Glucides

FACULTE DE MEDECINE D’ORAN
DEPARTEMENT DE MEDECINE
BIOCHIME
ANNEE UNIVERSITAIRE 2015/2016
La Biochimie :
•C'est d'une part l'étude des molécules qui
constituent les êtres vivants (glucides, protéines,
lipides, eau, électrolytes…)
•et d'autre part, l'étude de la transformation
(métabolisme) de ces molécules :
• les réactions de dégradation (catabolisme) .
•les réactions de biosynthèse (anabolisme) .
• Constituent un ensemble de substances naturelles dont les unités de base
sont les sucres simples appelés oses ou monosaccharides.
• On les appelle aussi hydrates de carbones (en anglais, carbohydrates) en
raison de leur formule élémentaire Cn(H2O)n.
• Sont caractérisées par la présence de chaînons carbonés porteurs de
groupements hydroxyles, de fonctions aldéhydes ou cétoniques, et
éventuellement de fonctions carboxyles ou amines.
• La plupart des sucres sont a saveur sucré, mais certains sont insipides
(sans saveurs) comme l’amidon.
• Très répandus dans la matière vivante : 5% poids sec animaux, 70% poids
sec végétaux
• En alimentation : pain, sucre, céréales, lait
1. Rôle énergétique
• 40 à 50 % des calories apportées par l’alimentation humaine sont des
glucides.
• Ils ont un rôle de réserve énergétique dans le foie et les muscles
(glycogène) et dans les végétaux (Amidon).
2. Rôle structural
• Eléments de soutien (cellulose des plantes)
• Constituants de molécules fondamentales : acides nucléiques, coenzymes,
vitamines…
La place du glucose
ROLE FONDAMENTALE
• Principal carburant des tissus
• Seul carburant du foetus
• Tous les glucides alimentaires sont absorbés sous forme de glucose ou
convertis en glucose dans le foie.
• Tous les glucides sont synthétisés à partir du glucose dans l’organisme.
On distingue deux catégories:
Des chaînes glucidiques peuvent être fixées, par voie chimique ou
enzymatique, sur des lipides ou des protéines : ces dérivés sont regroupés
sous le terme de glycoconjugués.
• Ce sont des composés simples, à chaine carbonée linéaire, de formule brute
CnH2nOn (avec n compris entre 3 et 7).
Ces deux fonctions sont réductrices
on représente les oses selon une convention dite projection de Fischer,
universellement adoptée ; on dispose tous les atomes de carbone sur une
ligne verticale , et les groupes hydroxyle secondaire de part et d’autre de
cette ligne.
Par convention, les atomes de carbone des aldoses et des cétoses sont
numérotés d’une extrémité à l’autre de la chaîne carbonée de telle façon que
dans les aldose, le numéro 1 est attribué à celui qui porte la fonction
aldéhyde ( carbone le plus oxydé). Dans le cas des cétoses, le carbone qui
porte la fonction cétone porte le numéro 2.
Les critères de classification des oses
La classification des oses dépend :
1. du nombre d’atomes de carbones
 3 carbones: triose
 4 carbones: tétrose
 5 carbones: pentose
 6 carbones: hexose
2.
La nature du carbonyle
 Aldéhyde → Aldose (aldotrioses aux aldohéxoses)
 Cétone → Cétose (cétotrioses aux cétohéxoses)
La combinaison de ces 2 critères caractérise l’ose
3C:Triose
4C:Tétrose
5C: Pentose
6C: Hexose
Aldose
Aldotriose
Aldotétrose
Aldopentose
Aldohexose
Cétose
Cétotriose
Cétotétrose
Cétopentose
Cétohexose
• Tous les aldoses et les cétoses peuvent êtres synthétisés respectivement
à partir du glycéraldéhyde et de l’hydroxy-acétone (Oses les plus simples).
• L’ose peut exister sous deux formes selon la position de l’hydroxyle
en position n-1.
• Si cet hydroxyle est à droite par rapport au plan de la molécule, on parle de
série D.
• Si cet hydroxyle est à gauche par rapport au plan de la molécule, on parle
de série L.
• Filiation chimique des oses (synthèse de killiani fischer) permet de
passer d’un glucide à (n) carbones à son homologue supérieur (n+1).
• Cette synthèse n'est pas stéréospécifique mais fournit deux épimères
(isomères se différenciant par la position d'un groupement hydroxyle).
La nomenclature D et L des oses est une nomenclature relative et par filiation.
Tous les sucres seront préfixés par les lettres D ou L en référence pour les
aldoses à la configuration du glycéraldéhyde et pour les cétoses à la
configuration du cétotétrose.
La plupart des oses présents chez les êtres vivants appartiennent à la série D
mais quelques uns, tels que l’arabinose, et certains 6-désoxyhexoses
constituants des glycoconjugués, tels que le fucose (6-désoxy-L-galactose) et
le rhamnose (6-désoxy-L-mannose), appartiennent à la série L.
