td lv 213 2 parties: -enzymes impliquées dans le métabolisme des acides gras chez les microalgues...

TD LV 213

2 parties:

-Enzymes impliquées dans le métabolisme des acides gras chez les microalgues et leurs applications en biotechnologie

-La stimulation de l’immunité innée chez les plantes. Un exemple d’application: Iodus 40 (“Vacciplant”)Macrolagues, oligosaccharides

CNAP

Enzymes impliquées dans le métabolisme des acides gras chez les microalgues et leurs applications en biotechnologie

Production d’acides gras oméga 3, dont l’acide docosahexaenoïque (DHA)

Plan du TD oméga 3

-Rappels sur les acides gras et les lipides en général

-Pourquoi s’intéresser aux oméga 3

-Acides gras présents dans le poisson, les plantes et les microalgues

-Comment utiliser les microalgues pour faire produire des acides gras oméga 3 par des plantes transgéniques

- CH3-(CH2)n-COOH: saturaté

-désaturé: introduction de doubles liaisons par des enzymes appelées désaturases-hydroxylation

-époxydation

Jaworski and Cahoon, COPB, 2003

Comparison of (a) the chemical structures of fatty acids that occur widely in seeds and (b) ‘unusual’ fatty acids that occur in the seeds of a limited number of plants. The five fatty acids in (a) are primary components of vegetable oils derived from major oilseed crops such as soybean and canola. The fatty acids in (b) are examples of the hundreds of unusual fatty acids that occur in the seed oils of diverse plant species, most of which have limited agronomic value.

Quelques rappels sur les lipides

Quelques rappels sur les lipides

- Acides gras: saturatés, désaturés, hydroxylés

- Glycérolipides (phospholipides, galactolipides, triacylglycérols)glycérol + acides gras + sucre, phosphate, choline, sérine

- Stérols

- Sphingolipides (molécules de signal chez les plantes et les animaux)

OHH

H

OHH

OHH

H

2

1

3

CH3

COOH

Oméga 3 (= n-3 fatty acids): EPA et DHA

EPA, acide eicosapentaenoïque = 20:5Δ5,8,11,14,17 = 20:5n-3

DHA, acide docosahexaenoïque = 22:6Δ4,7,10,13,16,19 = 22:6n-3

Oméga 6 (= n-6 fatty acids): ARA: acid arachidonique = 20:4Δ5,8,11,14 = 20:4n-6

Et élongation à partir de l’extrémité COOH par des enzymes appelées élongases

Nomenclature: - Δ, à partir du COOH

- omega ou n, à partir du CH3

19 16 13 10 7 4 1

COOH

CH3

1 2 3

CH3

COOH

1 2 3 4 5 6

Structure des phospholipides (phosphatidylcholine)

Production et structure des triacylglycérols (TAG, huile)

Acides gras

Coenzyme A

Acyl-CoA=

Acide gras activé

Incorporation dans les TAG

Acyl-CoA synthétase

26:0

28:0

30:0

elo

elo: elongase

X: X-desaturase

26:0

28:0

30:0

elo

elo: elongase

X: X-desaturase

Synthèse des lipides : 3 compartiments cellulaires

Pourquoi s’intéresser aux acides gras oméga 3?

-Acides gras spécifiques des poissons gras (hareng, sardine), et que l’on retrouve dans des organes spécifiques (les yeux, le cerveau)

-Les mammifères, dont les humains, n’ont qu’une capacité limitée à produire ces acides gras nous devons donc les obtenir au cours de notre alimentation

-Certaines maladies génétiques humaines sont liées à l’incapacité de l’organisme à produire ces acides gras

-Les acides gras trouvées dans les huiles de poisson ne sont pas les mêmes que ceux présents dans les huiles végétales

-Certains acides gras contenus dans les huiles de poisson ont un rôle vital dans le développement des nouveau-nés.

Pourquoi s’intéresser aux acides gras oméga 3 ?

Les huiles de poisson peuvent permettre de prévenir certaines maladies humaines

-L’ingestion quotidienne d’huiles de poisson peut limiter les risques d’apparition de diabètes de type II et de maladies cardio-vasculaires

-Les huiles de poisson peuvent éviter les rechutes d’accidents cardiaques

-Les huiles de poisson peuvent ralentir la progression du syndrome métabolique (ensemble de pathologies pouvant entraîner l’obésite, des maladies cardio-vasculaires, l’obésité)

-Les acides gras contenus dans les huiles de poisson peuvent diminuer les douleurs arthritiques

LC-PUFAs dans la santé humaine:

- précurseurs des eicosanoïdes: prostaglandines et thromboxanes

- regulation du système immunitaire, coagulation du sang, neurotransmission, métabolisme du cholestérol

