Précurseur de l'acide lipoïque, l'acide octanoïque est produit au cours de la biosynthèse des acides gras sous forme d'octanoyl-ACP. Chez les eucaryotes, ce dernier résulte d'une seconde voie de biosynthèse des acides gras, qui se déroule dans les mitochondries[6],[7]. La biosynthèse des acides gras fournit l'unité octanoate. Celle-ci est transférée par une lipoyl(octanoyl) transférase depuis l'ACP vers l'amine terminale de la chaîne latérale d'un résidu de lysine du domaine lipoyle sous forme de thioester. Une lipoyle synthase catalyse le remplacement de deux atomes d'hydrogène de l'octanoate par des atomes de soufre à partir de SAM à l'aide d'un mécanisme radicalaire[8]. Pour cette raison, l'acide lipoïque est synthétisé en étant déjà lié aux protéines, et non sous forme libre dans les cellules. Il peut être éliminé lorsque les protéines sont dégradées, ainsi que par l'action d'une lipoamidase[9]. Certains êtres vivants peuvent fixer l'acide lipoïque libre sur des enzymes à l'aide d'une lipoate-protéine ligase (EC6.3.1.20) ; l'activité de cette enzyme requiert l'hydrolyse concomitante d'ATP[10].
Ces complexes sont chacun composés de trois sous-unités, appelées E1, E2 et E3, qui sont respectivement une décarboxylase, une acétyltransférase de type lipoyl transférase, et une réductase de type dihydrolipoyl déshydrogénase. L'enzyme E2 forme le cœur de ces complexes, autour duquel les autres sous-unités s'organisent. Le domaine lipoyle véhicule les intermédiaires entre les sites actifs des différentes sous-unités enzymatiques de ces complexes[11],[12]. Le domaine lipoyle lui-même est lié au cœur E2 par un bras moléculaire flexible. Le nombre de domaines lipoyle varie de un à trois selon les organismes considérés ; ce nombre peut être modifié artificiellement, ce qui a montré que l'activité des complexes décroît au-delà de trois domaines lipoyle[13], et que la croissance des organismes est altérée lorsqu'on en ajoute plus de 9.
Le système de clivage de la glycine diffère des autres complexes, et sa nomenclature est différente. Les composantes de ce système sont libres, de sorte que l'ensemble ne forme pas un complexe. Dans ce système, la protéine H est un domaine lipoyle libre avec des hélices α supplémentaires, la protéine L est une dihydrolipoyl déshydrogénase, la protéine P est une décarboxylase, et la protéine T est une protéine qui transfère la méthylamine depuis le lipoate vers le tétrahydrofolate (THF) pour donner du méthylène-THF et de l'ammoniac NH3. Le méthylène-THF est ensuite utilisé par la sérine hydroxyméthyltransférase pour synthétiser de la sérine à partir de glycine. Ce système fait partie de la photorespiration des plantes[14].
Biosynthèse et dégradation
L'acide lipoïque est présent en petite quantité dans presque tous les types d'aliments, mais avec une abondance légèrement supérieure dans les reins, le cœur, le foie, les épinards, les brocoli et les extraits de levure[15]. La molécule naturelle est toujours liée par covalence à une protéine et n'est donc pas directement disponible à partir de l'alimentation. La quantité totale d'acide lipoïque présente dans les sources alimentaires est par ailleurs très faible : on estime à 10 tonnes la masse de foie nécessaire à la purification de 30mg d'acide lipoïque en vue de la détermination de sa structure[16]. En conséquence, tout l'acide lipoïque disponible comme complément alimentaire est synthétisé par voie chimique.