Chaque nouveau carbone ajouté est donc un nouveau centre de chiralité,
avec deux orientations relatives possibles des substituants, ce qui crée un
nouveau couple de stéréoisomères.
Objet chiral : tout objet qui ne peut pas être superposé à son
image dans un miroir est un objet chiral.
Lorsqu'une molécule a plusieurs centres de chiralité, on parle de
diastéréoisomérie
Pour les aldoses, le nombre de stéréoisomères est 2 n-2 où n est le nombre de
carbone de la chaîne. Exemple : aldohexoses (glucose) où n est égal à 6, Le
nombre total de stéréoisomères est égal à 2 4 = 16
• 8 de la série D et 8 de la série L.
Pour les cétoses, le nombre de stéréoisomères est 2 n-3.
.
• Un carbone asymétrique ou chiral, est un atome de carbone qui
porte 4 substituants différents.
• Le glycéraldéhyde possède un carbone asymétrique.
• Si une lumière polarisée dans un plan traverse une solution d’une certaine
substance, cette lumière sera déviée à droite ou à gauche, si seulement
cette substance possède au moins un carbone asymétrique.
• Cette propriété est caractérisée par le pouvoir rotatoire spécifique
• On dit que la substance est douée d’activité optique.
• Si la lumière polarisée est dévié à droite, on dit que la substance
est dextrogyre et le pouvoir rotatoire sera affecté du signe +.
• Si la lumière polarisée est déviée à gauche, on dit que la substance
est lévogyre et le pouvoir rotatoire sera affecté du signe -.
• Les abréviations D et L ne font en aucun cas référence à la nature du
pouvoir rotatoire, dextrogyre (+) ou lévogyre (-).
dépend
[α]
20°
D
= R x 100/C.l
de
plusieurs
facteurs,
notamment le pH, la température, la
longueur du trajet optique, mais
aussi de la concentration et de la
nature du glucide.
• Les isomères sont des composés chimiques qui ont la même formule
brute, mais qui possèdent au moins une propriété différente.
• Isomérie de fonction: diffèrent par la nature de la fonction carbonyle Ex :
D glucose et D fructose.
• Les stéréo-isomères ou isomères de conformation: diffèrent par
l’agencement spatial (configuration spatiale) de leurs atomes.
• Epimères:
Deux oses qui ne différent que par la configuration d’un seul atome
de carbone(la position d'un groupement hydroxyle) sont dits épimères.
L’épimérisation peut se faire par voie chimique ou enzymatique (épimérase).
O
H
1
C
O
H
1
C
2
2
3
3
4
4
5
5
CH2OH
6
D Glucose
CH2OH
6
D Mannose
Enanthiomères:
C’est l’image l'un de l'autre dans un miroir. Le mélange en quantité égale de deux
énanthiomères, ne dévie pas la lumière polarisé, on parle de mélange racémique.
Les propriétés chimiques et physiques des énantiomères sont en général
identiques à l'exception d'une propriété physique : le pouvoir rotatoire.
Anomères.
En solution à PH neutre
les oses sont essentiellement présents sous forme cyclique ( moins de 1/1000
des molécules de monosaccharides ont leur groupement carbonyle libre).
Réaction d’hémi-acétalisation interne (cyclisation) : La fonction C=O (fonction
carbonylique) réagit avec une fonction OH pour former un hémi-acétal.
Les oses
Dans le cas du pont oxydique 1-5, on a
un cycle hexagonal (6 cotés) comportant
5 atomes de carbone et 1 atome
d'oxygène : c'est un noyau pyranose.
Dans le cas du pont 1-4, on a un cycle
pentagonal (5 cotés) à 4 atomes de carbone
et 1 oxygène : c'est un noyau furanose.
O
H
1
C
CH2OH
O OH
2
OH
3
CH2OH
HC
OH
OH
4
OH
OH
H
OH
C
CH2OH
O
5
OH
CH2OH
6
CHOH
O
OH
OH
OH
1
Les aldoses ne donnent pas de combinaisons bisulfitiques : leur
groupement aldéhyde n'a pas la réactivité chimique classique d'un
aldéhyde à pH neutre.
Hydrogénosulfite
de sodium
Hydrogénosulfate de sodium
2
Un aldose ou une cétone vrais fixe deux molécules d’alcool pour former
un acétal.
La fonction carbonylique des aldoses ou des cétoses ne fixe qu’une seule
molécule d’alcool pour former uniquement un hémiacétal.
c'est un premier indice que la fonction aldéhydique des oses n'est pas aussi réductrice que les
aldéhydes vrais.
3
EXEMPLE
• D Glucose + méthanol : obtention de deux méthyl-d-glucosides différents
par leur pouvoir rotatoire:
α méthyl D-glucoside et β méthyl D-glucoside
Par hydrolyse en milieu acide, ces deux méthyl D-glucosides régénèrent le
D-glucose.
Ceci prouve qu’il existe un centre d’assymétrie supplémentaire dans la
molécule, au niveau du groupement carbonylique.
