Biochimie des Glucides: Structure, Classification, Propriétés

Biochimie : Les Glucides

La biochimie est l'étude des réactions chimiques et des constituants des êtres vivants, notamment les macromolécules comme les glucides, lipides, protéines et acides nucléiques. La biochimie structurale s'intéresse spécifiquement à la structure de ces molécules. Ce cours se concentre sur les glucides.

1. Introduction aux Glucides

Les glucides, aussi appelés **sucres** ou **saccharides**, font partie des constituants essentiels des êtres vivants.

• Formule chimique générale : (d'où leur nom d'hydrates de carbone), bien que certains puissent contenir de l'azote ou du phosphore.

• Saveur généralement douce ou sucrée pour les hydrosolubles.

• Biomolécules les plus abondantes sur Terre, majoritairement produites par la photosynthèse.

2. Rôles des Glucides

Les glucides ont des rôles cruciaux dans l'organisme :

• **Rôle énergétique** :

  • Source principale d'énergie (environ par oxydation).

  • Réserve énergétique :

    • Chez les végétaux : **amidon** et **cellulose**.

    • Chez les animaux : **glycogène** (foie et muscles).

    • Représentent 40 à 50% des calories de l'alimentation humaine.

• **Rôle structural et de soutien** :

  • **Cellulose** : principal constituant des parois végétales.

  • **Chitine** : rôle de protection.

• **Rôle de reconnaissance et de communication cellulaire** :

  • Polyosides des groupes sanguins (Système ABO).

  • Éléments de reconnaissance pour les microorganismes pathogènes.

• **Intégration dans d'autres macromolécules** :

  • **Glycoprotéines**, **acides nucléiques** (ribose, désoxyribose), **vitamines**, **coenzymes**, **antibiotiques**.

3. Catégories et Classification des Glucides

Les glucides sont classifiés selon leur taille et leur composition :

1. **Oses simples** (Monosaccharides) :

   • Composés d'une seule unité. Ex: glucose, galactose.

   • Squelette carboné linéaire (3 à 8 carbones).

   • Possèdent une fonction réductrice alcéhyde ou cétone (fonction carbonyle) et au moins une fonction alcool.

2. **Diosides** (Disaccharides) :

   • Formés de 2 monosaccharides. Ex: saccharose (glucose + fructose).

3. **Oligosides** (Oligosaccharides) :

   • Composés de 3 à 10 monosaccharides. Ex: maltose, cellobiose.

4. **Polyosides** (Polysaccharides) :

   • Constitués de plus de 10 unités saccharidiques. Ex: amidon, glycogène, cellulose.

5. **Glycoconjugués** :

   • Glucides liés à des molécules non glucidiques. Ex: protéoglycanes, glycoprotéines, glycolipides.

4. Structure, Classification et Nomenclature des oses

4.1. Oses simples (Monosaccharides)

Les oses sont caractérisés par :

• La présence d'une fonction **carbonyle** :

  • **Aldoses** si fonction aldéhyde (ex: glucose).

  • **Cétoses** si fonction cétone (ex: fructose).

• Le **nombre de carbones** :

  • Trioses (3C) : Dihydroxyacétone, Glycéraldéhyde.

  • Pentoses (5C) : Ribose, Xylose.

  • Hexoses (6C) : Glucose, Fructose, Galactose.

  • Etc. (tétroses, heptoses, octoses).

• La **numérotation des carbones** : C1 pour la fonction aldéhyde des aldoses, C2 pour la fonction cétone des cétoses.

4.2. Stéréoisomérie des Monosaccharides

• **Carbone asymétrique (chiral)** : Carbone lié à quatre substituants différents (sauf dihydroxyacétone).

• **Énantiomères** : Molécules images l'une de l'autre dans un miroir et non superposables (ex: D-Glycéraldéhyde et L-Glycéraldéhyde).

• **Séries D et L** : Déterminées par la configuration de l'hydroxyle de l'**avant-dernier carbone** sur la représentation de Fischer.

  • D-série : OH à droite. Les sucres naturels sont majoritairement de la série D.

  • L-série : OH à gauche.

• **Projection de Fischer** : Représentation plane des monosaccharides.

• **Nombre de stéréoisomères** :

  • Pour un aldose à carbones : stéréoisomères.

  • Pour un cétose à carbones : stéréoisomères.

  • Ex: Glucose (hexose) a stéréoisomères (8 D et 8 L).

• **Diastéréoisomères** : Stéréoisomères non énantiomériques.

• **Épimères** : Stéréoisomères ne différant par la configuration que d'un seul carbone chiral.

