Glucides : définition, classification, structures

Glucides : Aide-Mémoire Essentiel

Les glucides, également appelés hydrates de carbone, sont des polyalcools possédant une fonction aldéhyde ou cétone. Leur formule brute est .

Rôles des Glucides

• Apport Énergétique: Fournissent 40 à 50% des calories (1g de glucides = 4 Kcal) par oxydation.

• Réserve Énergétique: Sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, et d'amidon chez les plantes.

• Éléments Structuraux: Constituent des molécules fondamentales comme la cellulose (paroi végétale) et les peptidoglycanes (paroi bactérienne).

Classification des Glucides

Les glucides sont divisés en deux grandes classes : les oses (sucres simples) et les osides (sucres complexes).

I. Les Oses (Sucres Simples)

Les oses sont classés selon deux critères principaux :

1. Fonction Réductrice:

   • Si le groupement carbonyle est en bout de chaîne (fonction aldéhyde) : Aldose.

   • Si le groupement carbonyle est au milieu de la chaîne (fonction cétone) : Cétose.

2. Nombre d'Atomes de Carbone:

   • 3 carbones : Trioses

   • 4 carbones : Tétroses

   • 5 carbones : Pentoses (ex: D-ribose)

   • 6 carbones : Hexoses (ex: D-glucose, D-galactose, D-mannose, D-fructose)

   • 7 carbones : Heptoses

On

peut combiner ces critères : par exemple, un aldohexose est un aldose à 6 carbones, et un cétohexose est un cétose à 6 carbones.

Nomenclature et Isomérie

• Carbone Asymétrique (C*): Un carbone lié à quatre substituants différents. Les molécules possédant au moins un C* sont chirales et optiquement actives. Le glycéraldéhyde est le plus simple des aldotrioses à posséder un C*.

• Isomères Optiques: Deux molécules images l'une de l'autre dans un miroir (non superposables).

  • Dextrogyre (+): Dévie la lumière polarisée vers la droite.

  • Lévogyre (-): Dévie la lumière polarisée vers la gauche.

• Série D/L de Fischer: Déterminée par la position du OH du carbone asymétrique le plus éloigné de la fonction carbonyle (Cn-1) sur la projection de Fischer.

  • Série D: OH à droite sur Cn-1. (La majorité des oses naturels sont de la série D).

  • Série L: OH à gauche sur Cn-1.

  • Attention: La série D/L n'indique PAS si la molécule est dextrogyre ou lévogyre (ex: D-(-)-fructose est lévogyre).

• Épimères: Molécules qui ne diffèrent que par la configuration absolue d'un seul C*.

  • Le galactose est épimère en C4 du glucose.

  • Le mannose est épimère en C2 du glucose.

Cyclisation des Oses

• En Solution Aqueuse: Les oses existent principalement sous forme cyclique.

• Hémiacétal/Hémicétal: La fonction C=O réagit avec un OH de la même molécule pour former un cycle.

• Cycles Communs:

  • Pyranose: Cycle à 6 atomes (5 carbones + 1 oxygène).

  • Furanose: Cycle à 5 atomes (4 carbones + 1 oxygène).

• Anomères ( et ): La cyclisation crée un nouveau C* appelé carbone anomérique (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses).

  • Anomère : Le OH anomérique est du MÊME côté que le OH qui définit la série D/L (en projection de Fischer, ou en dessous du plan pour la série D en représentation de Haworth).

  • Anomère : Le OH anomérique est du CÔTÉ OPPOSÉ que le OH qui définit la série D/L (ou au-dessus du plan pour la série D en représentation de Haworth).

• Mutarotation: Le passage d'une forme anomère () à l'autre () via la forme linéaire en solution, jusqu'à atteindre un équilibre (ex: glucose).

Propriétés Physiques des Oses

• Solubilité: Grande dans l'eau, faible dans l'alcool, nulle dans l'éther.

• Saveur: Variable (douce).

• Pouvoir Rotatoire:

Déviation de la lumière polarisée (dextrogyre + ou lévogyre -).

Propriétés Chimiques des Oses

• Propriété Réductrice: Les oses ayant un OH anomérique libre sont dits réducteurs (en forme linéaire, fonction carbonyle libre). Détectable par la liqueur de Fehling.

• Oxydation: Ex: Glucose Acide gluconique.

• Réduction: Formation de polyalcools (glucitol, dulcitol, mannitol, ribitol).

  • Glucose Sorbitol (glucitol)

  • Galactose Dulcitol (galactitol)

  • Mannose Mannitol

• Estérification: Les oses peuvent être estérifiés (ex: Glucose 6-phosphate).

