1. Rôle et classification des glucides

Pharmacognosie : Les Glucides

Les glucides sont des constituants fondamentaux et omniprésents dans tous les organismes vivants, jouant une variété de rôles essentiels, allant du stockage d'énergie au maintien de l'intégrité structurale. Cette note explore la classification, les propriétés chimiques, la diversité et les applications des glucides, en se concentrant sur les oses simples, les disaccharides, les oligosaccharides et les polysaccharides.

Rôles des Glucides

• Rôle énergétique :

  • Source principale d'énergie pour l'homme (40-50% des calories).

  • Réserve énergétique chez les végétaux (amidon) et les animaux (glycogène).

• Rôle structural :

  • Éléments de soutien des végétaux (cellulose).

  • Protection cellulaire.

• Constituants de molécules fondamentales :

  • Acides nucléiques.

  • Coenzymes et vitamines.

Classification des Glucides

Les glucides se divisent en plusieurs catégories basées sur leur structure :

• Oses simples ou Monosaccharides : Molécules non hydrolysables.

• Osides : Résultent de la combinaison de plusieurs molécules.

  • Holosides : Composés exclusivement d'oses.

    • Disaccharides : 2 oses.

    • Oligosaccharides : 3 à 10 oses.

    • Polysaccharides : plus de 10 oses.

  • Hétérosides : Composés d'un ou plusieurs oses et d'une molécule non glucidique (aglycone ou génine).

Propriétés Physico-chimiques des Glucides

Les glucides sont des molécules organiques caractérisées par plusieurs propriétés clés :

• Présence de carbones asymétriques menant à de nombreuses isoméries (formes D et L, et ).

• Pouvoir rotatoire.

• Fonctions alcools (polyhydroxylés), permettant estérification, éthérification, réduction et oxydation.

• Fonction carbonylique (aldéhydique ou cétonique), sauf pour les polyols.

• Parfois, fonctions acide ou aminée.

• Formule globale : (hydrates de carbone).

Comportement Chimique des Oses : Cyclisation et Anomérie

Le comportement chimique des oses conduit à l'existence de formes cycliques où la fonction carbonyle est masquée sous forme hémiacétalique.

• Cyclisation :

  • Cycle pyranique (6 atomes : 5 C et 1 O) :

    • Aldohexoses : condensation C1/C5.

    • Cétohexoses : condensation C2/C6 (moins fréquente).

  • Cycle furanique (5 atomes : 4 C et 1 O) :

    • Cétohexoses : condensation C2/C5.

    • Aldohexoses : condensation C1/C4 (moins fréquente).

• Anomérie : La cyclisation génère deux formes isomères, et , appelées anomères, basées sur la configuration du carbone anomérique (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses).

• Stabilité : La forme la plus stable est souvent la forme chaise.

Les Oses Simples (Monosaccharides)

Les oses simples sont les unités de base des glucides. Leur classification dépend du nombre d'atomes de carbone et de la nature de la fonction carbonyle.

• Nombre de carbones :

  • Pentoses (5 C) : D-ribose, L-arabinose, D-xylose.

  • Hexoses (6 C) : D-glucose, D-fructose, D-galactose, D-mannose.

• Nature du carbonyle :

  • Aldéhyde Aldose (terminaison en -ose).

  • Cétone Cétose (terminaison en -ulose ou -ose si IUPAC).

• Exemples : Aldopentose, Cétohexose.

Séries D et L

La série D ou L est déterminée par l'orientation de l'hydroxyle asymétrique le plus éloigné de la fonction carbonyle :

• D : OH vers la droite.

• L : OH vers la gauche.

Principaux Oses Végétaux

Il existe une grande diversité d'oses végétaux.

• Pentoses :

  • L-arabinose : Constituant de polysaccharides complexes.

  • D-xylose : Obtenu par hydrolyse de xylanes, précurseur du xylitol.

  • D-ribose : Pentose universel, composant des acides nucléiques (ARN) et du désoxyribose (ADN).

• Hexoses :

  • D-glucose : Précurseur de tous les métabolites, principal carburant des tissus, présent dans le saccharose, la cellulose et l'amidon. Administré par voie parentérale pour l'apport calorique et le traitement des hypoglycémies.

  • D-galactose : Souvent combiné aux polysaccharides.

