DIACYLGLYCÉROL: STRUCTURE, BIOSYNTHÈSE, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Le diacylglycérol ou 1,2-diacylglycérol, est un intermédiaire dans la synthèse des phospholipides appartenant au groupe des glycérophospholipides ou phosphoglycérides, molécule lipidique simple qui partage la caractéristique commune d'avoir une molécule de glycérol comme squelette principal.

Elle est cruciale pour tous les organismes vivants, à tel point que les produits génétiques nécessaires à sa synthèse sont essentiels à la viabilité des cellules et que leurs niveaux sont strictement réglementés au sein de la cellule.

Projection de Fisher pour le diacylglycérol (Source: Mzaki via Wikimedia Commons)

Les bactéries, levures, plantes et animaux sont capables de métaboliser le diacylglycérol et d'extraire de l'énergie des acides gras estérifiés à deux de ses atomes de carbone, c'est pourquoi il représente également un réservoir d'énergie.

Le diacylglycérol participe à la fois à l'établissement de la structure de la bicouche lipidique qui constitue l'ensemble des membranes biologiques, ainsi qu'au métabolisme intermédiaire des autres lipides et à diverses voies de signalisation en tant que second messager.

Son dérivé activé, le CDP-diacylglycérol (le CDP est un analogue de l'ATP, une molécule à haute énergie), est un précurseur important dans la synthèse de nombreux autres lipides membranaires.

Avec la découverte des enzymes liées à ce lipide, il a été déterminé que les réponses cellulaires qui en dépendent sont assez complexes, en plus d'avoir de nombreuses autres fonctions, peut-être inconnues, par exemple dans différentes voies métaboliques.

Structure

Le diacylglycérol, tel que son caractère lipidique l'établit, est un composé amphipathique, car il possède deux chaînes aliphatiques apolaires hydrophobes et une région polaire hydrophile ou "tête", composée du groupe hydroxyle libre.

La structure de ce composé est assez simple: le glycérol, un alcool à trois atomes de carbone et à trois groupes hydroxyle, se lie, par l'intermédiaire des atomes d'oxygène associés aux carbones en positions 1 et 2, à deux chaînes d'acides gras. (par liaisons esters), qui constituent les chaînes apolaires.

Le groupe polaire correspond alors au groupe hydroxyle non lié, celui en position C3 de la molécule de glycérol.

Comme il ne possède pas de groupements polaires "supplémentaires", le diacylglycérol est un petit lipide, et sa composition "simple" lui confère des propriétés très particulières dans l'exercice de ses multiples fonctions.

Biosynthèse

La synthèse de novo du diacylglycérol peut se produire de deux manières:

1. Le premier provient de la mobilisation des triglycérides et implique la synthèse de diacylglycérol à partir de glycérol 3-phosphate.
2. Le second est du phosphate de dihydroxyacétone, un intermédiaire glycolytique produit dans l'étape catalysée par l'enzyme aldolase, où le fructose 1,6-bisphosphate est clivé en glycéraldéhyde 3-phosphate et dihydroxyacétone phosphate.

Dans les deux cas, le glycérol 3-phosphate et le dihydroxyacétone phosphate doivent subir des modifications qui impliquent des étapes d'acylation (addition de groupes acyle ou de chaînes d'acides gras), formant d'abord l'acide lysophosphatidique (avec une seule chaîne) puis l'acide phosphatidique (avec deux chaînes).

L'acide phosphatidique est l'un des phospholipides les plus simples, car il est composé d'une molécule de 1,2-diacylglycérol à laquelle un groupe phosphate a été attaché à la position C3 du glycérol par une liaison phosphodiester.

Le groupement phosphate dans cette position est hydrolysé par l'action d'enzymes phosphatidiques acides phosphohydrolases (PAP, de l'anglais «Phosphatidic Acid Phosphohydrolases»).

Pendant les deux voies de production de diacylglycérol, les chaînes d'acides gras sont ajoutées séquentiellement et dans des compartiments subcellulaires séparés. L'un est ajouté dans les mitochondries et les peroxysomes et l'autre dans le réticulum endoplasmique.

Autres voies de synthèse

Le diacylglycérol n'est pas seulement produit par synthèse de novo dans les cellules: il existe des voies alternatives qui le synthétisent à partir de phospholipides préexistants et grâce à l'action d'enzymes telles que la phospholipase C, la phospholipase D et la sphingomyéline synthase.

Le diacylglycérol produit par ces voies alternatives n'est pas utilisé à des fins métaboliques, c'est-à-dire pour obtenir de l'énergie à partir de la β-oxydation des acides gras des chaînes non polaires, mais principalement à des fins de signalisation.

Caractéristiques

Le diacylglycérol remplit de multiples fonctions dans différents contextes cellulaires. Ces fonctions comprennent sa participation en tant que molécule précurseur d'autres lipides, au métabolisme énergétique, en tant que messager secondaire, et des fonctions structurelles, entre autres.

En tant que lipide précurseur

Il a été déterminé que le diacylglycérol peut être un précurseur d'autres phospholipides, spécifiquement la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylcholine. Le processus se produit en transférant des alcools activés vers l'hydroxyle en position C3 de la molécule de diacylglycérol.

Ce lipide peut également être utilisé pour produire des triglycérides par estérification d'un autre acide gras en position 3 carbones de la partie glycérol, réaction catalysée par les diacylglycérol acyl transférases présentes dans le réticulum endoplasmique ou dans la membrane plasmique.

Grâce à l'action des enzymes diacylglycérol kinases, le diacylglycérol peut être la molécule précurseur de l'acide phosphatidique en raison de l'union d'un groupe phosphate sur le carbone C3; l'acide phosphatidique, à son tour, est l'un des précurseurs essentiels de la plupart des glycérophospholipides.

Métabolique

Le diacylglycérol fonctionne non seulement comme une molécule précurseur d'autres phospholipides, auxquels des groupes de nature différente peuvent être ajoutés à l'hydroxyle en position C3, mais l'une de ses principales fonctions est également de servir de source d'acides gras pour l'acquisition d'énergie par β-oxydation.

De construction

Comme d'autres lipides présents dans les membranes biologiques, le diacylglycérol a, entre autres fonctions, des implications structurelles qui le rendent important pour la formation de bicouches et d'autres lipides tout aussi importants du point de vue structurel.

Dans la signalisation cellulaire

De nombreux signaux intracellulaires qui se produisent en réponse à divers types de stimuli entraînent la génération immédiate de molécules de diacylglycérol, pour lesquelles la cellule utilise de nombreuses protéines responsables de la signalisation dépendante du diacylglycérol.

Cette «voie» de signalisation implique la production, l'élimination et la réponse. Ensuite, la durée et l'intensité d'un signal donné sont déterminées par la modification du diacylglycérol dans les membranes.

De plus, le diacylglycérol produit lors de l'hydrolyse du phosphatidylinositol et ses dérivés phosphorylés sont un second messager important pour les voies de signalisation de nombreuses hormones chez les mammifères.

Références

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Biologie cellulaire essentielle. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Carrasco, S., et Mérida, I. (2006). Diacylglycérol, quand la simplicité devient complexe. Trends in Biochemical Sciences, 1–10.
3. Fox, SI (2006). Physiologie humaine (9e éd.). New York, États-Unis: McGraw-Hill Press.
4. Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Éditeurs Neil Patterson.
5. Vance, JE et Vance, DE (2008). Biochimie des lipides, lipoprotéines et membranes. In New Comprehensive Biochemistry Vol.36 (4e éd.). Elsevier.