4
La valeur du pouvoir rotatoire d’un ose (mesurée au polarimètre) n’est pas
fixée immédiatement ; elle le devient au bout d’un certain temps. Ce
phénomène est dit phénomène de mutarotation Lowry (1889).
Lorsqu’on dissout dans de l’eau le glucose, on constate que le pouvoir
rotatoire varie dans le temps pour arriver à une valeur finale de + 52 ° 7.
Cette expérience suggère que le D-glucose a un nouveau centre chiral
supplémentaire et donc deux formes isomériques, l’anomère α 112 ° 2 ou β
18 ° 7 (Ces 2 anomères différent par la position dans l’espace du OH
hémiacétalique).
La transformation d’un anomère en l’autre ( le cycle s’ouvre par
hydratation, le groupement OH bascule par rotation du C1 autour de
la liaison C1-C2, puis le cycle se referme par déshydratation)
s’accompagne d’une variation de l’activité optique
lorsque l'équilibre est atteint, les 2 formes α et β sont présentes
en solution dans les rapports respectifs suivants : 1/3 et 2/3.
5
Action d’un agent méthylant puissant
sulfate de méthyle
Formule linéaire: dérivé hépta-méthylé.
Expérimentalement on obtient un dérivé penta-méthylé.
Ces objections permettent de montrer qu’en solution
les oses existent non pas sous forme linéaire mais sous
forme cyclique ( Structure de Tollens et de Haworth).
Les
oses
Représentation
de
Tollens:
C'est en 1884 que Bernhard TOLLENS a fourni
l'explication par la structure cyclique des oses
le radical aldéhydique est hydraté au préalable, ce radical se combine avec la fonction
alcool du C4 ou C5, avec perte d’une molécule d’eau (hémi-acétalisation intra
moléculaire), la liaison se faisant par l’intermédiaire d’un atome d’oxygène: pont
oxydique.
Les oses
EXEMPLES
a-D-glucopyranose b-D-glucopyranose b-D-glucofuranose a-D-glucofuranose
H
H
OH
C
OH
HO
H
H
OH
HO
H
O HO
H
H
C
OH
CH2OH
H
H O HO
OH
H
H
HO
H
C
H
OH
H
O
HO
OH
C
OH
H
H
H
H
CH2OH
H
OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
O
Le cycle est considéré comme plan perpendiculaire au plan de la feuille, le
pont oxydique est en arrière du plan. Les carbones sont placés dans le sens
des aiguilles d’une montre . Les OH sont symbolisés par un trait et les H ne
sont pas montrés.
La position des groupements hydroxyle est fonction de leur position dans la
représentation de Fisher. Les H et OH se trouvant à droite dans la
représentation de Fisher se retrouveront au-dessous du plan du cycle et
ceux situés à gauche se retrouveront au-dessus . dans la représentation de
Fisher, c'est la configuration du C5 (héxoses) qui détermine la série D ou L.
dans la représentation de Haworth, c'est la position par rapport au plan de la
feuille de la fonction alcool primaire qui déterminera la série : série D pour
.
CH2OH au-dessus du plan du cycle, pour la série L CH2OH au-dessous du
plan.
La fonction aldéhyde ou cétonique de l’ose, partiellement dissimulée
(hémiacétal), est appelée pseudoaldéhydique ou pseudocétonique.
6
CH2OH
5
O
4
1
2
3
OH
Conséquence de la cyclisation :
carbone C1 asymétrique ou carbone anomérique.
Les positions relatives dans l'espace des 4 substituants définissent 2
configurations de stéréoisomères, les anomères α et β.
L'existence des formes anomères multipliera par 2 le nombre d'isomères
pour les oses :
8 D-aldohexoses ⇒ 8 α-D-aldohexoses et 8 β-D-aldohexoses . idem pour les
L-aldohexoses
4 D-cétohexoses ⇒ 4 α-D-cétohexoses et 4 β-D-cétohexoses . idem pour les
L-cétohexoses
L'interconversion des formes cycliques α et β passe par la forme
linéaire.
- à pH 7 les formes cycliques représentent 99% avec 1/3 de forme α et
2/3 de forme β
- à pH basique, la forme prépondérante est la forme linéaire 99%
forme α
forme linéaire
forme β
Règle de HUDSON
L’anomère α a un OH hémiacétalique au dessous du plan et en même temps en
position trans par rapport au CH2OH situé au niveau de l’extrémité de la chaine.
Il a le pouvoir rotatoire le plus élevé. L’anomère β a les propriétés inverses
(position cis).
Règle de BOESEKEN
Dans la configuration α, les hydroxyles portés par les atomes de carbones C1
et C2 (contigus) sont du même coté du plan ( position cis). Dans la
configuration β sont de cotés opposés (position trans).
Les oses
CH2OH
O
O OH
CH2OH
OH
α-D-glucopyranose
α-L-glucopyranose
la conformation du cycle pyranose est plus stable que celle du cycle
furanose et, dans la plupart des cas, la forme pyranose prédomine en
solution.