  • D-mannose : Naturellement présent sous forme de polysaccharides.

  • D-fructose : Abondant dans les fruits et le miel, présent dans le saccharose et les fructanes. Utilisé dans l'alimentation parentérale, pour les diabétiques (avec précautions) et comme édulcorant (pouvoir sucrant 1,7 fois celui du saccharose).

  • D-tagatose (galactulose) : Édulcorant inoffensif, prébiotique, peu calorique, non cariogène, utilisé comme humectant et épaississant.

• Désoxy-oses : Fonctions alcools réduites.

  • L-rhamnose (6-désoxy-L-mannose) : Fréquent dans les polymères et hétérosides.

  • L-fucose (6-désoxy-L-galactose) : Rare, caractéristique des polymères d'algues.

  • Certains 6-désoxy et 2,6-didésoxy-hexoses sont spécifiques des hétérosides cardiotoniques (ex: L-thévétose, D-digitalose, D-digitoxose).

• Acides uroniques : Fonction alcool primaire des hexoses oxydée en acide carboxylique.

  • Acide D-glucuronique et D-galacturonique : Constituants des pectines, mucilages acides et gommes.

• Ose acide particulier :

  • Acide gluconique : Oxydation de la fonction carbonyle du glucose. Marqueur de l'état sanitaire des vendanges, utilisé en association avec des oligo-éléments (gluconate de Cu, Zn, Mn).

• Polyols naturels : Fonctions uniquement alcools, pas de forme cyclisée.

  • D-sorbitol (E 420) et D-mannitol (E 421) : Édulcorants de masse (pouvoir sucrant 0,6 à 0,7 par rapport au saccharose), peu résorbables, non cariogènes. Le sorbitol est cholagogue et laxatif osmotique. Le mannitol est un diurétique osmotique.

  • D-xylitol (E 967) : Non naturel, obtenu par réduction du xylose. Non cariogène, apporte une saveur fraîche, utilisé en confiserie et dans les sirops pharmaceutiques.

• Oses aminés :

  • Glucosamine : Dérivé aminé du glucose (OH en C-2 remplacé par ). Obtenue par hydrolyse de la chitine. Joue un rôle clé dans le métabolisme du cartilage, utilisée comme anti-arthrosique symptomatique à action lente (ex: Glucosamine, Donacom).

Vitamine C (Acide Ascorbique)

La vitamine C est une vitamine hydrosoluble classée parmi les oses en raison de son précurseur biogénétique, le glucose.

• Propriétés : Son acidité et son caractère réducteur (ène-diol) en font un puissant antioxydant, capteur de radicaux nocifs.

• Synthèse : La plupart des animaux et des plantes synthétisent la vitamine C à partir du glucose. L'homme, cependant, ne la synthétise pas et doit l'obtenir par l'alimentation (80 mg/jour).

• Rôles biologiques :

• Capte les radicaux nocifs et inhibe la formation de nitrosamines (effet protecteur contre certains cancers).

• Indispensable à l'hydroxylation de la proline pour l'élaboration du collagène.

• Applications thérapeutiques :

  • Traitement du scorbut.

  • Asthénies, convalescences ( g/jour).

  • Après brûlures ou interventions chirurgicales (synthèse de collagène).

• Sources : Fruits et légumes frais (agrumes, kiwi, cassis, argousier, acérola, cynorrhodon, paprika).

• Production industrielle : À partir du glucose via le sorbitol.

Les Holosides

Les holosides sont formés par la combinaison de plusieurs molécules d'oses via des liaisons osidiques. Ces liaisons se forment entre un hydroxyle hémiacétalique et un autre hydroxyle, avec perte d'une molécule d'eau. Les holosides peuvent être hydrolysés chimiquement ou enzymatiquement.

Disaccharides

Les disaccharides sont formés de deux molécules d'oses.

• Classification :

  • Non réducteurs : Liaison entre les deux fonctions réductrices (OH hémiacétaliques) des oses (ex: saccharose).

  • Réducteurs : Liaison impliquant la fonction réductrice d'un seul ose, laissant l'autre fonction réductrice libre (ex: maltose, lactose).

• Saccharose :

  • Structure : D-glucose + D-fructose (liaison -D-glucopyranosyl (1 B-D-fructofuranoside). Non réducteur.

