Carnitine

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Carnitine
Image illustrative de l’article Carnitine
Structure de la carnitine
Identification
Nom UICPA 3-hydroxy-4-triméthylammonio-butanoate
No CAS 541-15-1 L ou R (–)
No ECHA 100.006.343
No CE 208-768-0 L ou R (–)
Code ATC A16AA01
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule C7H15NO3  [Isomères]
Masse molaire[1] 161,1989 ± 0,0078 g/mol
C 52,16 %, H 9,38 %, N 8,69 %, O 29,78 %,
Propriétés physiques
fusion 196 °C
Solubilité 2,5 g·mL-1
Écotoxicologie
DL50 7 mg·kg-1 (chien)
Données pharmacocinétiques
Biodisponibilité < 10 %
Liaison protéique aucune
Métabolisme faible
Excrétion

Urine (> 95 %)


Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

La carnitine est une molécule (acides aminés) bio-synthétisée à partir de lysine et de méthionine. Elle n'a pas de rôle structural, mais elle agit sur la mitochondrie, dans la cellule : grâce à comprenant une fonction ammonium quaternaire, elle facilitant la pénétration des acides gras du cytosol vers les mitochondries (lors du catabolisme des lipides dans le métabolisme énergétique).

On a estimé qu'elle jouait un rôle dans certaines dégénérescences neurologiques (dont maladie d'Alzheimer, maladie de Friedreich…)[2] et dans l'azoospermie[3]. Elle a deux stéréo-isomères, sa forme biologique est la L-carnitine alors que la forme D serait biologiquement inactive.

Cette molécule est vendue comme complément alimentaire (supposée augmenter les performances sportives et/ou faire perdre du poids, avec des effets contestés et non démontrés dans les deux cas).

Histoire[modifier | modifier le code]

Cette molécule a été découverte dans le muscle de bœuf en 1905 (mais on la retrouvera ensuite dans toute les cellules d'eucaryotes)[4].

Sa structure biochimique a été déterminée en 1927[4].

On montre qu'elle est indispensable (« facteur de croissance ») à la croissance du ver de farine (larve de Tenebrio molitor)[4].

Production[modifier | modifier le code]

Chez les animaux, l'énantiomère L ou R-(–) de la carnitine est synthétisée principalement par le foie et les reins à partir de lysine et de méthionine. La vitamine C (ou acide ascorbique) est essentielle pour la synthèse de carnitine. Pendant la croissance et la grossesse, le besoin de carnitine peut dépasser la quantité produite normalement par le corps.

Rôle dans le métabolisme des acides gras[modifier | modifier le code]

La carnitine transporte les longues chaînes acyl des acides gras vers la matrice mitochondriale. Les chaînes acyl y sont catabolisées par β-oxydation (hélice de Lynen) en acétate utilisable afin de former de l'énergie en passant par le cycle de Krebs. Chez certains champignons, la carnitine entre dans une voie de néoglucogenèse. Les acides gras doivent être activés avant de se fixer à la molécule et ainsi former l'acyl-carnitine. L'acide gras libre du cytosol est lié par une liaison thioester à la coenzyme A (CoA). Cette réaction est catalysée par une enzyme : l'acyl-CoA synthétase, le transfert nécessite une ATPase, il y a donc consommation d'énergie provenant d'une liaison à haut potentiel d'hydrolyse.

Le groupe acyl fixé sur le CoA peut à présent être transféré sur la carnitine, et l'acyl-carnitine résultant être transféré à travers la membrane vers la matrice mitochondriale. Les étapes sont les suivantes :

  1. L'acyl-CoA est fixé à la carnitine par la carnitine acyl-transférase I localisée sur la membrane mitochondriale externe.
  2. L'acyl-carnitine formé est « poussé » dans l'espace intermembranaire ;
  3. L'acyl-carnitine est transféré dans la matrice par la Carnitine Acyl-Carnitine Translocase ;
  4. L'acyl-carnitine est converti en acyl-CoA (libre dans la matrice) par la carnitine acyltransferase II localisée sur la membrane mitochondriale interne. La carnitine libre retourne dans le cytosol par la Carnitine Acyl-Carnitine Translocase.