Le carbone C2 est le carbone anomérique pour les cétoses
Les cycles peuvent prendre deux formes différentes dans l'espace :
la forme chaise ou la forme bateau.
Ceci est dû principalement à des problèmes liés d'une part aux contraintes
créées par les liaisons et leurs angles, et d'autre part par l'encombrement
stérique des atomes.
On admet que la configuration en chaise est la plus stable, et que c'est de
cette façon que sont les oses en solution.
Configurations spatiales
Configuration « chaise »
Configuration « bateau »
OH
H
H
CH2OH
HO
OH
H
HO
HO
H
Configuration favorisée
b-D-Glucose
H
H
CH2OH
HO
O
H
HO
H
H
HO
DETERMINATION DE LA POSITION
DU PONT OXYDIQUE
Méthylation de Haworth
• Action du sulfate de méthyle
en milieu alcalin , ou
• Iodure de méthyle en
présence d’oxyde d’argent
• Métylation des OH libres
• Formation des éthers oxydes
• Regénération de la fonction
aldéhydique après hydrolyse
par HCL dilué
• Formation de l’acide
triméthoxyglutarique après
oxydation par l’acide
nitrique(NO 3H)
Acide périodique (Malaprade et Fleury
• IO4- coupe les chaines carbonées
• Formation d’un aldéhyde
formique pour chaque alcool
primaire
• Formation d’un acide formique
pour chaque alcool secondaire
Quelques oses
D Glucopyranose

Le Glucose naturel (D (+) Glucose) est très répandu à l'état libre dans la nature
( le miel, les fruits. .)
 C’est le principal carburant de l’organisme et le carburant universel du foetus.

Il est hydrosoluble dans les liquides biologiques.

Son pouvoir rotatoire est dextrogyre

La polymérisation de l’α Glucose conduit à l’amidon végétal et au Glycogène
animal (reserves énergétiques).
 La polymérisation du β Glucose conduit à la céllulose.

La glycémie est la concentration de Glucose à l’état libre dans le sang.
Galactopyranose
• Il intervient dans la composition de :
— Lactose du lait des mammifères = D Gal + D Glc
— Cérébrogalactosides du cerveau
— Certains glycolipides et glycoprotéines
• Son pouvoir rotatoire est dextrogyre
D-Mannopyranose
• Il est présent surtout dans les végétaux.
• C’est un constituant des glycoprotéines chez l’homme.
• Son pouvoir rotatoire est dextrogyre
D-Fructofuranose
• On le trouve surtout dans les fruits d’où son nom.
• Son pouvoir rotatoire est lévogyre d’où son nom de Lévulose.
• Il est présent dans le liquide spermatique chez l’homme où il participe au
mouvement des spermatozoïdes.
• Il est présent sous forme furanique dans le saccharose.
• La cyclisation se fait entre le C2 (cétone) et le C5.
D Ribofuranose
• La forme furanique est la forme habituelle des pentoses combinés dans les acides
nucléiques(ARN).
• Le βD Ribofuranose est lié aux bases puriques et pyrimidiques par une liaison N-osidique
(nucléosides,nucléotides).
• Il intervient dans la structure des coenzymes : NAD, NADP, ATP.
La forme biologique est la forme furanique (1 - 4)
Dans le Désoxyribose le OH en 2 est remplacé
par H (ADN).
Les oses simples : classification et notion d’isomères
Formes cycliques et anomères
Solution aqueuse de glucose
cristallisation
Glucose + quelques molécules d’eau
3 formes
1-2% forme linéaire
H
C1
HO
C
H
C
H C
2
3
4
5
OH
O
OH
OH
CH2OH
6
1/3 anomère a
6CH2OH
5
C
H
C
4
OH
OH C 3
H
O
H C
2/3 anomère b
6CH2OH
5
OH
C
..
O
H
1
C
4
OH H C
H
C
C
OH 3
2
H
H
OH
6CH2OH
5
C
H
C
4
OH
OH C 3
H
H
H
O
O
H C
OH
C2
OH
OH
1
H C
H
C2
OH
Carbone
anomérique
asymétrique
H
a-D-Glucose
1
Mutarotation
b-D-Glucose
Les oses simples : classification et notion d’isomères
Formes cycliques et anomères
Projections de Haworth
6CH2OH
5
O
C
H
C
4
OH
OH C 3
H
H
1
H C
OH
C2
H
OH
a-D-Glucose
O
HOCH2
6
5C
H
H
C4
6CH2OH
5
O
C
H
C
4
OH
OH C 3
H
OH
1
H C
H
C2
CH
HC
H2C
H
OH
b-D-Glucose
1 CH2OH
OH C 2
C3 OH
OH H
a-D-Fructofuranose
O
HOCH2
6
5C
H
H
C4
O
HC
CH
Pyrane
OH
OH C 2
1
C3 CH2OH
OH H
b-D-Fructofuranose
O
CH
C
HC
Furane
Projection de Fischer : les OH à droite
Projection de Haworth: les OH en dessous du plan
CH
Les oses sont de petites molécules, très polarisables en raison de leurs
nombreuses fonctions alcooliques: ils sont donc très solubles dans
l'eau (jusqu'à 3 M, c'est à dire 540 g.l-1 !).
