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Carnitine

La carnitine est un acide aminé biosynthétisé à partir de lysine et de méthionine. Elle n'a pas de rÎle structural, mais elle agit sur la mitochondrie, dans la cellule : grùce à une fonction ammonium quaternaire, elle facilite la pénétration des acides gras du cytosol vers les mitochondries (lors du catabolisme des lipides dans le métabolisme énergétique).

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
PubChem 288
ChEBI 17126
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule C7H15NO3 [IsomĂšres]
Masse molaire[1] 161,198 9 ± 0,007 8 g/mol
C 52,16 %, H 9,38 %, N 8,69 %, O 29,78 %,
Propriétés physiques
T° fusion 196 °C
SolubilitĂ© 2,5 g mL−1
Écotoxicologie
DL50 mg kg−1 (chien)
Données pharmacocinétiques
Biodisponibilité < 10 %
Liaison protéique aucune
MĂ©tabolisme faible
Excrétion

Urine (> 95 %)


Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

On a estimé qu'elle jouait un rÎle dans certaines dégénérescences neurologiques (dont la maladie d'Alzheimer, la maladie de Friedreich)[2] et dans l'azoospermie[3]. Elle a deux stéréoisomÚres : sa forme biologique est la L-carnitine, 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)[4] - [5] - [6] - [7].

Histoire

Cette molĂ©cule a Ă©tĂ© dĂ©couverte dans le muscle de bƓuf en 1905 (on la retrouvera dans toutes les cellules d'eucaryotes)[8].

Sa structure biochimique a été déterminée en 1927[8].

On montre qu'elle est indispensable (« facteur de croissance ») à la croissance du ver de farine (larve de Tenebrio molitor)[8].

Production

Chez les animaux, l'Ă©nantiomĂšre L ou R-(–) de la carnitine est synthĂ©tisĂ© principalement par le foie et les reins Ă  partir de lysine et de mĂ©thionine. La vitamine C (ou acide ascorbique) est essentielle pour la synthĂšse de carnitine. Pendant la croissance et la grossesse, le besoin de carnitine peut dĂ©passer la quantitĂ© produite normalement par le corps.

RÎle dans le métabolisme des acides gras

La carnitine transporte les chaĂźnes acylĂ©es des acides gras vers la matrice mitochondriale. Les chaĂźnes acylĂ©es y sont catabolisĂ©es par ÎČ-oxydation (hĂ©lice de Lynen) en acĂ©tate utilisable afin de former de l'Ă©nergie en passant par le cycle de Krebs. Chez certains champignons, la carnitine entre dans une voie de nĂ©oglucogenĂšse. Les acides gras doivent ĂȘtre activĂ©s avant de se fixer Ă  la molĂ©cule et ainsi former l'acylcarnitine. L'acide gras libre du cytosol est liĂ© par une liaison thioester Ă  la coenzyme A (CoA). Cette rĂ©action est catalysĂ©e par une enzyme : l'acyl-CoA synthĂ©tase, le transfert nĂ©cessite une ATPase, il y a donc consommation d'Ă©nergie provenant d'une liaison Ă  haut potentiel d'hydrolyse.

Le groupe acyle fixĂ© sur le CoA peut Ă  prĂ©sent ĂȘtre transfĂ©rĂ© sur la carnitine, et l'acylcarnitine rĂ©sultant ĂȘtre transfĂ©rĂ© Ă  travers la membrane vers la matrice mitochondriale. Les Ă©tapes sont les suivantes :

  1. L'acyl-CoA est fixé à la carnitine par la carnitine acyltransférase I localisée sur la membrane mitochondriale externe ;
  2. L'acylcarnitine formée est « poussée » dans l'espace intermembranaire ;
  3. L'acylcarnitine est transférée dans la matrice par la carnitine-acylcarnitine translocase ;
  4. L'acylcarnitine est convertie en acyl-CoA (libre dans la matrice) par la carnitine acyltransférase II localisée sur la membrane mitochondriale interne. La carnitine libre retourne dans le cytosol par la carnitine-acylcarnitine translocase.

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

La carnitine acyltransfĂ©rase I subit une inhibition allostĂ©rique Ă  la suite du malonyl-CoA, un intermĂ©diaire dans la synthĂšse des acides gras, afin d'Ă©viter un phĂ©nomĂšne cyclique entre ÎČ-oxydation (catabolisme) et synthĂšse des acides gras (anabolisme).

Pointillé orange : membrane externe ; trait plein bleu : membrane interne.