Certaines anomalies génétique causent un déficit en carnitine, affectant les différentes étapes de ce processus et donc les voies de métabolisation des acides gras.

La carnitine acyltransferase I subit une inhibition allostérique à la suite du malonyl-CoA, un intermédiaire dans la synthèse des acides gras, afin d'éviter un phénomène cyclique entre β-oxydation (catabolisme) et synthèse des acides gras (anabolisme).

Pointillé orange = membrane externe
Trait plein bleu = membrane interne

Effets physiologiques[modifier | modifier le code]

Effets sur la masse osseuse[modifier | modifier le code]

Avec l'âge, le taux cellulaire de carnitine diminue, affectant le métabolisme des acides gras dans divers tissus (os notamment car le métabolisme des ostéoblastes (cellules permettant le renouvellement des os et la maintenance de la masse osseuse) implique un besoin constant de carnitine.

Les changements du taux plasmatique d'ostéocalcine semblent corrélés à l'activité des ostéoblastes. On remarque une diminution de cette concentration chez des sujets atteints d'ostéoporose ou de femmes ménopausées. L'administration de carnitine ou de propionyl-L-carnitine peut faire augmenter le niveau plasmatique d'ostéocalcine qui diminue régulièrement avec l'âge[réf. nécessaire].

Effet antioxydant[modifier | modifier le code]

En tant qu'antioxydante, la carnitine préviendrait la lipoperoxydation des phospholipides membranaires et le stress oxydatif induit au niveau des cellules myocardiales et endothéliales. [réf. nécessaire] C'est donc d'une molécule réductrice[pas clair].

Rôle dans l'athérosclérose et le risque cardiovasculaire[modifier | modifier le code]

Manger beaucoup de viande rouge est épidémiologiquement associé à un risque accru de mortalité et de problèmes cardiovasculaires[5].

Les graisses saturées et le cholestérol ont été les premiers suspectés, mais des études impliquent aussi la carnitine. Ainsi, une étude publiée par Nature (2013)[6] a conclu que dans le microbiome (la communauté d'environ 100 milliards de bactéries qui vivent dans l'intestin humain et participent activement à la digestion)[7], certaines des bactéries présentes dans l'intestin des mangeurs de viande (mais non des végétariens) métabolisent la carnitine de la viande rouge induisant une chaîne de réaction conduisant à l'athérosclérose (durcissement des artères)[6].

Le Dr Hazen[8], coauteur avait déjà démontré (2011), que certaines bactéries du microbiome pouvaient favoriser l'athérosclérose via la métabolisation de la choline et de la phosphatidylcholine (protéines présentes dans les œufs et la viande) qu'elles transforment en triméthylamine ensuite métabolisée dans le foie pour créer la triméthylamine N-oxyde, ou TMAO qui favorise l'athérosclérose et la crise cardiaque. La « L-carnitine » est une triméthylamine (proche de la choline)[6]. Chez la souris et chez des volontaires humains, l'ingestion d'un repas de steak de viande rouge est suivie d'une élévation de la teneur sanguine en carnitine et en TMAO ; sauf si un traitement antibiotique tuant les microbes intestinaux leur a été préalablement administré (dans ce cas, le taux sanguin de carnitine s'élève, mais le repas de steak n'induit plus la forte augmentation du taux de TMAO)[6]. Cette TMAO semble donc bien être produit par les bactéries ou nécessiter leur présence, et n'est trouvé que dans les selles d'individus « mangeurs de viande rouge » qui ont des taux élevés de TMAO ; la flore intestinale des végétariens ne contient pas de bactéries spécialisées dans la digestion de la viande. Des végétariens volontaires n'ont pas produit de TMAO après avoir mangé un repas de steak (ou des pilules de carnitine), ce qui suggère que leurs bactéries ne digèrent pas la carnitine[6]. Un lien a été recherché et trouvé entre la survenue d'une affection cardiaque et le niveau de carnitine et de TMAO chez un panel de plus de 2 500 personnes, mais uniquement chez les personnes ayant un niveau de TMAO élevé, ce qui est corroboré par les expériences faites sur des souris. Le lien de cause à effet n'est pas encore clairement expliqué, mais il semble que la TMAO interfère négativement avec les enzymes hépatiques qui produisent certaines substances biliaires acides destinées à aider à éliminer l'excès de mauvais cholestérol (LDL)[6]. Deux groupes de bactéries semblent impliquées dans ces effets aggravant les effets du cholestérol : Clostridium et Fusobacterium[9].