  • Propriétés : Sucre ordinaire, pouvoir sucrant de référence (1), dextrogyre.

  • Hydrolyse : En milieu acide ou par invertase glucose + fructose (sucre inverti), qui est lévogyre (inversion du saccharose).

  • Sources : Betterave sucrière, canne à sucre, érable, dattes, miel.

  • Usages pharmaceutiques : Édulcorant, excipient (sirops, comprimés), conservateur.

  • Miel : Produit par les abeilles ( Apis mellifera L.) à partir du nectar. Composition: fructose (38%), glucose (31%), saccharose (10%), divers pigments et huiles essentielles. Utilisé en médecine traditionnelle comme édulcorant, fortifiant, expectorant, cicatrisant et antibactérien.

• Maltose :

  • Structure : Deux molécules de D-glucose (liaison -D-glucopyranosyl-(1\alpha\beta.</p></li><li><p><strong>Sources :</strong> Formé par hydrolyse de l'amidon, notamment dans l'orge en germination (sucre de malt).</p></li><li><p><strong>Usages :</strong> Important pour le brassage de la bière, sucres digestibles pour nourrissons.</p></li></ul></li><li><p><strong>Lactose :</strong></p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p><strong>Structure :</strong> <span data-latex="\beta" data-type="inline-math"></span>-D-galactose + D-glucose (liaison <span data-latex="\beta" data-type="inline-math"></span>-D-galactopyranosyl-(1<span data-latex="-&gt;4)-D-glucopyranoside). Réducteur. Existe en formes " data-type="inline-math"></span>\alpha<span data-latex=" et " data-type="inline-math"></span>\beta.

  • Sources : Présent dans le lait des mammifères (3-5% dans le lait de vache, 4-8% dans le lait maternel humain).

  • Obtention : Sous-produit de l'industrie fromagère (petit lait).

  • Propriétés : Faible pouvoir sucrant (0,16 par rapport au saccharose).

  • Usages pharmaceutiques : Diluant (poudres, comprimés), ne provoque pas d'effet laxatif. Prépare le lactulose.

• Disaccharides d'hémisynthèse :

  • Lactulose : Galactose - fructose.

  • Lactitol : Galactose - sorbitol.

  • Usages : Laxatifs osmotiques (attirent l'eau dans l'intestin) et antihyper

ammoniémiants (utilisés dans l'encéphalopathie hépatique pour acidifier le contenu intestinal et transformer le en ).

• Effets secondaires : Flatulences, crampes abdominales, diarrhées (moins avec le lactitol).

• Esters dérivés du saccharose :

  • Formés avec des acides gras, non digérés ni absorbés. Utilisés comme substituts des matières grasses.

Comparaison du Pouvoir Sucrant

Le saccharose sert de référence avec un pouvoir sucrant de 1.

F SaX T Gl Man So Mal Gal L

Oligosaccharides

Les oligosaccharides sont formés de 3 à 10 oses.

• Oligosaccharides naturels :

  • Galacto-oligosaccharides (GOS) : Dérivés galactosylés du saccharose (raffinose, stachyose, verbascose). Stockés dans les graines et organes souterrains. Peu digestes, ils provoquent des flatulences.

• Oligosaccharides obtenus par voie enzymatique :

  • Fructo-oligosaccharides (FOS) : Préparés par dégradation partielle des fructanes (inuline) ou biotechnologie. Non réducteurs, propriétés « bifidogènes » (prébiotiques), facilitent le développement des probiotiques.

  • Maltodextrines : Oligosaccharides réducteurs issus de l'hydrolyse partielle de l'amidon. Mélange de glucose, disaccharides, oligo- et polyosides. Utilisées en diététique infantile, comme adhésifs, et excipients en pharmacotechnie.

  • Cyclodextrines : Oligosaccharides cycliques d'unités de glucose (liaisons (1-4)). Produites par dégradation enzymatique de l'amidon. Structures amphiphiles (hydroxyle à l'extérieur, hydrophobe à l'intérieur) permettant l'encapsulation de molécules hydrophobes. Applications : protection de molécules, libération contrôlée, préparations injectables, amélioration de la biodisponibilité, stabilité, masquage de goût/odeur.

