Lipides : stéroïdes et stérols
Cholestérol : structure et formes

Sommaire

Le cholestérol est considéré comme un lipide de la famille des stérols, appartenant à la classe des stéroïdes, qui joue un rôle central dans de nombreux processus biochimiques.

Le cholestérol est le principal stéroïde d'origine animale.
Le cholestérol tire son nom du grec, kholè (bile) et de stereos (solide), car il fut découvert sous forme solide dans les calculs biliaires en 1758 par François Poulletier de La Salle (1719-1788).

Composés à caractère lipidique, lipoïdes ou lipides insaponifiables
Polycétides	Lipides isopréniques
	Terpénoïdes	Caroténoïdes	Quinones de la chaîne respiratoire	Stéroïdes
	Terpénoïdes	Caroténoïdes	Quinones de la chaîne respiratoire	Cholestérol Hormones stéroïdiennes Sécostéroïdes (Vit D) Acides biliaires

Le cholestérol entre pour environ 25 % dans la composition des membranes plasmiques (MP) des cellules animales.

a. Il maintient l'intégrité et la fluidité des membranes cellulaires.

b. il entre dans la biosynthèse :

des acides biliaires ( biosynthèse des acides biliaires),
des hormones stéroïdiennes ( biosynthèse des hormones stéroïdiennes),
de la vitamine D.

Structure du cholestérol

Le cholestérol fait partie de la famille biologique assez homogène des stéroïdes.

Les stéroïdes sont étudiés dans un chapitre spécial.

1. Les stérols sont une sous-classe des stéroïdes se caractérisant par la présence d'un groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$) sur le carbone C3 du noyau stérane, à 17 atomes de carbone, composé de quatre cycles fusionnés :

Structure du cholestérol
(Figure : vetopsy.fr)

trois cycles cyclohexane (cycles A, B et C),
un cycle cyclopentane (cycle D) .

Le choléstérol n'est présent que chez les animaux, i.e. les plantes contiennent des phytostérols.

2. Le cholestérol ($\ce{-C27H48O}$) comprend :

une double liaison entre C5 et C6,
un groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$), en C3, et deux groupes méthyle ($\ce{-CH3}$) en C10 et C13, tout trois en position cis, i.e. du même côté du plan du noyau stérane,
une chaîne aliphatique ramifiée de C20 à C27, à partir du C17.

3. Le cholestérol est amphiphile avec ( polarité des lipides) :

une tête hydrophile, i.e. ($\ce{-OH}$),
un corps hydrophobe.

Remarque : le cholestérol, lui, n'est pas un lipide simple, i.e. il ne contient pas d'acide gras, mais c'est un composé à caractère lipidique.

Formes du cholestérol

Le cholestérol peut être :

sous sous forme estérifié (2/3),
Structure d'une lipoprotéine
(Figure : vetopsy.fr d'après Maceyka et coll)

sous forme libre (1/3), i.e. non associé comme à la surface des lipoprotéines.

Cholestérol estérifié (CE)

Stérides

1. Le cholestérol estérifié est sous forme de stérides, lipides simples, qui font partie des stéroïdes.

Ces sont des molécules composées :

d'un acide gras,
d'un stérol, ici le cholestérol, lié en C3 par une liaison ester $\ce{-C(=O)-O-}$.

2. Les stérides sont apolaires (hydrophobes), contrairement au cholestérol qui est amphiphile et ils sont présent en faible quantité dans les tissus.

Les stérides sont des molécules de stockage et de transport du cholestérol qui se trouvent dans les gouttelettes lipidiques (LD ou Lipid Droplet).

Stéride : palmitate de cholestéryle
(Figure : vetopsy.fr)

Estérification du cholestérol

Cette estérification peut avoir lieu dans tous les tissus.

ACAT (Acyl Cholestérol AcylTransférase)

1. Au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique (RE), l'estérification permet le stockage du cholestérol grâce à l'acyl-CoA par l'ACAT (Acyl Cholestérol AcylTransférase), appelée aussi SOAT ou Stérol O-AcylTransférase (EC 2.3.1.26).

$\ce{Acyl-CoA + cholestérol}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{CoA + cholestérol-ester}$

Absorption et sortie du cholestérol de l’entérocyte
(Figure : vetopsy.fr d'après Jia et coll)

2. ACAT est présent sous deux isoformes.

ACAT1 (ou SOAT1) est présent dans tous les tissus à l'exception de l'intestin.
ACAT2 (ou SOAT2) est retrouvé dans l'intestin, mais aussi dans le foie.

3. L'estérification du cholestérol médiée par ACAT limite la solubilité du cholestérol libre dans les lipides de la membrane cellulaire et favorise ainsi l'accumulation d'esters de cholestérol dans les gouttelettes lipidiques cytoplasmiques (cLD, i.e. LD ou Lipid Droplet).

