Glucide
Un article de Freepedia.
Les glucides ou hydrates de carbone sont une classe de molécules de la chimie organique. Leur formule chimique est basée sur le modèle Cn(H2O)p.
Elles font partie, avec les protéines et les lipides, des constituants essentiels des êtres vivants et de leur nutrition, car elles sont un des principaux intermédiaires biologiques de stockage et de consommation d'énergie. Chez les organismes autotrophes, comme les plantes, les sucres sont convertis en amidon pour le stockage. Chez les organismes hétérotrophes, comme les animaux, ils sont utilisés comme source d'énergie dans les réactions métaboliques.
Sommaire
|
Catégories
Les glucides (improprement nommés hydrates de carbone) sont habituellement répartis entre oses (monosaccharides et disaccharides) au goût sucré et polysaccharides, insipides, comme l'amidon.
- Les oses (ou monosaccharides) sont des molécules simples, non hydrolysables, formant des cristaux, communément appelés sucres
- Les osides, hydrolysables sont des polymères d'oses liés par une liaison osidique :
- Les holosides sont des polymères exclusivement d'oses ;
- Les oligoholosides (oligosides) ont un indice de polymérisation inférieur à 10 ;
- Les polyholosides (polyosides) ont un indice de polymérisation supérieur à 10 (exemple : amylose, amylopectine, cellulose, glycogène).
- Les hétérosides sont des polymères d'oses et de molécule(s) non glucidique l'aglycone :
- Les O-hétérosides où une fonction alcool (-OH) de l'aglycone participe à la liaison osidique;
- Les N-hétérosides où une fonction amine (-N=) de l'aglycone participe à la liaison osidique ;
- Les S-hétérosides où une fonction thiol (-SH) de l'aglycone participe à la liaison osidique.
- Les holosides sont des polymères exclusivement d'oses ;
Structure, classification et nomenclature
Les oses simples
Les oses possèdent tous une fonction carbonyle :
Ils sont caractérisés par leur nombre de carbone :
- Les trioses possèdent 3 carbones : dihydroxyacétone, glycéraldéhyde ;
- Les tetroses possèdent 4 carbones : érythrose, thréose, érythrulose;
- Les pentoses possèdent 5 carbones : ribose, arabinose, xylose, lyxose, ribulose, xylulose;
- Les hexoses possèdent 6 carbones : allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose, talose, psicose, fructose, sorbose, tagatose;
- Les heptoses possèdent 7 carbones ;
- Les octoses possèdent 8 carbones ;
Représentation linéaire : modèle de Fisher
Tous les oses possèdent un pouvoir rotatoire du fait de la présence d'un carbone asymétrique, les oses sont dits chiraux.
Deux énantiomères (antipodes optiques) ont les même propriétés à l'exception d'une seule : leur pouvoir rotatoire opposé. La figure 1 représente les deux énantiomères du glucose, la forme D-glucose est la forme naturelle.
- Dans la forme D, le groupement alcool (-OH) porté par le carbone <math>n-1</math> est à droite (en représentation de Fisher) ;
- Dans la forme L, le groupement alcool (-OH) porté par le carbone <math>n-1</math> est à gauche (en représentation de Fisher).
Représentation cyclique : modèle de Haworth
Quand on laisse une solution dans l'eau de glucose préalablement cristalisé dans de l'eau, le pouvoir passe de +112° à +52,5°. Quand on laisse une solution dans l'eau de glucose préalablement cristalisé dans de l'acide éthanoïque, le pouvoir passe de +19° à +52,5°.
Cette observation est due au fait que la fonction aldéhyde du glucose s'hydrate pour former une fonction alcool qui va réagir avec la une autre fonction alcool (celle du carbone 5). Le glucose devient alors cyclique, il dérive du pyrane. Le carbone n°1 est un carbone anomère, le groupement de la fonction alcool qu'il porte peut être « en haut » ou « en bas ». Si elle est en haut, le carbone est en forme beta, sinon, c'est la forme alpha. La figure 2 explique la cyclisation du glucose. En solution aqueuse, le glucose est en équilibre tautomère : 65 % sous forme β-D-glucopyrannone, 0,1% sous forme D-glucose (linéaire) et 35 % d'α-D-glucopyrannose.
Le fructose, cétohexose, se cyclise par réaction entre les carbones 1 et 4, cette forme dérive du furane, c'est la forme furannique (figure 3). Le glucose également mais le D-glucofurannose n'est pas stable et se transforme rapidement en D-glucopyrannose.
Les oses se cyclisant sous forme furanique sont :
- Le ribose donnant du ribofurannose ;
- Le 2-désoxyribose donnant du 2-désoxyribofurnannose ;
- Le fructose donnant du ribofurannose.
Les oses se cyclisant sous forme pyranique sont :
Les osides
Les osides sont des polymères d'oses liés par une liaison osidique.
Formation de la lisaison osidique
Une liaison osidique est une liaison covalente produit de la réaction entre la fonction alcool hémiacétalique (-OH formé par le carbone anomère) et une autre molécule (glucidique ou non).
Consulter l'article au sujet de la liaison osidique pour plus d'informations.
