine est composée de trois molécules de glycérol: un glycérol central, attaché à un groupe phosphate en carbone 1, un autre groupe phosphate en carbone 3 et un groupe hydroxyle en carbone 2; et deux glycérols «latéraux».

Les deux molécules de glycérol «latérales» sont fixées à la molécule centrale par des «ponts glycérol» à travers leurs carbones en position 3. Au niveau des carbones en positions 1 et 2, deux chaînes d'acides gras de longueur et de saturation sont estérifiées. variable.

La cardiolipine est un lipide qui peut ou non former des bicouches, selon la présence ou l'absence de cations bivalents. Ceci est lié au fait qu'il s'agit d'une molécule symétrique, ce qui la rend importante dans les membranes responsables des processus de transduction d'énergie.

Comme les autres lipides du groupe des polyglycérophospholipides, la cardiolipine possède plusieurs groupes hydroxyles qui peuvent servir à la fixation des acides gras. Par conséquent, il a plusieurs stéréoisomères de position.

Vos acides gras

Différentes études ont déterminé que les acides gras attachés aux molécules de glycérol latérales de la cardiolipine sont généralement insaturés, mais le degré d'insaturation n'a pas été déterminé.

Ainsi, ces acides gras peuvent avoir une longueur de 14 à 22 atomes de carbone et 0 à 6 doubles liaisons. Ceci et le fait que la cardiolipine a quatre molécules d'acides gras liées, implique qu'il peut y avoir plusieurs variables et combinaisons de ce phospholipide.

Synthèse

La biosynthèse de la cardiolipine, comme on pouvait s'y attendre, commence par la synthèse d'acide phosphatidique ou de 1,2-diacylglycérol 3-phosphate à partir de glycérol 3-phosphate et d'acides gras. Ce processus se produit dans les mitochondries des eucaryotes et dans la membrane plasmique des bactéries.

Synthèse chez les eucaryotes

Après sa formation, l'acide phosphatidique réagit avec une molécule à haute énergie analogue à l'ATP: CTP. Ensuite, un intermédiaire, également de haute énergie, appelé phosphatidyl-CMP est formé. Le groupe phosphatidyle activé est transféré au groupe hydroxyle en position C1 de la molécule de glycérol centrale qui sert de squelette.

Ce processus aboutit à une molécule appelée phosphatidylglycérophosphate, qui est hydrolysée pour donner du phosphatidylglycérol. Celui-ci reçoit un autre groupe phosphatidyle activé par une autre molécule de phosphatidyl-CMP, une réaction catalysée par une phosphatidyltransférase également connue sous le nom de cardiolipine synthase.

L'enzyme cardiolipine synthase réside dans la membrane mitochondriale interne et semble former un grand complexe, au moins dans la levure. Son gène est exprimé en grande quantité dans les tissus riches en mitochondries comme le cœur, le foie et le muscle squelettique des vertébrés.

La régulation de son activité dépend, dans une large mesure, des mêmes facteurs de transcription et facteurs endocriniens qui modulent la biogenèse mitochondriale.

Une fois synthétisée dans la membrane mitochondriale interne, la cardiolipine doit être transférée vers la membrane mitochondriale externe de sorte qu'une série de processus topologiques se déroulent dans la membrane et que d'autres éléments structurels de celle-ci soient accueillis.

Synthèse chez les procaryotes

La teneur en cardiolipine des bactéries peut être très variable et dépend principalement de l'état physiologique des cellules: elle est généralement moins abondante en phase exponentielle de croissance et plus abondante en cas de réduction (en phase stationnaire par exemple).

Sa voie de biosynthèse peut être déclenchée par différents stimuli stressants tels que les déficits énergétiques ou le stress osmotique.

Jusqu'à la formation du phosphatidylglycérol, le processus chez les eucaryotes et les procaryotes est équivalent, mais chez les procaryotes, le phosphatidylglycérol reçoit, par transestérification, un groupement phosphatidyle d'une autre molécule de phosphatidylglycérol. Cette réaction est catalysée par une enzyme de type phospholipase D également connue sous le nom de cardiolipine synthase.

Cette réaction est connue sous le nom de réaction de «transphosphatidylation» (de l'anglais «transphosphatidylation»), où l'un des phosphatidylglycérols agit en tant que donneur du groupement phosphatidyl et l'autre en tant qu'accepteur.

Caractéristiques

Les caractéristiques physiques des molécules de cardiolipine permettent apparemment certaines interactions qui jouent un rôle important dans l'organisation structurale des membranes où elles se trouvent.

Parmi ces fonctions se trouvent la discrimination de certains domaines membranaires, l'interaction ou «crossover» avec des protéines transmembranaires ou leurs sous-domaines, entre autres.

Grâce à ses caractéristiques physico-chimiques, la cardiolipine est reconnue comme un lipide qui ne forme pas de bicouche, mais dont la fonction peut être de stabiliser et «accueillir» les protéines transmembranaires dans les bicouches lipidiques.

Ses caractéristiques électriques, en particulier, lui confèrent des fonctions dans les processus de transfert de protons qui ont lieu dans les mitochondries.

Bien que les cellules puissent survivre sans ce phospholipide, certaines études ont déterminé qu'il est nécessaire à leur fonctionnement optimal.

Références

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