L'estérification inhibe ainsi l'accumulation toxique de cholestérol libre dans les membranes cellulaires.

a. La majeure partie du cholestérol libre absorbé pendant le transport intestinal ( digestion des esters de cholestérol) :

subit une estérification médiée par l'ACAT (resynthèse des lipides à la membrane du RE),
puis, est incorporé dans les chylomicrons.

Une partie du cholestérol libre n'est pas estérifiée ( loupe cf. plus bas).

b. Dans le foie, l'estérification du cholestérol médiée par l'ACAT est impliquée dans la production et la libération des VLDL (lipoprotéines de très basse densité).

Régulation du transport de cholestérol
(Figure : vetopsy.fr d'après Duan et coll)

Remarque : ACAT1 joue également un rôle important dans la formation des cellules spumeuses (foam cell en anglais) et l'athérosclérose par l'accumulation des esters de cholestérol dans les macrophages et les tissus vasculaires suite à l'endocytose des LDL (lipoprotéines de basse densité) et leur hydrolyse par LAL, i.e. la lipase lysosomale ( loupe athérosclérose).

LCAT (Lécithine-Cholestérol AcylTransférase)

Dans le sang, l'estérification est utilisée pour le transport du cholestérol grâce aux lipoprotéines, surtout lors de la formation des α-HDL (lipoprotéines de haute densité) sphériques grâce à LCAT (Lécithine-Cholestérol AcylTransférase) et la phosphatidylcholine (PC) :

Biogenèse des HDL et efflux lipides
(Figure : vetopsy.fr d'après Rye et coll)

$\ce{Phosphatidylcholine + cholestérol}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Lysophosphatidylcholine + cholestérol-ester}$

LCAT est étudiée dans un chapitre spécial.

Cholestérol libre

L'hydrolyse des esters de cholestérol peut s'effectuer par plusieurs enzymes.

1. Dans la lumière intestinale, la CEL (Carboxyl Ester Lipase) pancréatique (EC 3.1.1.3), appelée aussi BSDL (Bile Salt-Dependent Lipase) hydrolyse les esters de cholestérol, mais aussi les triglycérides (TG) et les phospholipides (PL).

2. Dans les entérocytes, une partie du cholestérol libre n'est pas transformé en esters de cholestérol par l'ACAT2 et incorporée dans en chylomicrons, mais aussi, par des transporteur ABC :

soit renvoyée dans la lumière intestinale par ABCG5/ABCG8,
soit incorporée dans les pré-β-HDL par ABCA1 et libérée dans la circulation.

3. Dans les cellules, la cholestérol estérase (CE) ou stérol estérase (EC 3.1.1.13) hydrolyse les esters de cholestérol apportés au foie et aux autres tissus par les lipoprotéines (Properties, structure, and applications of microbial sterol esterases 2016)

$\ce{cholestérol-ester + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{cholestérol + acide gras}$

Cristaux de cholestérol

Le cholestérol peut cristalliser dans l'organisme.

1. Au niveau de plaque d'athérosclérose, les cristaux de cholestérol provoquent des déchirements et des dommages à l'artère (Cholesterol crystals and atherosclerosis 2020).

Le passage du cholestérol d’un état liquide à solide entraîne une dilatation de l’artère en volume, comme le ferait la glace à partir de l'eau.
Cette expansion à l'intérieur de la paroi artérielle peut entraîner une déchirure ou bloquer le flux sanguin, entraînant une crise cardiaque ou un accident vasculaire cérébral.

En outre, les cristaux de cholestérol activent la production d'interleukine-1 qui aggravent l’inflammation des artères coronaires (Cholesterol Crystals and Inflammation 2013).

Remarque : On peut même assister à une embolie des cristaux de cholestérol qui atteint de nombreux organes (Cholesterol crystal embolization following plaque rupture: A systemic disease with unusual features 2017).

Calculs de cholestérol
(Figure : d'après Prof Corinne Vons)

2. Dans la vésicule biliaire, la sécrétion en excès de cholestérol par la voie RCT (transport inverse du cholestérol), peut provoquer une lithiase biliaire, i.e. calculs biliaires ( loupe Lithiase biliaire et ses complications).

Autres chapitres
sur le cholestérol

1. D'autres chapitres spécifiques étudient le cholestérol.

a. les sources de cholestérol

2. les fonctions du cholestérol

3. le trafic du cholestérol

dans les entérocytes et la circulation sanguine,
dans les hépatocytes et la circulation sanguine,
dans le transport inverse du cholestérol (RCT), avec comme dernière étape, l'excrétion du cholestérol.

2. Vu son importance, le cholestérol est aussi étudié dans d'autres chapitres non spécifiques de vetopsy.fr.

Lipides : stéroïdes et stérols Cholestérol : structure et formes