Du DHA droit et rigide au DHA contorsioniste

Le motif CH2=CH-CH2-CH=CH2 plus ou moins répété le long des chaînes aliphatiques

polyinsaturées est caractéristique des phospholipides polyinsaturés. La première tentative de prédiction conformationnelle en 1986 se base sur le composé 1,4 pentadienne, similaire au motif répété, dans le but de comprendre le comportement des phospholipides polyinsaturés. Ces prédictions révèlent que les angles de torsion des liaisons simples entourées de double liaisons sont de ± 118. L'analyse de ces angles de torsion dans des chaînes de 19 carbones considérées

analogues au DHA a permis d'identier 3 conformations principales possibles [57] : les formes

en épingle à cheveux, hélicoïdales et angulaires (Figure 2.1). La première, énergétiquement plus favorable, présente deux méthylènes (-CH2-) successifs avec des angles de torsion en miroir (+118-118ou -118+118). Dans les conformations hélicoïdales, les angles de torsion sont les mêmes tout le long de la chaîne carbonée. Enn dans le cas des conformations angulaires, le signe des angles de torsion s'alterne d'une paire d'angle à l'autre (ex : +118+118 ;-118- 118etc).

Les conformations hélicoïdales et angulaires, malgré leurs énergies plus élevées, ont été ju- gées plus adaptées aux contraintes biologiques. Ces conformations maximisent les interactions avec les chaînes saturées et interagissent entre elles en s'agençant "bord à bord" ou "dos à dos" (Figure 2.1). La conformation en épingle à cheveux, bien qu'ayant une énergie conforma- tionnelle inférieure, a été exclue à cette époque ; considérée trop instable pour interagir avec d'autres chaînes polyinsaturées ou saturées et ainsi exister dans un contexte biologique. Cette étude suggère que les phospholipides composés de chaînes mixtes ; sn1 -saturée et sn2 -DHA peuvent former des réseaux de chaînes relativement serrés et droits.

Au début des années 2000 plusieurs études ont apporté une meilleure compréhension du comportement des chaînes polyinsaturées au sein des membranes. L'hypothèse selon laquelle les chaînes polyinsaturées maximisent les interactions pour engendrer des membranes compactes est peu à peu invalidée. Pour comprendre avec précision la dynamique des chaînes aliphatiques,

des calculs basés sur la mécanique quantique ont été entrepris [58]. La mécanique quantique

permet de décrire très précisément la structure et l'évolution, dans le temps et dans l'espace, de composés à l'échelle atomique. Très couteux en calcul, les calculs de mécanique quantique sont applicables uniquement à de petits composés. Dans le cadre de l'étude de la polyinsatura- tion, cette méthode a permis de calculer les énergies de torsion sur le composé 2,5-heptadiene

Figure 2.1  Première prédiction conformationnelle, adapté de Applegate et al. 1986

[57]. A : Conformation en épingle à cheveux B : Conformation hélicoïdale C : Conformation

angulaire. Les doubles liaisons sont représentées par des sphères noires, les simples liaisons en gris et les hydrogènes en blanc. (1) Représentation de la chaîne dans son ensemble (2) vue oblique (3) séquences des signes des angles de torsion (4) Interaction avec des chaînes saturées ou d'autres chaînes polyinsaturées.

(CH3 − CH = CH − CH2 − CH = CH − CH3) mimant les successions de motifs que l'on

retrouve dans les chaînes aliphatiques polyinsaturées ainsi que l'extrémité méthyl (-CH3). Les énergies de torsion permettent de déterminer les barrières énergétiques de rotation des liaisons simple autour des doubles liaisons. Il en résulte qu'elles sont considérablement diminuées par

rapport à des composés saturés de type butane (CH3− CH2− CH2− CH3).