Chez l'être humain, la stéatohépatite non alcoolique (SHNA) est associée à un accroissement de la lipogenèse, source de malonyl-CoA (M-CoA), l’inhibiteur de l’enzyme clé de la β-oxydation mitochondriale des acides gras (OAGmit) : la carnitine palmitoyltransférase 1A (CPT1-A)[10].

Usages pharmaceutiques possibles[modifier | modifier le code]

Contre le diabète ?[modifier | modifier le code]

La carnitine aurait un effet positif sur le diabète de type 2[11].

Contre certaines stérilités masculines[modifier | modifier le code]

Lors d'un essai contrôlé, la carnitine a amélioré la qualité du sperme dans certains cas de stérilité masculine[12]. Elle contribue à la mise en réserve d'énergie du spermatozoïde, lors de son transit épididymaire. Avec un spermogramme, il est alors possible en analysant le taux de carnitine, de déceler une pathologie obstructive.

Comme complément alimentaire ou diététique ?[modifier | modifier le code]

La carnitine a été utilisée comme complément alimentaire pour perdre du poids (à doser de 2 à 3 g/jour), mais « l'effet sur la perte de poids, tant vanté par certains fabricants de suppléments américains, est également controversé »[13], faute d'efficacité scientifiquement démontrée (même en association avec des exercices physiques)[14]. Dans le domaine vétérinaire et de l'alimentation d'animaux domestiques (chat)[15] pour limiter l'obésité induite par les aliments industriels[16].

La L-carnitine et ses sels (acétyle, tartrate, propionyle, etc.) ont aussi été testés pour tenter d'améliorer des performances sportives, dont en co-ingestion avec de la caféine[17], avec des effets mitigés et même discutés sur l'athlète[18]. La supplémentation en carnitine semble pouvoir aider l'athlète à utiliser ses graisses comme substrat d'énergie[17], pourrait retarder la sensation de fatigue après l'effort[19], ou diminuer le temps de récupération musculaire (sous forme de tartrate de carnitine)[20], mais tout en semblant sans effet notable sur la performance[21] hormis pour une études trouvant une amélioration[22].

La L-Carnitine réduisant le taux d'hormone thyroïdienne sa supplémentation, parfois recommandée pour des malades immunodéprimés, est toutefois déconseillée aux personnes souffrant d'hypothyroïdie ou de maladie liée à la thyroïde[23],[24].

Aliments riches en carnitine[modifier | modifier le code]

Les aliments contenant le plus de carnitine sont la viande rouge et les produits laitiers. Mais diverses noix, graines (citrouille, tournesol, sésame), légumes (artichaut, asperge, betterave, brocoli, chou de Bruxelles, chou cavalier, ail, moutarde, gombo, persil, chou frisé), fruits (abricot, banane) et céréales (sarrasin, maïs, millet, avoine, son de riz, seigle…) en contiennent aussi.

