Glucide - Définition

Structure, classification et nomenclature

Les oses simples

Les oses possèdent tous une fonction carbonyle :

• Pseudo Aldéhyde pour les aldoses (exemple : glucose) ;
• Pseudo Cétone pour les cétoses (exemple : fructose).

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 ; sédoheptulose;
• Les octoses possèdent 8 carbones.

Représentation linéaire : modèle de Fischer

Tous les oses possèdent un pouvoir rotatoire du fait de la présence d'un carbone asymétrique, les oses sont dits chiraux sauf le dihydroxyacetone.

Deux énantiomères (antipodes optiques) ont les mêmes 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. Il est à noter que dans la représentation de Fischer, par convention, le carbone le plus oxydé est placé en haut, ce qui permet de définir sans ambiguïté le sens gauche/droite des substituants de la chaîne carbonée.

• Dans la forme , le groupement alcool (-OH) porté par le carbone n − 1 est à droite (en représentation de Fischer) ;
• Dans la forme , le groupement alcool (-OH) porté par le carbone n − 1 est à gauche (en représentation de Fischer).

Il existe aussi des stéréoisomère qui sont des isomères optiques. Tous les énantiomère sont des stéréoisomères. Il y a aussi des diastéréoisomère qui sont des stéréoisomères non énantiomères. Il y a des épimère qui sont des sucres qui diffèrent par la configuration d'un seul et même carbone.

Représentation cyclique : modèle de Haworth

Quand on laisse du glucose préalablement cristallisé en solution dans de l'eau, le pouvoir passe de +112 ° à +52,5 °. Quand on laisse une solution dans l'eau de glucose préalablement cristallisé 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 une autre fonction alcool (celle du carbone 5). Le glucose devient alors cyclique, il dérive du pyrane. Le carbone n^o 1 est un carbone anomère (les isomères cycliques sont appelés des anomères), le groupement de la fonction alcool qu'il porte peut être « en haut » ou « en bas ». Si elle est en haut, le groupement hydroxyl est du même côté que celui de la série, c'est la forme alpha, sinon, hydroxyle opposé à celui de la série, c'est la forme bêta. La figure 2 explique la cyclisation du glucose. En solution aqueuse, le glucose est en équilibre tautomère : 65 % sous forme β--glucopyranose, 0,1% sous forme -glucose (linéaire) et 35 % d'α--glucopyranose. La cyclisation des sucres permet d'avoir deux fois plus d'isomères.

Le fructose, cétohexose, se cyclise par réaction entre les carbones 1 et 4, cette forme dérive du furane, c'est la forme furanique (figure 3). Le glucose également mais le -glucofuranose n'est pas stable et se transforme rapidement en -glucopyranose. Les oses se cyclisant sous forme furanique (furanose) sont :

• Le ribose donnant du ribofuranose ;
• Le 2-désoxyribose donnant du 2-désoxyribofuranose ;
• Le fructose donnant du fructofuranose.
• De manière générale, ce sont les cétohexoses.

Les oses se cyclisant sous forme pyranique (pyranose) sont :

• Le glucose donnant du glucopyranose ;
• Le galactose donnant du galactopyranose.
• De manière générale, ce sont les aldohexoses.

Anomalie optique

Le pouvoir rotatoire spécifique d'une solution de glucose fraîchement préparée n'est pas stable. Sa valeur évolue dans le temps pour aboutir à la valeur caractéristique de 52,7 °. C'est le phénomène de muta-rotation. Il s'explique par l'existence des stéréoisomères alpha et bêta du glucose. Cette muta rotation s'explique par le fait que en solution, le glucose possède un carbone asymétrique de plus que sous forme linéaire.

Les osides

Les osides sont des polymères d'oses liés par une liaison osidique. Ils sont hydrolysables, et aussi appelés glucides complexes.

Formation de la liaison 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).

Les diholosides

Les diholosides ou dissacharides ou encore diosides sont des sucres composés de deux molécules d'ose.

Non-réducteurs

On dit qu'un diholoside est non réducteur si le carbone 1 portant le OH hémiacétalique est engagé dans une liaison (la fonction hémiacétalique n'est pas libre). Autrement dit la liaison finale est du type "oside"

• Le saccharose

C'est un diholoside non réducteur, son nom officiel est l'α--glucopyranosyl(1→2)β--fructofuranoside

Il est scindé en 2 molécules : le -glucopyranose et le -fructofuranose par l'invertase qui est une a glycosidase c'est-à-dire une enzyme spécifique de cette liaison glycosidique.

• Le tréhalose

On le trouve dans les champignons, les bactéries ou encore dans l'hémolymphe des insectes. De nombreux organismes l'accumulent en réponse à un choc thermique. Son nom officiel est l'α--glucopyranosyl(1→1)α--glucopyranoside

Il est scindé en 2 molécules : 2 molécules de glucopyranose par l'invertine.