4.3. Représentation Cyclique et Mutarotation

• Les oses adoptent une structure cyclique en solution (hémiacétal).

• La cyclisation crée un carbone asymétrique supplémentaire (carbone anomérique), donnant lieu à des anomères et .l

• **Mutarotation** : Phénomène où le pouvoir rotatoire d'une solution d'ose évolue jusqu'à atteindre une valeur d'équilibre suite à l'interconversion des formes et .

• Modèle de Haworth : Représentation cyclique des oses (pyranose à 6 atomes, furanose à 5 atomes).

  • Le glucose se cyclise en D-glucopyranose (forme stable en chaise).

  • Le fructose se cyclise en D-fructofuranose (forme furanique).

4.4. Les Osides (Glucides Complexes)

Les osides sont des polymères d'oses liés par des **liaisons osidiques** (covalente entre un alcool hémiacétalique et une autre molécule).

• **Holosides** : Polymères exclusivement d'oses.

  • Oligoholosides (oligosides) : < 10 oses.

  • Polyholosides (polyosides) : > 10 oses.

    • **Homopolyosides** : un seul type d'ose (amidon, glycogène, cellulose).

    • **Hétéropolyosides** : plusieurs types d'oses (agar-agar).

• **Hétérosides** : Polymères d'oses et d'une ou plusieurs molécules non glucidiques (**aglycone**).

  • **O-hétérosides** : liaison via fonction alcool.

  • **N-hétérosides** : liaison via fonction amine (ex: nucléotides).

  • **S-hétérosides** : liaison via fonction thiol.

4.5. Diholosides (Disaccharides)

Composés de deux molécules d'ose.

• **Diholosides non réducteurs** : Le carbone hémiacétalique des deux oses est engagé dans la liaison osidique.

  • Saccharose : (glucose + fructose).

  • Tréhalose : (2 glucoses).

• **Diholosides réducteurs** : Au moins un carbone hémiacétalique reste libre.

  • Lactose (sucre du lait) : (galactose + glucose).

  • Maltose (hydrolyse de l'amidon) : (2 glucoses).

  • Cellobiose (hydrolyse de la cellulose) : (2 glucoses).

  • Isomaltose : (dégradation amidon/glycogène).

4.6. Polyholosides (Polysaccharides)

Grand nombre d'oses liés par liaisons O-glycosidiques (linéaires ou ramifiées).

• **Amidon** :

  • Polyholoside homogène non réducteur des végétaux.

  • Composé d'amylose () et d'amylopectine ( et ).

  • Réserve glucidique des végétaux. Mis en évidence par le lugol (solution noire).

• **Glycogène** :

  • Polyholoside homogène ramifié des animaux.

  • Structure similaire à l'amylopectine mais avec plus de ramifications ( et ).

  • Forme de stockage du glucose. Mis en évidence par le lugol (brun acajou).

• **Cellulose** :

  • Polyholoside homogène linéaire des végétaux ().

  • Principale molécule structurale des plantes.

  • Non assimilable par l'humain, mais favorise le transit intestinal.

• **Agar-agar** : Polyholoside mixte (D- et L-galactose estérifié). Utilisé comme gélifiant.

• **Dextranes** : Produits par bactéries, unités D-glucose reliées par .

• **Acide hyaluronique** : Mucopolysaccharide, constituant du tissu conjonctif.

5. Propriétés Chimiques

5.1. Propriétés Réductrices

• Les oses simples et les diholosides avec un carbone hémiacétalique libre sont réducteurs (fonction aldéhyde libre).

• La fonction aldéhyde est oxidée en fonction acide carboxylique.

• Méthodes de détection/dosage :

  • **Réduction des ions métalliques** : liqueur de Fehling (réduction de en ).

  • **Réduction de composés organiques** : ex. 3,5-dinitrosalicylate (DNS).

  • **Oxydation enzymatique** : par glucose oxydase (glucose en gluconolactone).

5.2. Hydrolyse

• **Hydrolyse chimique** : Non spécifique, sous-unités les plus petites (oses) avec HCl.

• **Hydrolyse enzymatique** : Spécifique, par des hydrolases.

  • -glucosidase : hydrolyse les liaisons .

  • -amylase : rompt les liaisons à l'intérieur de l'amylose.

  • -amylase : hydrolyse les liaisons à partir des extrémités.

Objectifs d'apprentissage

• Connaître les différents rôles des glucides.

• Maîtriser leurs catégories, structures, classification et nomenclature.

• Comprendre leurs propriétés chimiques.