Aliment Quantité[25] Carnitine
Steak de bœuf 100 g 95 mg
Bœuf haché 100 g 94 mg
Porc 100 g 27,7 mg
Bacon 100 g 23,3 mg
Tempeh demi tasse 19,5 mg
Morue 100 g 5,6 mg
Blanc de poulet 100 g 3,9 mg
Fromage Américain 100 g 3,7 mg
Crème glacée 104 mL 3,7 mg
Lait entier 104 mL 3,3 mg
Avocat de taille moyenne 2 mg[26]
Fromage blanc 104 mL 1,1 mg
Pain complet 100 g 0,36 mg
Asperge 100 g 0,195 mg
Pain blanc 100 g 0,147 mg
Macaroni 100 g 0,126 mg
Beurre d'arachide 100 g 0,083 mg
Riz (cuit) 100 g 0,0449 mg
Œufs 100 g 0,0121 mg
Jus d'orange 104 mL 0,0019 mg

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. (en) L. Schöls, Ch. Meyer, G. Schmid et I. Wilhelms, Therapeutic strategies in Friedreich’s ataxia, Springer Vienna, coll. « Journal of Neural Transmission », , 135–145 p. (ISBN 978-3-211-21114-4, lire en ligne)
  3. Andrea Lenzi, Paolo Sgrò, Pietro Salacone et Donatella Paoli, « A placebo-controlled double-blind randomized trial of the use of combined l-carnitine and l-acetyl-carnitine treatment in men with asthenozoospermia », Fertility and Sterility, vol. 81, no 6,‎ , p. 1578–1584 (ISSN 0015-0282, DOI 10.1016/j.fertnstert.2003.10.034, lire en ligne, consulté le )
  4. a b et c A. Bach, « Biosynthèse de la carnitine chez les mammifères », Reproduction Nutrition Développement, vol. 22, no 4,‎ , p. 583–596 (ISSN 0181-1916, DOI 10.1051/rnd:19820501, lire en ligne, consulté le )
  5. Sinha R, Cross AJ, Graubard BI, Leitzmann MF, Schatzkin A, Meat intake and mortality, a prospective study of over half a million people, Arch Intern Med, 2009;169:562-571
  6. a b c d e et f Koeth, R. A. et al (2013), « Intestinal microbiota metabolism of l-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis » ; Nature Med. DOI/résumé
  7. Chris Woolston (2013), Red meat + wrong bacteria = bad news for hearts Microbes turn nutrient in beef into an artery-clogging menace ; Nature News 2013-04-07, consulté 2013-04-14
  8. (en) Présentation : Stanley L. Hazen, M.D., Ph.D. The Jan Bleeksma Chair in Vascular Cell Biology and Atherosclerosis The Leonard Krieger Chair in Preventive Cardiology
  9. (en) High steaks « Hardening of the arteries may be caused by a malign interaction of meat-eating and intestinal bacteria » The Economist, 13 avril 2013, consulté le 14 avril 2013.
  10. (en) « O20 L’expression foie-spécifique d’une carnitine palmitoyltransférase 1A insensible à l’inhibition par le malonyl-CoA atténue la stéatohépatite non-alcoolique induite par un régime déficient en méthionine et choline », Diabetes & Metabolism, vol. 36,‎ , A6 (ISSN 1262-3636, DOI 10.1016/S1262-3636(10)70024-0, lire en ligne, consulté le )
  11. Sean R. Hosein (2009) « La carnitine peut-elle réduire le risque de diabète et améliorer les modifications de la forme corporelle ? », CATIE
  12. (en) Lenzi A, Lombardo F, Sgro P, Salacone P, Caponecchia L, Dondero F, Gandini L, « Use of carnitine therapy in selected cases of male factor infertility: a double-blind crossover trial. », Fertility and Sterility, vol. 79, no 2,‎ , p. 292-300 (PMID 12568837)