• Oligosaccharide obtenu par biotechnologie :

  • Acarbose : Composé de 2 glucoses, 1 désoxyose aminé et 1 cyclitol insaturé. Inhibiteur des -glucosidases, réduit la résorption des hydrates de carbone et l'hyperglycémie post-prandiale. Utilisé pour traiter le diabète de type 2.

Polysaccharides

Les polysaccharides sont des polymères de plus de 10 oses. Ils sont classifiés en homogènes (un seul type d'ose) et hétérogènes (plusieurs types d'oses ou dérivés).

Polysaccharides Homogènes

• Glucanes (unité de base: glucose) :

  • Amidon : Polymère de D-glucose avec liaisons -( 1-> 6). Essentiel pour le stockage chez les végétaux (graines, tubercules). L'amidon est un mélange d'amylose (linéaire, -(1->4)) et d'amylopectine (ramifiée, \alpha-> 6)). Utilisé comme excipient en pharmacie.

  • Cellulose : Polymère linéaire de -D-glucose avec liaisons -(1-> 4). Principal constituant de la paroi cellulaire végétale. Très résistant, insoluble, mais partiellement dégradée par la flore colique. Utilisée en technologie pharmaceutique (diluant, liant, désinté

grant) et ses dérivés sont largement employés (méthylcellulose, carboxyméthylcellulose).

• Glycogène : Polymère de glucose avec liaisons \alpha -> 6) ramifiées. Réserve énergétique animale (foie, muscles).

• Dextrane : Polymère d'-D-glucose avec liaisons $\alpha\alpha-> 3). Produit par des bactéries. Utilisé comme succédané de plasma, expandeur de volume et dans les collyres (larmes artificielles).

• Lentinane : Polymère de glucose avec liaisons -(1-> 3 et 1-> 6). Extrait de champignons (ex: Lentinus edodes). Activité immunostimulante.

• Fructanes (unité de base: fructose) :

  • Inuline : Polymère de fructose (liaison -(2-> 1)) avec souvent une molécule de glucose terminale. Élément de réserve chez de nombreuses plantes (chicorée, topinambour). Soluble, « bifidogène » (prébiotique), non dégradée par les enzymes digestives, arrive intacte dans le côlon.

Polysaccharides HétérogènesTrès hydrophiles, ils forment des solutions visqueuses ou des gels. Leur identification se fait par hydrolyse et analyse des oses.

• Polymères ramifiés (Végétaux supérieurs) :

  • Gommes : Exsudats d'arbres (ex: gomme arabique d'Acacia senegal, gomme adragante d'Astragalus gummifer, gomme de Sterculia). Polymères ramifiés et hétérogènes contenant des acides uroniques. Utilisées comme adoucissants, gélifiants, épaississants, laxatifs de lest.

  • Mucilages : Constituants cellulaires normaux des végétaux (ex: graines de lin, psyllium, ispaghul). Polymères ramifiés, acides ou neutres. Utilisés comme laxatifs mécaniques (gonflent avec l'eau).

  • Pectines : Polysaccharides complexes des fruits (agrumes, pommes, coings). Polymères d'acide D-galacturonique (liaisons 1-> 4) avec intercalations de rhamnose et ramifications d'autres oses. Gélifiantes, utilisées pour les confitures et en thérapeutique (gastrites, diarrhées, absorption des toxines).

• Polymères linéaires (Algues marines) :

  • Algine (Acide alginique) : Extrait d'algues brunes (fucus, laminaires). Polymère d'acides D-mannuronique et L-guluronique (liaisons -1-> 4). Insoluble dans l'eau mais absorbe 100 fois son poids en eau. Utilisé pour traiter l'épigastralgie (Gastriphar, Gaviscon) et comme ouate anti-hémorragique.

  • Agar (Agar-agar ou gélose) : Extrait d'algues rouges (Gelidium, Gracilaria). Mélange de polymères riches en galactose et 3,6-anhydrogalactose. Forme un gel épais et résistant au refroidissement. Utilisé comme support de culture en bactériologie, laxatif mécanique, agent de texture.

  • Carraghénanes : Extrait d'algues rouges (Chondrus, Gigartina). Polymères similaires à l'agar mais plus riches en groupements O-. Laxatifs mécaniques, protecteurs de la muqueuse gastrique, peuvent avoir des propriétés anticoagulantes.