• Spectre IR caractéristique.
• Identification: * PR spécifique
* Comportement
chromatographique
MILIEU ACIDE/A CHAUD
• Déshydratation interne et cyclisation
H
4
HO
C
5
2
C
CH2OH
6
Hexose
H
HO
H
3
C
C
HO
HO
H
CHO
1
H+
CH
4
CH
3
A CHAUD
3 H2O
C5
CH2OH
6
2C
O
CH0
1
Hydroxy méthyle Furfural
Dérivés furfural: ils ont la propriété de se condenser avec des phénols, amines
aromatiques ou des hétérocycles azotés pour donner naissance à des produits colorés
Méthode de dosage
H
4
HO
CH
5
2
C
H
CHO
1
Pentose
H+
CH
4
CH
3
A CHAUD
3 H2O
CH
2C
5
HO
H
3
C
C
HO
HO
H
O
Furfural
CHO
1
MILIEU ALCALIN/A FROID
MILIEU ALCALIN/A CHAUD
• Dégradation totale.
REDUCTION
• Les oses se réduisent en polyols :
• par voie chimique (irréversible: Hydrure de bore et de
sodium NaBH4 ). ou enzymatique: réversible.
— La fonction aldéhydique ou cétonique est réduite en alcool
• Glucose Glucitol (ou Sorbitol)
• Galactose Galactitol (ou Dulcitol)
• Mannose Mannitol
• Ribose Ribitol
— Le Fructose donne 2 polyols epimères en C2 car la réduction du
C= O entraîne la formation d’un *C asymétrique :
1 CH2OH
NaBH4
D.Sorbitol
CH2OH
1 CH2OH
D.Sorbitol
D.Mannitol
Il faut mentionner d'autres réactions de réduction utilisées pour le dosage des sucres et leur
caractérisation. Notamment :
•les sels cuivriques (la liqueur de Fehling)
Les ions Cu2+ contenus dans la liqueur de Fehling et responsables de
la couleur bleue sont transformés en ions Cu+ par le sucre réducteur .
Ces ions s'associent avec l'oxygène pour former de l'oxyde de cuivre
(Cu2O) qui donne un précipité rouge brique. La liqueur de Fehling se
décolore progressivement. Le dosage est terminé lorsque la couleur
bleue a disparu.
OXYDATION
• Les oses sont des réducteurs plus faibles que les aldéhydes ou les cétones vrais.
Le résultat de l'oxydation dépend des conditions de cette oxydation.
a) Par oxydation douce des aldoses avec Br2 ou I2 en milieu alcalin, on obtient les
acides aldoniques :
* le glucose donne l'acide gluconique
* le mannose donne l'acide mannonique
* le galactose donne l'acide galactonique
permet le dosage spécifique des aldoses car les cétoses ne sont pas oxydés dans
ces conditions.
I2, BR2, OH-
Acide D.gluconique
OXYDATION
b) Par oxydation plus poussée avec l'acide nitrique à chaud on
obtient les acides aldariques qui sont des diacides possédant une
fonction carboxylique sur le carbone 1 et le carbone 6:
• le glucose donne l'acide glucarique
• le galactose donne l'acide galactarique
HNO3
COOH
Acide D.glucarique
OXYDATION
Les cétoses sont dégradés dans ces conditions. La chaîne est rompue au niveau de
la fonction cétone. On obtient un composé ayant un carbone de moins par
rapport l’ose initial.
COOH
HNO3
Acide D.Arabinanique
OXYDATION
c) Enfin, si la fonction aldéhyde est protégée pendant l'oxydation, on
obtient les acides uroniques oxydés uniquement sur la fonction
alcool primaire :
• le glucose donne l'acide glucuronique: c’ est le précurseur
de la voie de synthèse de la vitamine
C
ou acide L-ascorbique.
• le galactose donne l'acide galacturonique
ADDTION OU SUBSTITUTION
CH2OH
CH2OH
Méthanol:CH3OH
OH
H2O
α.D.Glucose
O-CH3
α.D.Méthyl Glucoside
CH2OH
CH2OH
OH
Méthanol:CH3OH
O-CH3
H2O
β.D.Glucose
β.D.Méthyl Glucoside
CH2OH
CH2OH
C6H5OH
OH
H2O
α.D.Glucose
O-C6H5
α.D.Phenyl Glucoside
CH2OH
CH2OH
OH
C6H5OH
O-C6H5
H2O
β.D.Glucose
β.D.phenyl Glucoside
• Par des acides minéraux: acides phosphoriques
CH2O-PO3H2
H,OH
2H3OP-
-PO3H2
F1,6 diP: intermédiaire de la glycolyse
• Esters polyP:ATP
• Adenosine polyP
• Oxydation de la seule fonction alcool primaire:
acide uronique.