L'acide lipoïque est commercialisé comme complément alimentaire avant tout pour ses propriétés antioxydantes[27], ainsi que pour tout un ensemble de bienfaits potentiels[28]. Néanmoins, son mécanisme d'action dans cet usage demeure controversé. Dans les cellules, l'acide lipoïque semble induire avant tout une réponse au stress oxydant plutôt qu'éliminer directement les radicaux libres. Cet effet est spécifique à l'énantiomère (R)[3]. Bien que le milieu intracellulaire soit fortement réducteur, l'acide lipoïque y a été observé à la fois sous forme oxydée et sous forme réduite[29] (acide dihydrolipoïque). L'acide lipoïque est capable in vitro d'éliminer les espèces réactives de l'oxygène ainsi que de celles de l'azote, mais il n'y a pas d'éléments clairs étayant que cela se produise également in vivo dans les cellules, ni que l'élimination des radicaux libres soit à la base de l'action physiologique de cette molécule[3],[28]. L'acide lipoïque est également assez efficace pour neutraliser l'acide hypochloreux HOCl, bactéricide produit par les granulocytes neutrophiles susceptible d'induire une inflammation et d'endommager les tissus ; cette activité provient de la conformation tendue du cycledithiolane, qui est relâchée lors de la réduction en acide dihydrolipoïque. C'est essentiellement sous cette forme que l'acide lipoïque est présent dans les cellules, l'acide dihydrolipoïque étant généralement considérée comme la forme la plus bioactive de l'acide lipoïque, responsable de l'essentiel de son activité antioxydante[30]. Cette conception a cependant été discutée en raison du fait que les deux groupessulfhydryle sont très réactifs et tendent à être méthylés rapidement, que la concentration intracellulaire de l'acide dihydrolipoïque libre est faible (d'autant qu'il tend à être rapidement éliminé des cellules), et que la chaîne carbonée est facilement rompue par oxydation pour former des composés plus courts. Il est possible que les effets thérapeutiques et anti-âge de l'acide lipoïque proviennent d'une modulation d'une transduction de signal et de la transcription de certains gènes : ceci aurait pour effet d'améliorer l'état rédox de la cellule en activant des mécanismes antioxydants, et expliquerait mieux l'action de l'acide lipoïque que l'élimination des radicaux libres ou la réduction des espèces oxydantes réactives[3],[28].
Toutes les formes disulfure de l'acide lipoïque peuvent être réduites en acide dihydrolipoïque. Il existe des mécanismes de réduction spécifiques à certains tissus, et d'autres qui sont spécifiques à un énantiomère plutôt qu'à un autre. Au moins deux enzymes cytosoliques (la glutathion réductase et la thiorédoxine réductase Trx1) ainsi que deux enzyme mitochondriales (la dihydrolipoyl déshydrogénase et la thiorédoxine réductase Trx2) sont susceptibles de réduire l'acide (R)-lipoïque de manière stéréospécifique. L'acide (R)-(+)-lipoïque est réduit en acide (R)-(-)-dihydrolipoïque, tandis que l'acide (S)-(-)-lipoïque est réduit en acide (S)-(+)-dihydrolipoïque[31],[32],[33],[34],[35],[36],[37].
L'énantiomère (S) est toxique lorsqu'il est administré à des souris présentant une déficience en thiamine[38],[39]. Plusieurs études ont montré que l'acide (S)-lipoïque présente une activité inférieure à celle d'énantiomère (R), ou interfère avec celui-ci à la façon d'un inhibiteur compétitif[40],[41],[42].
Les désacylases de lysines HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC6, HDAC8, et HDAC10 sont des cibles de la forme réduite de l'acide lipoïque (R), ce qui pose la question de l'innocuité de cette molécule comme nutraceutique[43].
En Belgique
En Belgique, le Conseil Supérieur de la Santé émet une opinion d'expert quant à l'innocuité de la commercialisation de compléments alimentaires contenant de l'acide alpha-lipoïque (environ 260 produits enregistrés en Belgique) destinés à la population générale. À ce sujet, le Conseil recommande de considérer l'acide alpha-lipoïque comme un médicament et non comme un complément alimentaire (composant) et donc de retirer ces produits du marché des compléments alimentaires en vente libre au grand public[44].
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