- eicosanoïdes dérivés des n-6 (pro-inflammatoire) # eicosanoïdes dérivés des n-3 (anti-inflammatory)

-n-3 LC-PUFAs:

- Facteurs de protection par rapport à certaines pathologies humaines, telles que les maladies cardiovasculaires (Communauté Inuit)

- diminution du risque d’apparition du syndrome métabolique (= syndrome X, insulin resistance syndrome, dysmetabolic syndrome): ensemble de pathologies indicant une progression vers des maladies cardiovasculaire, le diabète de type II, l’obésité

- Développement des centres nerveux, du cerveau, des yeux … recommendation pour l’addition de ces acides gras dans les aliments pour nouveau-nés

Bibliographie très abondante sur les effets positifs des ces acides gras en santé humaine

demande de plus en plus importante

DHA: Docosahexaenoic acid: 22:6Δ4,7,10,13,16,19 = 22:6n3

EPA: Eicosapentaenoic acid: 20:5Δ5,8,11,14,17 = 20:5n3

long chain n-3 polyunsaturated fatty acids (omega 3 LC-PUFAs) en anglais

Quelques généralités sur les acides gras polydésaturés?

20:3n-3

16:0palmitic

18:0

stearic

20:4n-6

arachidonic

20:3n-6

dihomo-γ-linolenic

18:3n-6

γ-linolenic

16:1palmitoleic

18:1oleic

20:1eicosenoic

22:1erucic

24:0lignoceric

22:0behenic

20:0arachidic 20:2n-6

eicosadienoic

18:2n-6

linoleic

22:6n-3

docosahexaenoic, DHA

18:3n-3

α-linolenic

18:4n-3stearidonic

20:4n-3

eicosatetraenoic

20:5n-3

eicosapentaenoic, EPA

22:5n-3

ω3-docosapentaenoic

22:4n-6

adrenic

22:5n-6

ω6-docosapentaenoic

elo elo

Δ7des

Δ12des

Δ9elo Δ6deselo

elo

elo

elo

elo

Δ6eloΔ8des

Δ15des

Δ15des

Δ9elo

Δ8des

Δ17des

Δ17des

Δ17des

Δ19des

Δ6des

Δ6elo

Δ5elo

Δ5desΔ5des

Δ4des Δ4des

Δ9des

eicosatrienoic

Schéma général de biosynthèse des acides gras à longue chaîne

Oméga 6 Oméga 3

elo=élongase

des=désaturase

Δ5elo

-Les mammifères doivent obtenir par leur régime alimentaire deux acides gras qu ’ils ne sont pas capables de synthétiser:

l’acide linoléϊque (LA, 18:2n-6)l’acide α-linolénique (ALA, 18:3n-3)

Ils sont appelés Essential Fatty Acids (EFAs)

Quelques généralités sur les acides gras polydésaturés?

16:0palmitic

18:0

stearic

16:1palmitoleic

18:1oleic

20:1eicosenoic

22:1erucic

24:0lignoceric

22:0behenic

20:0arachidic

18:2n-6

linoleic

18:3n-3

α-linolenic

elo elo

Δ7des

Δ12des

elo

elo

elo

elo

elo

Δ15desΔ9des

Synthèse d’acides gras polydésaturés chez les plantes (à quelques exceptions près)

Oméga 6 Oméga 3

elo=élongase

des=désaturase

16:0palmitic

18:0

stearic

20:4n-6

arachidonic

20:3n-6

dihomo-γ-linolenic

18:3n-6

γ-linolenic

16:1palmitoleic

18:1oleic

18:2n-6

linoleic

22:6n-3

docosahexaenoic, DHA

18:3n-3

α-linolenic

18:4n-3stearidonic

20:4n-3

eicosatetraenoic

20:5n-3

eicosapentaenoic, EPA

22:5n-3

ω3-docosapentaenoic

24:5n-3

22:5n-6

elo elo

Δ7des

Δ12des

Δ6des

Δ6elo

Δ15des

Δ6des

Δ6elo

Δ5desΔ5des

Δ6des

Δ9des

Synthèse des acides gras polydésaturés chez les mammifères

Oméga 6 Oméga 3

Δ5elo

Δ7elo

à partir de l’alimentation: Essential Fatty Acids (EFA)

Peroxisomal ß-oxidation

« Sprecher » pathway

elo=elongase

des=desaturase

(18:2n-6 et 18:3n-3 are present in plants)

-Les mammifères doivent obtenir par leur régime alimentaire deux acides gras qu ’ils ne sont pas capables de synthétiser:

l’acide linoléϊque (LA, 18:2n-6)l’acide α-linolénique (ALA, 18:3n-3)

Ils sont appelés Essential Fatty Acids (EFAs)

-Seulement 1% des EFA sont converties en LC-PUFAs chez les mammifères

-Les huiles extraites de plantes ne contiennent pas de LC-PUFAs

-Les huiles de poisson sont riches en acides gras polydésaturés à longue chaîne (LC-PUFAs): EPA et DHA

Quelques généralités sur les acides gras polydésaturés?