Réducteurs

• Le lactose

C'est un diholoside réducteur car sa fonction hémiacétalique est libre, c'est le glucide du lait, son nom officiel est le β--galactopyranosyl(1→4)--glucopyranose

Il est hydrolysé en 2 molécules : le glucose et le galactose par une bêta galactosidase.

• Le maltose

C'est un diholoside homogène réducteur, son nom officiel est l'α--glucopyranosyl(1→4)-glucopyranose

Il provient de l'hydrolyse partielle de l'amidon. Il peut être à son tour hydrolysé par une alpha glucosidase en 2 molécules de -glucose.

• Le cellobiose

C'est un diholoside homogène réducteur, son nom officiel est le β--glucopyranosyl(1→4)-glucopyranose

Il provient de l'hydrolyse partielle de la cellulose et est hydrolysé lui-même par une bêta glucosidase.

• L'isomaltose

C'est un produit de dégradation de l'amidon et du glycogène. Son nom officiel est l'α--glucopyranosyl(1→6)-glucopyranose

Détermination de la structure d'un diholoside

Il est constitué de 2 oses liés par liaison osidique et peut être réducteur ou non. Par exemple : le maltose, le saccharose, le lactose, le cellobiose…

Les triholosides

Le raffinose

Présent dans la betterave, il est éliminé lors du raffinage du sucre. C'est un triholoside non réducteur, son nom officiel est l'α--galactopyranosyl(1→6)α--glucopyranosyl(1→2)β--fructofuranoside.

Le gentianose

Présent dans la gentiane. Son nom officiel est l'α--glucopyranosyl(1→6)saccharose, cette osides non réducteur est aussi nomè sachyose.

Les polyholosides

Association d'un très grand nombre de molécules liées par des liaisons O-glycosidiques. Chaînes soit linéaires ou ramifiées.

• L'amidon

C'est un polyholoside homogène non réducteur constitué de deux composés :

• L'amylose, (hydrosoluble) polymère de glucose lié par une liaison α(1→4) ;(20 à 30%),
• L'amylopectine, (insoluble) amylose ramifié par une liaison α(1→6). (70 à 80%)

L'amidon est un polymère de glucose. Et peut être hydrolysé par une alpha glucosidase. C'est la substance de réserve glucidique des végétaux. Les féculents sont une source majeure d'amidon dans l'alimentation humaine.

Il est mis en évidence par le lugol (eau iodée) qui conduit à une coloration noire caractéristique.

• Le glycogène

Au niveau de sa structure, il est pratiquement identique à l'amidon : il possède plus de ramifications que l'amidon (une ramification tous les 10 résidus glucose), tout le reste de la structure est identique à l'amidon. Sa masse molaire est plus élevée (de l'ordre de 10⁶ g.mol⁻¹). C'est la substance de réserve glucidique des animaux. Contrairement à l'amidon, il est soluble dans l'eau froide.

Le glycogène a 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 glycogénogenèse et décomposé par la glycogénolyse.

On le trouve en surplus dans le cas de la glycogénose de type II ; maladie dans laquelle l'absence de maltase acide des lysosomes, empêche sa dégradation.

Le glycogène est mis en évidence par le lugol (eau iodée) qui conduit à une coloration brun acajou.

• La cellulose

C'est un polyholoside homogène de glucose liés par une liaison 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 molécule très longue et rigide, dont la structure lui confère ses propriétés mécaniques telles qu'observées chez les plantes.

Elle ne peut être assimilée par l'être humain mais sa présence dans l'alimentation favorise le transit intestinal et protège l'organisme contre le cancer du colon.

• L'agar-agar

C'est un polyholoside mixte constitué de - et -galactose estérifié par de l'acide sulfurique. Extrait d'algues, il est utilisé en bactériologie et dans l'industrie alimentaire comme gélifiant.

• Les dextranes

Les dextranes sont produit par certaines bactéries, tel que la Leuconostoc mesenteroides, en présence de sucre. De poids moléculaire élevé ils sont composés d’unités D-glucose reliées par un liaison osidique α(1→6).

• L'acide hyaluronique

C'est un mucopolysaccharide et 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 à laquelle il confère sa viscosité.

Les hétérosides

Les hétérosides sont des molécules complexes dont l'hydrolyse fournira au moins une molécule d'ose.

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, et ses dérivés utilisés dans le transport de l'énergie intracellulaire, l’acide ribonucléique (ARN) chargé de guider la synthèse cellulaire des protéines, l’acide désoxyribonucléique (ADN) porteur de l'hérédité…

L'ONPG

Utilisé en bactériologie systématique, l'orthonitrophényl-β--galactopyranoside est hydrolysé par une β-galactosidase.

C'est un O-hétéroside.