  13. Rudolph G. Villani, Jenelle Gannon, Megan Self et Peter A. Rich, « L-Carnitine Supplementation Combined with Aerobic Training Does Not Promote Weight Loss in Moderately Obese Women », International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, vol. 10, no 2,‎ , p. 199–207 (ISSN 1526-484X et 1543-2742, DOI 10.1123/ijsnem.10.2.199, lire en ligne, consulté le )
  14. Rudolph G. Villani, Jenelle Gannon, Megan Self et Peter A. Rich, « L-Carnitine Supplementation Combined with Aerobic Training Does Not Promote Weight Loss in Moderately Obese Women », International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, vol. 10, no 2,‎ , p. 199–207 (ISSN 1526-484X et 1543-2742, DOI 10.1123/ijsnem.10.2.199, lire en ligne, consulté le )
  15. Géraldine Blanchard, Bernard M Paragon, Fabien Milliat et Claude Lutton, « Dietary l-Carnitine Supplementation in Obese Cats Alters Carnitine Metabolism and Decreases Ketosis during Fasting and Induced Hepatic Lipidosis », The Journal of Nutrition, vol. 132, no 2,‎ , p. 204–210 (ISSN 0022-3166 et 1541-6100, DOI 10.1093/jn/132.2.204, lire en ligne, consulté le )
  16. Christophe Blanckaert (2002). Nutrition féline. Gérer l’obésité féline avec les aliments industriels. J. Nutr, 132(2), 204-210|URL=https://www.lepointveterinaire.fr/upload/media/complements_biblio/pv/pv313/pv313_blanckaert_online.pdf
  17. a et b Youn-Soo CHA, Sung-Keun CHOI, Heajung SUH et Seong-No LEE, « Effects of Carnitine Coingested Caffeine on Carnitine Metabolism and Endurance Capacity in Athletes. », Journal of Nutritional Science and Vitaminology, vol. 47, no 6,‎ , p. 378–384 (ISSN 0301-4800 et 1881-7742, DOI 10.3177/jnsv.47.378, lire en ligne, consulté le )
  18. (en) I. G. Drăgan, A. Vasiliu, E. Georgescu et N. Eremia, « Studies concerning chronic and acute effects of L-carnitina in elite athletes », Physiologie, vol. 26, no 2,‎ , p. 111-129 (ISSN 1011-6206, OCLC 118472406, PMID 2510191).
  19. Priscilla M. Clarkson, « Nutritional Ergogenic Aids: Canitine », International Journal of Sport Nutrition, vol. 2, no 2,‎ , p. 185–190 (ISSN 1050-1606, DOI 10.1123/ijsn.2.2.185, lire en ligne, consulté le )
  20. Volek JS, Kraemer WJ, Rubin MR, et al. L-Carnitine L-tartrate supplementation favorably affects markers of recovery from exercise stress. Am J Physiol Endocrinol Metab 2002 Feb;282(2):E474-82
  21. Paolo Colombani, Caspar Wenk et Iris Kunz, « Effects of L-carnitine supplementation on physical performance and energy metabolism of endurance-trained athletes: a double-blind crossover field study », European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, vol. 73, no 5,‎ , p. 434–439 (ISSN 0301-5548 et 1439-6327, DOI 10.1007/bf00334420, lire en ligne, consulté le )
  22. S D.R. Galloway et W N. Abramowicz, « Effects of acute and chronique L-Carnitine administration on subtrate metabolism in endurance athlètes », Medicine & Science in Sports & Exercise, vol. 34, no 5,‎ , S231 (ISSN 0195-9131, DOI 10.1097/00005768-200205001-01293, lire en ligne, consulté le )
  23. « L'acétyl-L-carnitine et la L-carnitine », sur www.catie.ca (consulté le )
  24. « Question/Réponse Mesdocteurs.com : hypothyroidie, prendre L-carnitine », sur lp.mesdocteurs.com (consulté le )
  25. Quantités converties depuis la version anglophone de la page. 1 oz = 28,349 g; 1 fl oz = 29,573 ml
  26. Linus Pauling Institute at Oregon State University