-Les mammifères doivent obtenir par leur régime alimentaire deux acides gras qu ’ils ne sont pas capables de synthétiser:

l’acide linoléϊque (LA, 18:2n-6)l’acide α-linolénique (ALA, 18:3n-3)

Ils sont appelés Essential Fatty Acids (EFAs)

-Seulement 1% des EFA sont converties en LC-PUFAs chez les mammifères

-Les huiles extraites de plantes ne contiennent pas de LC-PUFAs

-Les huiles de poisson sont riches en acides gras polydésaturés à longue chaîne (LC-PUFAs): EPA et DHA

-En fait, les poissons ne synthétisent pas les LC-PUFAs, ils les obtiennent au cours de leur alimentation: microalgues au début de la chaîne alimentaire

Quelques généralités sur les acides gras polydésaturés?

Considérations socio-économiques

À considérer:

-Rôle important des huiles de poissons en santé humaine et alimentation-ces huiles protègent contre les maladies cardiaques et le syndrome métabolique-Les huiles végétales ne peuvent pas apporter le même niveau de protection et les mêmes effets positifs sur la santé

Mais:

-Les stocks de poisson naturels s’épuisent et problème de pollution

Considérations socio-économiques

À considérer:

-Rôle important des huiles de poissons en santé humaine et alimentation-ces huiles protègent contre les maladies cardiaques et le syndrome métabolique-Les huiles végétales ne peuvent pas apporter le même niveau de protection et les mêmes effets positifs sur la santé

Mais:

-Les stocks de poisson naturels s’épuisent et problème de pollution-L’aquaculture des poissons nécessite des huiles de poisson, et utilise la majeure partie des quantités d’huiles de poisson produites-L’aquaculture des poissons ne peut pas utiliser les huiles végétales

il est donc nécessaire de trouver une voie alternative de production d’huiles de poisson pour l’alimentation humaine et l’aquaculture

Les microalgues?

20:3n-3

16:0palmitic

18:0

stearic

20:4n-6

arachidonic

20:3n-6

dihomo-γ-linolenic

18:3n-6

γ-linolenic

16:1palmitoleic

18:1oleic

20:1eicosenoic

22:1erucic

24:0lignoceric

22:0behenic

20:0arachidic 20:2n-6

eicosadienoic

18:2n-6

linoleic

22:6n-3

docosahexaenoic, DHA

18:3n-3

α-linolenic

18:4n-3stearidonic

20:4n-3

eicosatetraenoic

20:5n-3

eicosapentaenoic, EPA

22:5n-3

ω3-docosapentaenoic

22:4n-6

adrenic

22:5n-6

ω6-docosapentaenoic

elo elo

Δ7des

Δ12des

Δ9elo Δ6deselo

elo

elo

elo

elo

Δ6eloΔ8des

Δ15des

Δ9elo

Δ8des

Δ6des

Δ6elo

Δ5elo

Δ5desΔ5des

Δ4des Δ4des

Δ9des

eicosatrienoic

Synthèse des acides gras polydésaturés chez les microalgues

Oméga 6 Oméga 3

elo=élongase

des=désaturase

Δ5elo

Oméga 3 désaturase

-Culture en fermenteurs (80 000 à 260 000 litres) des microalgues Crypthecodinium cohnii and Schizochytrium

-Récolte des cellules par centrifugation

-La biomasse ainsi concentrée est séchée.

-Biomasse séchée broyée en fines particules

-Incubation du broyat en présence de solvants pour extraire l’huile (acides gras)

-Evaporation du solvant huile brute

-Traitements supplémentaires (raffinage = élimination des acides gras libres et des phospholipides ; bleaching/décoloration = élimination des composés responsables de la couleur de l'huile tels la chlorophylle et les pigments caroténoïdes ; élimination des odeurs)

-Produit final = huile riche en DHA, claire et de couleur ambre

Production d’huiles à partir de microalgues

http://www.martekbio.com/

Comment sont obtenus l’EPA et le DHA ?

Jusqu’à maintenant…

poisson microalgues

extraction de DHA et EPA

extraction of DHA, EPA

Mais: - diminution des stocks naturels de poisson

- pollution

- aquaculture (problèmes environnementaux)

Mais: - coût élevé

- problème de rendement

- variation de production

Comment sont obtenus l’EPA et le DHA ?

Bientôt ???

microalgues

plantes transgéniques

EPA, DHA

Huiles végétales

gènes