La structure des lipides et la santé

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La structure d’un acide gras

Définition

Les lipides sont des substances biologiques sans unité structurale bien définie. Ils sont insolubles dans l’eau mais pas dans les solvants organiques (éthanol, éther, etc.). Parmi les lipides, on trouve les acides gras, les triglycérides, les stérols, etc.

A) Les acides gras

Un acide gras est un acide carboxylique constitué d’une chaîne de 4 à 28 atomes de carbone, en général en nombre pair. Il est à longue chaîne pour une longueur de 14 à 24 atomes de carbone et à très longue chaîne au-delà. On le note R—COOH.

Il peut être saturé et il n’y a alors que des liaisons simples :

acide palmitique : CH3(—CH2)14—COOH ;

acide stéarique : CH3(—CH2)16—COOH.

Il peut être insaturé avec une ou plusieurs doubles liaisons C=C :

acide oléique : CH3(—CH2)7CH CH(—CH2)7—COOH ;

acide α-linoléique : CH3(—CH2)3(—CH2CH CH)2(—CH2)7—COOH.

B) Les triglycérides

Les lipides permettent de stocker de l’énergie dans le corps sous forme de triglycérides, qui sont le résultat de la réaction du glycérol CH2OH—CHOH—CH2OH avec trois acides gras R—COOH. On obtient alors un triester :

C) Les stérols

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Les stérols sont des lipides dont le noyau de base est représenté ci-contre. Ils sont considérés comme une sous-classe des stéroïdes.

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L’hydrolyse et la saponification des triglycérides

A) L’hydrolyse des esters

Le groupe fonctionnel ester est constitué de l’enchaînement R—COOR′ où R est soit un atome d’hydrogène soit une chaîne hydrocarbonée et R′ est une chaîne hydrocarbonée. On trouve trois fonctions ester dans les triglycérides.

La réaction d’hydrolyse (coupure par l’eau) d’un ester conduit à un alcool et à un acide carboxylique selon l’équation : R—COOR + H2O ═ R—COOH + HO—R. Cette réaction est lente et limitée (non totale), on place un signe  ═ ou une double flèche.

Si l’on procède à une hydrolyse en milieu basique, l’acide carboxylique formé réagira avec des ions hydroxyde selon R—COOH + HO R—COO + H2O. L’ion carboxylate formé R—COO ne peut pas réagir avec l’alcool, donc, en milieu basique, la réaction d’hydrolyse devient totale. On utilise alors une simple flèche.

L’équation de réaction s’écrit donc, en remplaçant l’eau par des ions hydroxyde :

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Cette réaction est lente mais totale. Elle peut être accélérée en utilisant de la soude concentrée ou en chauffant avec un montage à reflux.

Application

Le méthanoate d’éthyle H—COO—CH2—CH3 réagit avec de la soude Na++ OH.

L’équation de la réaction avec la soude est alors :

H—COO—CH2—CH3 + Na+ + HO H—COO + Na+  + HO—CH2—CH3

Les produits sont donc : méthanoate de sodium éthanol

La réaction d’hydrolyse basique d’un ester est totale. Cependant, il peut y avoir des pertes de produit ou alors la réaction n’est pas arrivée à son terme par manque de temps. On obtient alors moins de produit que prévu.

On calcule alors le rendement, noté η, qui est une grandeur sans unité, comme le rapport de ce qui a été obtenu réellement par ce que l’on aurait dû obtenir théoriquement :

η = nproduit fininproduit théorique=mproduit finimproduit théoriqueoù m est la masse et n la quantité de matière. Le rendement est inférieur ou égal à 1.

B) La saponification d’un triglycéride

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Dans le cas d’un triglycéride, l’hydrolyse basique produit du savon : c’est la saponification. Si le corps gras utilisé est de l’huile d’olive, composée essentiellement d’oléine (triglycéride) on obtient du savon de Marseille et du glycérol.

Il faut trois fois plus de soude que de corps gras pour travailler dans les proportions stœchiométriques. Ainsi nsoude = 3 ntriglycéride.

Si la réaction est totale, la quantité de savon obtenue est trois fois plus grande que la quantité de triester introduite. nsavon = 3 ntriglycéride.

Si la réaction n’est pas totale, alors on peut calculer le rendement : η = nsavon réelnsavon théorique=nsavon réel3 ntriglycéride=msavon réelmsavon théorique

Application

On saponifie 0,030 mol d’oléine avec de la soude en excès. On obtient alors 0,081 mol de savon. Si la réaction avait été totale, on aurait formé 3 × 0,030 = 0,090 mol de savon. On peut alors calculer le rendement : η = nsavon réelnsavon théorique=nsavon réel3 ntriglycéride soit η = 0,0810,090 = 90 %.