• Micro-organismes :

  • Gomme xanthane : Sécrétée par Xanthomonas campestris. Structure très complexe avec une chaîne principale de glucoses (-(1-4)) et des ramifications triosidiques (mannose, acide glucuronique). Très stable (pH, température), pseudo-plastique. Utilisée comme stabilisant et gélifiant en pharmacotechnie et industrie alimentaire.

Polysaccharides Aminés

Certains polysaccharides contiennent des unités d'oses aminés.

• Polysaccharide homogène aminé :

  • Chitine : Constituant de la paroi cellulaire des champignons, cuticule des insectes,

carapace des crustacés. Polymère linéaire de N-acétylglucosamine (liaisons -1,4). Biocompatible avec les tissus humains, agent hydratant, cicatrisant. Utilisée en cosmétique, traitement des brûlures, fils de suture, implants dentaires.

• Chitosane : Obtenu par désacétylation partielle de la chitine. Hétéropolysaccharide binaire de N-acétyl-D-glucosamine et D-glucosamine. Nature cationique en milieu acide.

• Polysaccharides hétérogènes aminés (origine animale) : Glycosaminoglycanes (GAG).

  • Acide hyaluronique : Polymère de disaccharides d'acide D-glucuronique et de D-N-acétylglucosamine (liaisons -1,3 et -1,4 alternées). Présent dans les tissus conjonctifs, le liquide synovial (lubrifiant, amortisseur de chocs). Utilisé en chirurgie ophtalmique, traitement de l'ostéoarthrite du genou, médecine esthétique (comblement des rides).

  • Chondroïtine sulfate : Composant de la matrice du cartilage. Polymère de disaccharides d'acide glucuronique et N-acétylgalactosamine sulfate (liaisons -1,4 et -1,3 alternées). Utilisée comme anti-arthrosique symptomatique à action lente.

  • Héparines : Mélange de polymères de disaccharides trisulfatés (acide iduronique-2-O-sulfate et D-glucosamine-N-sulfate, 6-O-sulfate). Liaisons glycosidiques -1,4 et -1,4 alternées. Substances hydrosolubles très acides. Complexent des enzymes sanguines pour inhiber la coagulation. Utilisées comme anticoagulants (héparines non fractionnées, héparines de bas poids moléculaire).

    • Effet indésirable : Hémorragie (antidote : Protamine).

    • Contamination : Incidents récents liés à la contamination par la chondroïtine persulfatée.

Fibres AlimentairesLes fibres alimentaires sont des glucides (polysaccharides autres que les glucanes -(1-4)) et la lignine qui ne sont pas digérées par l'organisme.

• Classification :

  • Insolubles : Cellulose, lignine.

  • Solubles : Hémicelluloses, pectines, gommes, mucilages, inuline.

• Sources : Céréales complètes (son), fruits frais, légumes secs, légumes verts.

• Bénéfices :

  • Normalisation du transit intestinal (augmentation du volume des selles, formation de gaz et d'acides gras par fermentation colique).

  • Diminution du cholestérol (LDL-cholestérol).

  • Réduction de la vitesse d'absorption du glucose.

  • Prévention de l'obésité et de l'athéromatose.

• Risques de carence : Constipation, hémorroïdes, diverticulose colique, maladie de Crohn, cancer du côlon.

• Effets indésirables d'un excès : Carences en minéraux et vitamines (complexation), flatulences, ballonnements, diarrhée.

Applications Générales des Polysaccharides

Les polysaccharides ont de multiples applications en pharmacie et dans l'industrie.

• Thérapeutique : Laxatifs, prébiotiques, diurétiques, immunostimulants, antidiarrhéiques, antiulcéreux, émollients, hémostatiques, antithrombotiques.

• Milieu hospitalier : Succédanés du plasma, adhésifs de prothèses, pansements (brûlures, cicatrisants), chirurgie (yeux, articulations), antithrombotiques.

• Nutrition : Valeur alimentaire (amidon), diététique anti-obésité.

• Technologie pharmaceutique et agro-alimentaire : Excipients (désintégrants, épaississants, gélifiants, lubrifiants, stabilisants), médicaments à libération prolongée.

• Divers : Textile.

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