• A FROID: Phenylhydrazone
CH=N-NH-C6H5
NH2-NH-C6H5
H2O
D.Glucose phenyl hydrazone
• A : CHAUD : Osazone: composé de couleur jaune: PR et IR
caractéristique
extraction des oses.
CN=N-NH-CH
CH=N-NH-C6H5
N-NH-C6H5
2(NH2-NH-C6H5)
NH2-NH-C6H5
NH3
CH2OH
D.Glucosazone
• Le fructose donne aussi une glucosazone.
• Deus aldoses épimères en C2 et le cétose qui
leur correspond donnent la même osazone.
Ex: glucose, mannose et fructose.
Les osides
Ce sont des molécules complexes qui qui donnent par hydrolyse deux ou plusieurs
molécules d’oses.
Ces oses peuvent être identiques ou différents.
On les classe en deux catégories en fonction de leurs produits d'hydrolyse.
- les holosides, qui libèrent des oses et/ou de dérivés d'oses
- les hétérosides qui libèrent des oses et des molécules aglycones
Les osides
Les holosides
En fonction de leur taille on les classe:
- en oligoholosides (ou oligosaccharides) pour les plus petits (constitués de quelques oses)
- en polyholosides (ou polysaccharides) pour les plus gros (jusqu'à plusieurs milers d'oses
associés)
Dans tous les cas les oses sont associés entre eux par une liaison osidique ou glycosidique
faisant systématiquement intervenir le OH porté par un carbone anomérique.
Selon le mode de liaison des deux oses, le diholoside est soit réducteur ou non réducteur .
Diholoside non réducteur : liaison osido-oside
Il y a condensation de la fonction hémiacétalique de chaque ose par une liaison
osido-oside
Diholoside réducteur : liaison osido-ose
Il y a condensation d’une fonction hémi-acétalique d’un ose avec une fonction
alcoolique d’un second ose par une liaison osido-ose. Il reste donc dans le diholoside
un -OH hémi-acétalique libre responsable du pouvoir réducteur de la molécule.
Les osides
+ H2O
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
O
CH2OH
O
réducteur
OH
CH2OH
O
OH
+ H2O
CH2OH
O
CH2OH
O
O
non réducteur
LES DISACCHARIDES (DIHOLOSIDES)
Composés formés de deux oses liés par une liaison osidique
H
C
OH
H
+
H2O
C
HO
+H2O
H
H
C
C
O
Dénomination biochimique dépend:
-De la nature des oses
-Des anomères
-Du carbone porteur de l’hydroxyle engagé dans la liaison sur le second ose
-Des formes cycliques
Réducteur :
(anomère) x…osyl ou osido (1
n) y…ose (n est
différent du carbone anomérique)
Non réducteur : (anomère) x…osyl ou osido (1
y…oside
1 (anomère))
Les disaccharides
Exemple du lactose
Lactase
Il est présent dans le lait de tous les mammifères.
6CH2OH
5
OH C
H
C
4
OH
H C3
O
H
C1
H
C2 H
O
4
C
6CH2OH
5
C
H
OH
C3
O
OH
1
H C
C2 H
H
OH
H
OH
Ose dont le
Galactose
Glucose
carbone
anomérique 0-b-D-galactopyranosyl-(1->4)-b-D-glucopyranose
est engagé
à gauche
L’enzyme hydrolysant le disaccharide reconnaît:
-L’ose dont le carbone anomérique est engagé
- La nature de l’anomére (a ou b)
-Le type de liaison O-osidique (numéros des carbones liés)
Exemple: lactase = b-(1->4)-galactosidase
substrat de fermentation
en acide lactique par des
lactobacilles à la base des
fermentations fromagères.
Ose dont le
carbone anomérique
est libre à droite
(extrémité réductrice)
Les disaccharides
Maltose
6CH2OH
5
C
H
C
4
OH
OH C 3
H
H
Glucose
H
H
H C1
O
C2
4C
O
OH
6CH2OH
5
C
H
OH
C3
H
O
H
H C1
C 2 OH
OH
Glucose
0-a-D-glucopyranosyl-(1->4)-a-D-glucopyranose
Produit de dégradation des amidons
[a-(1->4)-glucosidase]
Les disaccharides
Exemple du saccharose (sucre)
Les deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison O-osidique
Saccharase = a-(1->2)-glucosidase
b-(2->1)-fructosidase
Très répandu dans les végétaux.
Produit intermédiaire de la
photosynthèse.
Il est mis en réserve dans les tiges
de la canne à sucre et dans les
racines des betteraves.
Les osides
Les diholosides possèdent un grand nombre de OH libres sur lesquels peuvent se fixer un
troisième ose, un quatrième…
On peut ainsi obtenir des polyholosides de très grande taille qui pourront être ramifiés ou non.
Ces polysaccharides sont très nombreux dans le règne animal et végétal. Ils sont souvent
associés à des protéines .