Les holosides
Le saccharose
C'est un diholoside non réducteur, son nom officiel est l'<math>\alpha -D-glucopyrannosyl(1\rightarrow 2)\beta -D-fructofurannoside</math>
Le lactose
C'est un diholoside réducteur, c'est le glucide du lait, son nom officiel est le <math>\beta -D-galactopyrannosyl(1\rightarrow 4)-D-glucopyrannose</math>
Le maltose
C'est un diholoside homogène réducteur, son nom officiel est l'<math>\alpha -D-glucopyrannosyl(1\rightarrow 4)D-glucopyrannose</math>
Le cellobiose
C'est un diholoside homogène réducteur, son nom officiel est le <math>\beta -D-glucopyrannosyl(1\rightarrow 4)D-glucopyrannose</math>
Le raffinose
C'est un triholoside non réducteur, son nom officiel est l'<math>\alpha -D-galactopyrannosyl(1\rightarrow 6)\alpha -D-glucopyrannosyl(1\rightarrow 2)\beta -D-fructofurannoside</math>.
Détermination de la structure d'un diholoside
Les polyholosides
L'amidon
C'est un polyholoside homogène non réducteur constitué de deux composés :
- L'amylose, polymère de glucose lié par une liaison α(1-->4) ;
- L'amylopectine, amylose ramifié par une liaison α(1-->6).
L'amidon est un polymère de maltose. C'est la substance de réserve glucidique des végétaux. Les féculents sont une source majeure d'amidon dans l'alimentation humaine.
Le glycogène
Il est structuralement identique à l'amidon. Mais sa masse molaire est plus élevé (de l'ordre de <math>10^{6} g.mol^{-1}</math>). C'est la substance de réserve glucidique des animaux.
Le glycogène à été extrait par Claude Bernard en 1856 dans le foie. C'est la forme de stockage du glucose excédentaire chez les animaux et les champignons. Il s'agit aussi d'un polymère de glucose ramifié (un branchement tous les 6 à 8 unités glucose). Le glycogène est formé par la glycogénogénése et décomposé par la glycogénolyse.
La cellulose
C'est un polyholoside homogène de glucose liés par une laison β(1-->4).
La principale molécule structurelle des plantes est la cellulose. Le bois est en partie composé de cellulose, tandis que le papier et le coton sont de la cellulose presque pure. La cellulose est un polymère de glucose. C'est une molècule très longue et rigide, dont la structure lui confère ses propriétés mécaniques telles qu'observées chez les plantes.
L'agar-agar
C'est un polyholoside mixte constitué de D- et L-galactose estérifié par de l'acide sulfurique. Extrait d'algues, il est utilisé en bactériologie et dans l'industrie alimentaire comme gélifiant.
L'acide hyaluronique
C'est un mucopolysaccharide est constitué d'acide-β-glucuronique et de N-acétylglucosamine reliés par une liaison β(1-->3). C'est un des principaux constituants de la substance fondamentale du tissu conjonctif.
Les hétérosides
Les nucléotides
Ils sont constitués d'une base azotée, d'un ose (ribose, 2-désoxyribose)) et d'un groupement phosphate. Ce sont des N-hétérosides Citons l'adénosine monophosphate...
L'ONPG
Utilisé en bactériologie systématique, l'orthonitrophényl-β-D-galactopyrannoside est hydrolysé par une β-galactosidase. C'est un O-hétéroside.
Propriétés chimiques
Propriétés réductrices
Les oses simples et les diholosides ayant de libre leur carbone hémiacétalique libre sont réducteurs de par leur fonction aldéhyde. La fonction aldéhyde est oxydée en fonction acide carboxylique. L'une des fonctions alcool primaire peut être oxydée en fonction acide carboxylique.
Les diholosides non réducteurs sont ceux dont aucun carbone hémiacétalique n'est libre, il est mis en jeu dans la liaison osidique.
- Réduction des ions métaliques
Réduction de l'ion cuivre II (Cu2+) en oxyde de cuivre II (Cu2O) (liqueur de Fehling). Cette propriété est utilisée dans la méthode de Bertrand pour le dosage des glucides.
- Réduction de composés organiques
Par exemple le 3,5-dinitrosalicylate (DNS) est réduit en 3-amino-5-nitrosalicylate, composé rouge brun permentant de doser les oses réducteurs par colorimétrie.
- Oxydation par voie enzymatique
En présence de dioxygène, la glucose oxydase oxyde le glucose en gluconolactone (puis acide gluconique) avec libération d'eau oxygénée. Cette enzyme est utilisée pour mesurer la glycémie.
Hydrolyse de la liaison osidique
Hydrolyse chimique
L'hydrolyse chimique n'est pas spécifique, elle conduit à la plus petite sous-unité des glucides : les oses. Elle est réaliasée en présence d'acide chlorhydrique
Hydrolyse enzymatique
L'hydrolyse enzymatique, contrairement à l'hydrolyse chimique est spécifique. Ces enzymes sont des hydrolases.
- la β-glucosidase hydrolyse les liaisons osidiques mettant en jeu un glucose dont l'-OH hémiacétalique est en position β ;
- L'α-amylase rompt les liaisons osidiques à l'intérieur de la chaîne d'amylose ;
- La β-amylase hydrolyse les liaisons osidiques à partir des extrémités.
Métabolisme des glucides
Dégradation
Les glucides sont hydrolysés ou isomérisés en glucose (ou fructose) puis dégradés en pyruvate par la glycolyse, la voie des pentoses phosphates ou, pour les bactéries, la voie d'Entner-Doudoroff. Le pyruvate, est, suivant les conditions, fermenté en lactate ou éthanol. En aérobiose, il est transformé en acétylCoA et oxaloacétate. Enfin, ces derniers rentrent dans le cycle de Krebs qui libère du dioxyde de carbone et de l'eau.
Synthèse
