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