Les polyosides homogènes sont constitués d’un seul type d’ose. Ce sont soit des polyosides
de réserve (amidon, glycogène) soit des polyosides de structure (cellulose).
TRIHOLOSIDE
Raffinose
Triholoside hétérogène non réducteur, présent à l’état naturel dans la betterave d’où il est
éliminé lors du raffinage du sucre (d’où son nom).
Les homo- et hétéro-polysaccharides
Homopolysaccharides
Linéaires
branchés
Hétéropolysaccharides
Linéaires
branchés
Les homopolysaccharides de structure
Cellulose et chitine
Cellulose: polymère linéaire de 10 à 15000 b-D-glucose, qui représente 50% du carbone
végétal.
- Liaisons b-(1->4):unité de base: cellobiose ( union de deux glucoses).
- Non soluble
- Non digestible par l’homme (pas de b-glucosidase)
Chitine: polymére linéaire de 10 à 15000 b-N-acétyl-D-glucosamine
- Structure linéaire
- Non soluble
- Non digestible par l’homme (pas de b-N-acétyl-D-glucosaminidase)
Les homopolysaccharides de réserve
Amidons et glycogène
Amidons : polymères d’a-D-glucose: c’est le polyoside végétal le plus abondant(réserve
glucidique), qui a un rôle nutritionnel important chez l’homme et l’animal. Il est insoluble à
37°c. il est digestible par des α-glucosidases dans l’intestin.
- Amyloses: liaisons a-(1->4), de quelques dizaines à plusieurs milliers de résidus
(PM de 5 à 500 kda). 20 % des amidons environ
- Amylopectines:
liaisons
a-(1->4)
+
liaisons
a-(1->6)
tous
les
20-30
résidus
liés par des liaisons a-(1->4), quelques milliers de résidus (PM jusqu’à 1000 kDa).
80% des amidons environs
Les osides
Polysaccharides linéaires:
Glycogène :C’est la forme de stockage du glucose dans le foie et les muscles
polymères
d’a-D-glucoses
liés
par
des
liaisons
a-(1->4)
et
tous
les
8-12
résidus des branchements a-(1->6).
Structure plus compacte que les amidons : Le glycogène présente plus de ramifications et a
une masse moléculaire plus élevée que l'amylopectine (106 contre quelques milliers de Da)
Liaisons a-(1->4)-glycopyranosyl
5
C
H
OH
H
4
C
OH C 3
H
6
H
4
C
5
O
H
H
C1
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
H
4C
O
5
4C
OH
C
H
OH
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
H
4C
O
5
CH2OH
6
6
C
H
OH
O
CH2
CH2OH
6
C
H
OH
5
H
O
C2
CH2OH
CH2OH
6
Liaisons a-(1->6)glycopyranosyl
CH2OH
CH2OH
6
C
H
OH
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
H
4C
O
5
6
C
H
OH
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
Liaisons a-(1->4)-glycopyranosyl
H
4C
O
5
C
H
OH
O
H
H
C1
C3
C2
H
OH
STABILITE DE LA LIAISON GLYCOSIDIQUE
La liaison est relativement stable en milieu alcalin. Les liaisons éther sont rompues
par hydrolyse et on retrouve les molécules de départ avec leurs deux fonctions hydroxyle.
Hydrolyse chimique
Catalysée par l'ion H+, elle est réalisée à pH acide (HCl N/10) et à chaud (60°C) en 1
heure. Cette hydrolyse n'a aucune spécificité et toutes les liaisons glycosidiques sont
rompues et les produits obtenus sont les unités d'oses.
Hydrolyse enzymatique
L’hydrolyse des liaisons glycosidiques se fait par des hydrolases, spécifiques des liaisons
glycosidiques (glycosidases).
La spécificité est telle qu’une glycosidase peut agir uniquement sur un seul substrat
(spécificité principale) et sur un seul anomère.
Ces enzymes hydrolysent uniquement les diholosides et n'ont aucune action sur des
polyosides d'ordre supérieur.
Thréalase : enzyme intestinale qui est une α -glycosidase spécifique des liaisons (α1- α1).
Saccharase ou sucrase : enzyme intestinale, α-glucosidase, qui hydrolyse la liaison (α1-β2)
du saccharose mais aussi la liaison (α1 -4) du maltose.
Invertase : c'est une β-fructosidase spécifique de la liaison (α1 β2).
Maltase : enzyme intestinale qui est une α-glucosidase spécifique de la liaison (α1- 4)
du maltose et de la liaison (α1 β2) du saccharose.
Isomaltase : enzyme intestinale qui est une α-glycosidase spécifique de la liaison (α1- 6)
de l'isomaltose.
Lactase : enzyme intestinale qui est une β-galactosidase spécifique de la liaison (β1 - 4)
du lactose.
Cellobiase : une β-glucosidase spécifique de la liaison (β1 4) du cellobiose. absente chez
l’homme.