Le rendement est donc de 90 %.

Protocole employé au laboratoire

On réalise le mélange d’huile d’olive et de soude concentrée. Il faut travailler avec des gants, des lunettes et une blouse. On ajoute quelques grains de pierre ponce pour réguler l’ébullition et un peu d’éthanol pour homogénéiser le mélange.

L’utilisation d’un chauffage à reflux permet d’accélérer fortement la réaction, qui est lente sinon.

Après 15 minutes, le contenu du ballon est versé dans un verre à pied contenant une solution saturée de sel. On le triture pour le débarrasser du glycérol et de la soude en excès. Le savon peu soluble dans l’eau, est encore moins soluble dans cette saumure. Il remonte à la surface. Cette opération s’appelle le relargage. Il suffit ensuite de le filtrer.

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La saponification

C) La structure des acides gras et leurs effets sur la santé

Les industriels tendent à utiliser des graisses saturées ou des graisses hydrogénées, en général solides à température ambiante, car elles sont plus faciles à employer. Ces espèces sont à proscrire de l’alimentation, car elles nuisent à la santé en participant par exemple à la constitution de plaques d’athérome, qui obstruent les artères.

Les corps gras insaturés ou polyinsaturés (oméga 3 ou oméga 6) ont un effet bénéfique pour le système cardiovasculaire. Par ailleurs, ils sont source d’énergie, de vitamines liposolubles importantes et d’acides gras essentiels (non synthétisables par l’organisme).

Plus un corps gras a une chaîne longue, plus sa température de fusion est élevée. Plus un corps gras a de doubles liaisons C ═ C, plus sa température de fusion est basse et plus il est fluide.

D) Les propriétés comparées des corps gras alimentaires

Lorsque l’on chauffe un corps gras, sa structure moléculaire peut être modifiée. Le point de fumée est la température à partir de laquelle les huiles ou les graisses émettent des fumées de façon continue. Ces produits commencent alors à se décomposer et se dénaturer : la substance prend un mauvais goût.

Le chauffage d’une huile ou d’une graisse au-delà de son point de fumée entraîne la décomposition des acides gras qu’elle contient et l’apparition de composés indésirables, dont certains cancérogènes, comme les hydrocarbures polycycliques aromatiques ou HAP2.

Exemple

Point de fumée de différentes huiles : huile d’olive : 191 °C, huile de colza non raffinée 107 °C, huile de colza raffinée 240 °C, beurre 130 °C, graisse de canard 190 °C.

Un exemple de stérol : le cholestérol

A) La structure du cholestérol

Le cholestérol est l’un des stérols les plus communs et répandus. Il a plusieurs fonctions dans notre corps :

la constitution des cellules de notre corps ;

la constitution de certaines hormones sexuelles (testostérone) ou surrénaliennes (cortisone) ;

la direction du développement de certaines cellules du fœtus ;

comme composant de notre cerveau, en particulier en favorisant la formation de synapses ;

en tant qu’ingrédient de la bile (liquide verdâtre), qui permet de mélanger les lipides à l’eau, pour digérer les graisses alimentaires ;

comme précurseur de la vitamine D.

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La majeure partie du cholestérol présent dans notre corps est produite par le foie, le reste provient de notre alimentation.

B) Les propriétés de solubilité

Le cholestérol étant un lipide, il n’est pas soluble dans l’eau : il ne peut donc pas circuler librement dans le sang. Il est transporté en formant des complexes lipides-protéines, appelés lipoprotéines. La partie lipidique sert à la solubilisation du cholestérol, tandis que la partie protéique permet l’entrée et la sortie du complexe au niveau de cellules cibles.

Il existe plusieurs sortes de lipoprotéines transportant le cholestérol :

LDL, pour le « mauvais cholestérol » : lipoprotéines de basse densité (LDL : low-density lipoprotein), particules de grande taille composées de 80 % de triglycérides et de 20 % de cholestérol. Les LDL sont synthétisés dans le foie et permettent de transporter les triglycérides vers les cellules consommatrices de graisses. En cas de concentration élevée en LDL, les risques de dépôt sur les artères sont importants, favorisant la formation des plaques d’athérome :

HDL, pour le « bon cholestérol » : lipoprotéines de haute densité (HDL : high-density lipoprotein), qui déchargent les artères et les tissus extra-hépatiques du cholestérol oxydé, et le ramènent vers le foie où il est dégradé.