En élargissant ce résultat aux chaînes aliphatiques polyinsaturées, la succession de multiples alternances une double liaison/deux liaisons simples réduirait donc l'énergie de rotation des liaisons saturées, augmentant ainsi le nombre de conformations possibles (Figure 2.2). Par conséquent, les chaînes aliphatiques polyinsaturées auraient une propension intrinsèque à la exibilité. Parmi les 3 conformations initialement prédites, celle dite en épingle à

Figure 2.2  Rotation de la liaison C9 selon son environnemnt, adapté de Feller et

al. 2002 [58]. Probabilité de distribution de l'angle θ entre le vecteur CH du carbone 9 et la

normale à la membrane pour la chaîne sn1 saturée et la chaîne sn2 polyinsaturée.

Parallèlement, une propriété reétant également la exibilité des chaînes et très couramment étudiée en biologie des membranes est le paramètre d'ordre. Cette mesure sensible, obtenue par résonance magnétique nucléaire (RMN), permet de calculer l'orientation structurelle et la exibilité des chaînes aliphatiques. En RMN, les hydrogènes sont remplacés par l'isotope deutérium.

Les paramètres d'ordre des chaînes aliphatiques sont calculés à partir de l'équation suivante :

| SCD | =|

1

2h3 cos

2_{θ − 1i |}

Ils sont moyennés dans le temps et pour toutes les chaînes aliphatiques de la bicouche. Si les chaînes aliphatiques sont peu exibles, elles restent perpendiculaires au plan de la mem- brane, la valeur du paramètre d'ordre est alors de -0.5. En revanche, dans le cas de chaînes aliphatiques ayant une grande liberté de mouvement, cette valeur s'approche de 0. En règle générale pour les phospholipides, on observe une diminution graduelle de l'ordre du début de la chaîne aliphatique jusqu'à l'extrémité méthyl. A cela s'ajoute la présence de doubles liaisons qui font considérablement chuter la valeur des paramètres d'ordre. Cet eet est accentué plus

il y a d'insaturations [59] (Figure 2.3).

Cette exibilité particulière joue un rôle dans la réorganisation des chaînes au sein de la bicouche.

Les prols de densité des membranes sont déterminés par diraction aux rayons X. La répartition de la densité de chaque chaîne montre que la densité de la chaîne sn1 est plus élevée au centre de la bicouche tandis que la densité de la chaîne sn2 polyinsaturée occupe

Figure 2.3  Eet de la polyinsaturation sur les paramètres d'ordre. A : Représen-

tation du vecteur de la molécule (rmol) et du vecteur de la liaison CD (rcd) qui sont utilisés

pour calculer les paramètres d'ordre pour chaque carbone. θ étant l'angle formé entre ces deux

vecteurs. B : Adapté de Huber et al. 2002 [59]. Paramètres d'ordre obtenus par simulation de

DM (ligne) et par RMN (symbole) de la sn1 saturée des POPC(16:0-18:1)(a), de la chaîne sn2 monoinsaturée des POPC, (b) de la chaîne sn1 saturée du PDPC (16:0-22:6) (c) et de la sn2 polyinsaturées de PDPC (d)

la bicouche maintenant ainsi une épaisseur constante de la membrane tandis que la chaînesn2 polyinsaturées se rapprocherait davantage de l'interface eau/tête polaire. Cette répartition des chaînes aliphatiques au sein d'une bicouche a été observée pour les phospholipides 18:0-22:6 n-3PC (Figure 2.4).

Figure 2.4  Répartition des chaînes au sein de la bicouche. Répartition des chaînes sn1 saturées (ligne continue) et sn2 polyinsaturées (22:6) (ligne en pointillé) au sein de la

membrane, adapté de Eldho et al 2003 [60]. Le prol de densité a été obtenu par diraction au

rayon X.

Pour rappel, l'apport insusant en DHA (22:6 n-3) notamment dans le cerveau entraîne son remplacement par l'acide docosapentaénoïque (22:5 n-6, DPA). Les propriétés citées précédemment sont-elles conservées lors de cette substitutions de n-3 en n-6 ?