HYDROLYSE DES POLYOSIDES LORS DE LA DIGESTION
L’amidon représente la moitié des glucides apportés par l’alimentation chez l’homme.
Sa digestion se fait dans le tube digestif grâce à différents enzymes spécifiques.
• Les α amylases (α1-4 glucosidases)
Elles agissent en n’importe quel point de la chaîne sur les liaisons α1-4 pour donner des
molécules de maltose et des dextrines limites car leur action s’arrête au voisinage des
liaisons α1-6.
Il existe une amylase salivaire, peu active car elle est inactivée par le pH acide de l’estomac
et, surtout, une amylase pancréatique très active.
• L’enzyme débranchant ou α1-6 glucosidase
Il scinde la liaison α1-6 glucosidique c’est-à-dire les points de branchement. Il est présent
dans la bordure en brosse de l’intestin.
• La maltase
Tous les maltoses obtenus précédemment sont hydrolysés en 2 molécules de glucose par
la maltase (α1-4 glucosidase).
DETERMINATION DE LA NATURE DES OLIGOSIDES
EX : Diholoside
Déterminer la nature des oses.
Déterminer le mode de liaison.
Déterminer le type de la configuration anomérique α ou ß des liaisons osidiques.
Détermination de la nature des oses
On coupe la liaison osidique par hydrolyse acide, deux cas se présentent :
Soit obtention d’un seul type d’ose : il s’agit d’un diholoside homogène, l’ose est identifié par
son pouvoir rotatoire spécifique.
Soit obtention de deux oses différents : il s’agit d’un diholoside hétérogène, il faut donc les
séparer par des techniques chromatographiques . Ils sont ensuite identifiés et dosés
individuellement.
Détermination du mode de liaison : deux cas peuvent se présenter
Soit condensation des deux fonctions hémi-acétaliques des deux oses : Absence du
pouvoir réducteur.
Soit condensation de la fonction hémi-acétalique de l’un avec une fonction alcoolique
de l’autre ose : dans ce cas le diholoside conserve les propriétés réductrices, il faut
alors :
Déterminer l’ose réducteur.
Préciser la position de l’hydroxyle qui, dans cet ose réducteur est impliqué dans la
liaison osidique.
Détermination de l’ose réducteur
L’oxydation ménagée (faible) d’un oligoside (ex lactose : galactose + glucose) oxyde l’ose dont
la fonction hémi-acétalique est libre (dans ce cas le glucose en acide gluconique), alors que
l’ose qui est engagée par sa fonction hémi-acétalique (dans ce cas le galactose) n’est pas
oxydé. Après hydrolyse acide, on identifie par chromatographie l’ose réducteur.
Détermination de la configuration anomérique
Méthodes chimiques.
Méthodes enzymatiques : certains enzymes (osidases ou glycosidases) hydrolysent de façon
très spécifique soit la liaison α ou ß osidique.
Détermination de la position de l’hydroxyle
Le diholoside est réduit par le NaBH4, puis traité par l’acide périodique. La position de l’OH
engagée dans la liaison osidique est déduite à partir:
Du nombre de molécules d’acide périodique consommés.
Du nombre de molécules d’aldéhyde formique formés.
Du nombre de molécules d’acide formique formés.
ETUDE DE LA STRUCTURE D’UN POLYOSIDE
Déterminer la nature des oses.
Déterminer le mode de liaison.
Déterminer le type de la configuration anomérique α ou ß des liaisons osidiques.
Déterminer le poids moléculaire.
Déterminer la langueur de la chaine et le degré de ramification.
Le PM = M x n ou M est la masse molaire du glucose et n et le nombre de
glucose après méthylation.
Détermination de la longueur de la chaine et du poids moléculaire
Premier cas : Polyoside linéaire homogène : Amylose
Les méthodes les plus utilisées sont les méthodes de méthylation comme :
Méthode d’Haworth au sulfate de méthyle en milieu alcalin.
Méthode de Purdie et Ivrine à l’iodure de méthyle en présence d’oxyde d’argent.
Méthode de Kuhn à l’iodure de méthyle dans la diméthylformamide.
Méthylation : Tous les groupements hydroxyles (OH) sont méthylées y compris celui de
la fonction hémi-acétalique terminale, mais les hydroxyles engagés dans les liaisons
osidiques entre les différentes unités de D glucose sont masqués à la méthylation.
Hydrolyse : par un acide dilué (Hcl) : clivage de toutes les liaisons osidiques (en respectant
les liaisons éther-oxydes), les composés obtenus sont séparés par chromatographie puis
dosés.
Deuxième cas : polyoside branché : amylopectine
Après méthylation suivie d’hydrolyse, on obtient :
Autant de 2,3,4,6 tétraméthylglucose que le glucose initial.
Autant de 2,3,6 triméthylglucose que le glucose interne plus le glucose final.
Autant de 2,3 diméthylglucose que de branchements.
Le nombre de tétraméthyl indique donc le nombre de chaine.
Le nombre de diméthyl indique donc le nombre de branchements.