Effets physiologiques

Effets sur la masse osseuse

Avec l'ùge, le taux cellulaire de carnitine diminue, affectant le métabolisme des acides gras dans divers tissus, et notamment les os car le métabolisme des ostéoblastes (cellules permettant le renouvÚlement 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 in vivo peut faire augmenter le niveau plasmatique d'ostéocalcine qui diminue réguliÚrement avec l'ùge[9] - [10].

Effet antioxydant et anti-inflammatoire

La supplémentation en L-carnitine entraßne une réduction des niveaux de protéine C-réactive (CRP), d'interleukine 6 (IL-6), de facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) et de mélondialdéhyde (MDA), et une augmentation de la superoxyde dismutase (SOD)[11]. Cependant, aucun effet significatif de la L-carnitine sur la glutathion peroxydase (GPx) et la capacité totale antioxydante (TAC) n'a été constaté[11].

RÎle dans l'athérosclérose et le risque cardiovasculaire

Manger beaucoup de viande rouge est épidémiologiquement associé à un risque accru de mortalité et de problÚmes cardiovasculaires[12].

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)[13] 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)[14], certaines des bactéries présentes dans l'intestin des mangeurs de viande (mais non des végétariens) métabolisent la carnitine de la viande rouge induisant une chaßne de réaction conduisant à l'athérosclérose (durcissement des artÚres)[13].

Le Dr Hazen[15], coauteur avait dĂ©jĂ  dĂ©montrĂ© (2011), que certaines bactĂ©ries du microbiome pouvaient favoriser l'athĂ©rosclĂ©rose via la mĂ©tabolisation de la choline et de la phosphatidylcholine (protĂ©ines prĂ©sentes dans les Ɠufs et la viande) qu'elles transforment en trimĂ©thylamine ensuite mĂ©tabolisĂ©e dans le foie pour crĂ©er la trimĂ©thylamine N-oxyde, ou TMAO qui favorise l'athĂ©rosclĂ©rose et la crise cardiaque. La « L-carnitine » est une trimĂ©thylamine (proche de la choline)[13]. Chez la souris et chez des volontaires humains, l'ingestion d'un repas de steak de viande rouge est suivie d'une Ă©lĂ©vation de la teneur sanguine en carnitine et en TMAO ; sauf si un traitement antibiotique tuant les microbes intestinaux leur a Ă©tĂ© prĂ©alablement administrĂ© (dans ce cas, le taux sanguin de carnitine s'Ă©lĂšve, mais le repas de steak n'induit plus la forte augmentation du taux de TMAO)[13]. Cette TMAO semble donc bien ĂȘtre produit par les bactĂ©ries ou nĂ©cessiter leur prĂ©sence, et n'est trouvĂ© que dans les selles d'individus « mangeurs de viande rouge » qui ont des taux Ă©levĂ©s de TMAO ; la flore intestinale des vĂ©gĂ©tariens ne contient pas de bactĂ©ries spĂ©cialisĂ©es dans la digestion de la viande. Des vĂ©gĂ©tariens volontaires n'ont pas produit de TMAO aprĂšs avoir mangĂ© un repas de steak (ou des pilules de carnitine), ce qui suggĂšre que leurs bactĂ©ries ne digĂšrent pas la carnitine[13]. Un lien a Ă©tĂ© recherchĂ© et trouvĂ© 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 Ă©levĂ©, ce qui est corroborĂ© par les expĂ©riences faites sur des souris. Le lien de cause Ă  effet n'est pas encore clairement expliquĂ©, mais il semble que la TMAO interfĂšre nĂ©gativement avec les enzymes hĂ©patiques qui produisent certaines substances biliaires acides destinĂ©es Ă  aider Ă  Ă©liminer l'excĂšs de mauvais cholestĂ©rol (LDL)[13]. Deux groupes de bactĂ©ries semblent impliquĂ©es dans ces effets aggravant les effets du cholestĂ©rol : Clostridium et Fusobacterium[16].

Chez l'ĂȘtre humain, la stĂ©atohĂ©patite non alcoolique (SHNA) est associĂ©e Ă  un accroissement de la lipogenĂšse, source de malonyl-CoA (M-CoA), l’inhibiteur de l’enzyme clĂ© de la ÎČ-oxydation mitochondriale des acides gras (OAGmit) : la carnitine palmitoyltransfĂ©rase 1A (CPT1-A)[17].

Usages pharmaceutiques possibles

Contre le diabĂšte ?