• Interconversion: Conversion entre aldoses et cétoses (ex: Glucose Fructose).

• Épimérisation: Conversion entre épimères (ex: Glucose Mannose, Glucose Galactose).

• Formation de Dérivés Aminés (Osamines): Remplacement d'un OH par une fonction amine (ex: Glucosamine, Galactosamine).

  • Si acétylée : N-acétyl glucosamine, N-acétyl galactosamine (constituants des glycoprotéines).

• Formation de Dérivés Acides:

  • Acides uroniques (ex: Acide glucuronique, important pour la détoxication hépatique).

  • Acide sialique (NANA, constituant des glycoprotéines et glycolipides du système nerveux).

  • Acide ascorbique (Vitamine C, sa carence cause le scorbut).

II. Les Osides (Sucres Complexes)

Les osides sont des molécules complexes contenant un ou plusieurs oses, reliés par une liaison osidique (ou glycosidique) impliquant un OH anomérique.

Classification des Osides

Selon leurs produits d'hydrolyse :

1. Holosides: Formés exclusivement d'oses et/ou de dérivés d'oses.

   • Oligoholosides (Oligosaccharides): Quelques oses liés.

     • Diholosides: Deux oses liés (ex: Maltose, Lactose, Saccharose).

     • Triholosides, tétraholosides, etc.

   • Polyholosides (Polysaccharides): Grand nombre d'oses liés (jusqu'à plusieurs milliers). Peuvent être ramifiés ou non.

2. Hétérosides: Donnent par hydrolyse des oses ET des molécules non glucidiques (aglycone).

   • Les hétérosides dérivés du glucose sont des glucosides.

Liaisons Osidiques et Propriété Réductrice

• Holosides Réducteurs: La liaison osidique implique le OH anomérique d'un Ose et un OH non anomérique d'un autre Ose ("osido-ose"). Il reste un OH anomérique libre, donc le diholoside est réducteur.

• Holosides Non Réducteurs: La liaison osidique implique les OH anomériques des deux oses ("osido-oside"). Il n'y a pas de OH anomérique libre, donc le diholoside n'est pas réducteur

.

Principaux Diholosides (Exemples)

Principaux Polyholosides (Polysaccharides)

• Cellulose: Polymère de D-glucopyranoses liés par des liaisons . (Rôle structural chez les végétaux).

• Amylose: Polymère de D-glucopyranoses liés par des liaisons . (Composant de l'amidon, non ramifié).

• Amylopectine: Similaire à l'amylose avec des ramifications en C6. (Composant de l'amidon, ramifiée).

• Glycogène: Structure similaire à l'amylopectine, mais plus ramifiée et de masse moléculaire plus élevée (réserve énergétique animale).

Polyholosides Spécifiques

On distingue deux types :

• Polysaccharides Homogènes: Composés du même ose répété.

  • Dextranes: -D-glcp (1$\rightarrow$6) (utilisés comme substituts plasmatiques).

  • Chitine: N-acétylglucosamine (-glucosamine (1$\rightarrow$4) (constituant de l'exosquelette des insectes).

• Polysaccharides Mixtes: Composés d'oses variés.

  • Gélose: Contient du D-Gal et L-Gal.

  • Gomme arabique: Contient de l'acide glucuronique, galactose, rhamnose, arabinose.

Hydrolyse Enzymatique des Osides

• Polyosides:

  • -Amylase: Coupe les liaisons .

  • Enzyme débranchante: Coupe les liaisons .

• Diholosides:

  • Invertase: Saccharose Glucose + Fructose.

  • Lactase: Lactose Glucose + Galactose.

Glycosaminoglycanes (GAGs)

Polyosides résultant de la combinaison d'osamines et d'acide glucuronique.

• Acide Hyaluronique: Polymère d'acide glucuronique et N-acétyl glucosamine. Rôle dans la défense contre les agents pathogènes.

• Chondroïtine Sulfates: Glucosamine remplacée par la galactosamine. Rôle dans la constitution du cartilage, des os et la fixation du calcium.

• Héparines: Combinaison d'acide D-glucuronique et de D-glucosamine N-sulfate. Action anticoagulante.

Glycoprotéines

Hétéropolyosides résultant de l'union d'une fraction glucidique et d'une fraction protéique. Fonctions biologiques variées.

• Fraction Glucidique: Mannose, galactose, L-fucose (désoxyhexose), glucosamine, galactosamine, NANA.

• Rôles: Protection des protéines, spécificité des groupes sanguins.

• Exemples: Hormones hypophysaires (LH, FSH), glycoprotéines de l'inflammation (Orosomucoïde, Haptoglobine).