La carnitine aurait un effet positif sur le diabĂšte de type 2[18].

Contre certaines stérilités masculines

Lors d'un essai contrÎlé, la carnitine a amélioré la qualité du sperme dans certains cas de stérilité masculine[19]. 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 ?

La carnitine a Ă©tĂ© utilisĂ©e comme complĂ©ment alimentaire pour perdre du poids (Ă  doser de 2 Ă  3 g/j), mais « l'effet sur la perte de poids, tant vantĂ© par certains fabricants de supplĂ©ments amĂ©ricains, est Ă©galement controversĂ© »[20], faute d'efficacitĂ© scientifiquement dĂ©montrĂ©e (mĂȘme en association avec des exercices physiques)[20]. Dans le domaine vĂ©tĂ©rinaire et de l'alimentation d'animaux domestiques (chat)[21] pour limiter l'obĂ©sitĂ© induite par les aliments industriels[22].

La L-carnitine et ses sels (acĂ©tyle, tartrate, propionyle, etc.) ont aussi Ă©tĂ© testĂ©s pour tenter d'amĂ©liorer des performances sportives, dont en coingestion avec de la cafĂ©ine[23], avec des effets mitigĂ©s et mĂȘme discutĂ©s sur l'athlĂšte[24]. La supplĂ©mentation en carnitine semble pouvoir aider l'athlĂšte Ă  utiliser ses graisses comme substrat d'Ă©nergie[23], pourrait retarder la sensation de fatigue aprĂšs l'effort[25], ou diminuer le temps de rĂ©cupĂ©ration musculaire (sous forme de tartrate de carnitine)[26], mais tout en semblant sans effet notable sur la performance[27] hormis pour une Ă©tude trouvant une amĂ©lioration[28].

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[29] - [30].

Autres

La supplémentation en l-carnitine a montré des effets bénéfiques sur les résultats inflammatoires et cliniques des patients gravement malades[31].

Aliments riches en carnitine

Les aliments contenant le plus de carnitine sont la viande rouge et les produits laitiers. 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, etc.) en contiennent aussi, bien qu'en quantités trÚs moindres.

AlimentQuantité[32]Carnitine (mg)
Steak de bƓuf100 g95
BƓuf hachĂ©100 g94
Porc100 g27,7
Bacon100 g23,3
Tempehdemi tasse19,5
Morue100 g5,6
Blanc de poulet100 g3,9
Fromage amĂ©ricain100 g3,7
CrÚme glacée104 mL3,7
Lait entier104 mL3,3
Avocatde taille moyenne2[33]
Fromage blanc104 mL1,1
Pain complet100 g0,36
Asperge100 g0,195
Pain blanc100 g0,147
Macaroni100 g0,126
Beurre d'arachide100 g0,083
Riz (cuit)100 g0,0449
ƒufs100 g0,0121
Jus d'orange104 mL0,0019

Notes et références

  1. Masse molaire calculĂ©e d’aprĂšs « 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 SgrĂČ, 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, consultĂ© le ).
  4. « L-Carnitine », Micronutrient Information Center, Linus Pauling Institute, Oregon State University, Corvallis, OR, (consulté le )
  5. Bremer J, « Carnitine—metabolism and functions », Physiological Reviews, vol. 63, no 4,‎ , p. 1420–80 (PMID 6361812, DOI 10.1152/physrev.1983.63.4.1420)
  6. « Carnitine », Office of Dietary Supplements, US National Institutes of Health, (consulté le )
  7. « L-carnitine: Uses, benefits and dosage », Drugs.com, (consulté le )
  8. A. Bach, « BiosynthĂšse de la carnitine chez les mammifĂšres », Reproduction Nutrition DĂ©veloppement, vol. 22, no 4,‎ , p. 583–596 (ISSN 0181-1916, DOI 10.1051/rnd:19820501, lire en ligne, consultĂ© le ).
  9. (en) Ali Aydin, Zekai Halici, Abdulmecit Albayrak et Beyzagul Polat, « Treatment with Carnitine Enhances Bone Fracture Healing under Osteoporotic and/or Inflammatory Conditions », Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology, vol. 117, no 3,‎ , p. 173–179 (DOI 10.1111/bcpt.12384, lire en ligne, consultĂ© le )
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  32. QuantitĂ©s converties depuis la version anglophone de la page. 1 oz av = 28,35 g ; 1 fl oz = 29,573 ml.
  33. Linus Pauling Institute at Oregon State University.

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