Licence en Education, enseignement secondaire-SVT Semestre « S2 » BIOCHIMIE STRUCTURALE Pr. Mohammed RHAZI E-mail : [email protected] 1 MOLECULES BIOLOGIQUES Aliments : produits dont nous nous nourrissons. Nutriments : produits dont nos cellules se nourrissent. Organisme (réactions chimiques) : aliments nutriments A partir nutriments, cellules synthétisent propres Molécul. Biologiq. Molécules biologiques sont groupées en 3 classes : Glucides, Lipides et Protéines 4ème classe : A.N matériel génétique de la cellule «NOUS SOMMES FAITS DE CE QUE NOUS MANGEONS» 2 1 I- GLUCIDES Classe importante des substances naturelles. Représentent majeure partie de subst. organique terrestre Les + énergétiques des substances nutritives. Chaînons C (C-C) // (OH) et (CHO), (C=O), (COOH) ou (NH2). Largement répandus chez touts les E V. Structure : cellulose (Vx); chitine (invertébrés) Réserves énergétiques : glycogène (Ax), amidon (Vx) Métabolites : constitution AN, coenzymes, vitamines Rôle économique: Cellulose : milliards de tonnes / an Amidon, saccharose : millions de tonnes / an. 3 Oses et Osides (DP) Oses (simples): Aldoses (-CHO) ; Cétoses (C=O ) Osides (complexes): Holosides : Polymères d’oses / Liaison osidique : (ose-O-ose)n Oligosides ( 2 n 10) Polyosides (n 10) Hétérosides : oses + aglycone (fraction non glucidique) 4 2 I.1. Oses (monosaccharides) Formule brute Cn(H20)p (hydrates de C). Caractérisés: 1 fction carbonylique (et au -) 1 fction alcool Hydrosolubles et réducteurs (aldéhyde, Cétone) Classés selon 2 critères : Nbre de C : triose, tétrose, pentose, hexose, heptose,.. Nature de la fonction carbonylique : Fonction aldéhydique ALDOSE Fonction cétone CETOSE Critères combinés permet de caractériser un ose: Ex : Aldohexose : 6 C, 5 OH et 1 CHO Majorité chez E.V ont 5 C (pentose) ou 6 C (hexose) 5 I.1.1. Aldoses : Nomenclature : C-1 porte fonction aldéhyde. Glycéraldéhyde (+ simple) : CHO-*CHOH-CH2OH Triose (3C), 1erose (aldoses) ayant un rôle 1*C (asymétrique) 2 énantiomères (D et L) 1 6 3 Aldoses dérivent du glycéraldéhyde Ajout d’1C (portant OH*C) entre CHO et *C (initial). Dernier *C configuration (D ou L) Nature: seulement isomères D 7 Classification des aldoses 8 4 I. 1. 2. Cétoses : Nomenclature : C-2 (Cétoses) porte fonction cétone Dihydroxyacétone (+ simple): CH2OH-CO-CH2OH Triose (3 C); 1erose (cétoses) ayant un rôle Pas de *C 2 9 Ajout d’1C (portant OH *C) entre C= O et CH2OH Ce *C (premier ajouté) configuration (L ou D) Nature : seulement série D 10 5 Classification des cétoses 11 I.1. 3. Cyclisation des oses I.1.3.1. Glucose (6C) Le + important des sucres dans la nature Le + stable (thermodynamiquement) large diffusion Très répandu à l'état libre ou combiné. Principal carburant de l'organisme. Glycémie : [Glucose libre] dans le sang (0,80g/L). Réserve en glycogène (foie, muscles) ou amidon. 12 6 13 Glucose linéaire CHO HCOH HOCH 1 + H-OH HCOH HCOH 5 CH2OH sur C1 Glucose cyclique OH HC OH HCOH HOCH HCOH HCOH HOCH HCOH HCOH HCOH H-OH CH2OH HC CH2OH O O OH OH HO OH CH2OH Cyclisation favorisée : ROH & CHO / 1 molécule. Cyclisation interne : liaison entre C-1 et C-5 pont osidique. 14 Conséquence : en sol. 2 G, anomères et , en équilibre avec forme aldéhydique ouverte 7 Mutarotation Modification du pouvoir rotatoire d‘1solut. d'ose, accompagnant déplacement d'équilibre entre anomères α et β si OH porté par C anomérique est libre. Oses n’ pas / nature sous forme linéaire. 2 structures cycliques anomères et ( : + stable, groupes en position équatoriale) % CHO libre déroulement réactions aldéhydes (oxydation, réduction, formation dérivés) 15 16 8 I. 1. 3. 2. Dérivés du glucose Glucosamine (chitosane) : OH (C-2) NH2 N-acétyl-glucosamine (chitine) : OH (C-2) NH-CO-CH3 Acide glucuronique (mucopolysacchrides) : Oxydation OH COOH 17 I. 1. 3. 3. Fructose Cétohexose important Vgx (fruits) ; miel (autant que glucose) saccharose Ax : rare (sauf dans liquide séminal) Combiné : oligosides (surtout Vgx); polyosides Pouvoir sucrant élevé ; très soluble Cyclisation selon même mécanisme que glucose Formes cycliques - et -D-fructofuranose Mutarotation : forme linéaire en équilibre avec formes furanniques (les + stables à l'état naturel). 18 9 19 2 5 Rarement linéaire, souvent cyclisé Cyclisation se fait entre C-2 et C-5. : + prédominante, + stable (2 CH2OH du côté opposé) Forme ouverte pouvoir réducteur. dans liquide spermatique humain mouvement des spermatozoïdes. 20 10 I. 1. 3. 4. Autres oses Galactose 2ème ose après glucose Intervient dans composition : Lactose = D Gal + D Glc Cérébrogalactosides du cerveau Glycolipides et glycoprotéines Mannose Très rare sous forme libre surtout dans les végétaux. Glycoprotéines chez l'homme. 21 Ribose et Désoxyribose Aldopentoses Alimentation (abats) Composantes importantes des AN. Forme biologique : furanique (1 - 4) : forme habituelle des pentoses des AN structure Coenz.: NAD, NADP,.. Ribose : par réduction de fonction alcool IIaire C 2 Désoxyribose. DésoxyriboseADN grande stabilité propre à sa fonction de conservation de l'information génétique. 22 11 I.2. Osides Lactose • dans lait Mmfs : humain (69 g/l) et vache (46 g/l). • Son goût assez peu sucré. • Disaccharide réducteur: DGal(14) ou DGlu //condensation* • Si non stérilisé bactéries fermentent lactose ac. lactique (H3C-(HCOH)-COOH)** 23 Saccharose (sucrose) • Vx : canne à sucre, betterave • Raffiné (purifié, cristallisé) = sucre ordinaire • Produit chimiq purifié:+ abondant /alimentation • Disaccharide :DGlu(12)DFruf Non réducteur /2 fctions réductrices Glu (C1) et Fructose (C2) engagées. • Hydrolysable : α Glucosidase ou βFructosidase • Avec lactose, les seuls diholosides à l’état libre 24 12 Maltose • Intermédiaire de digestion des polyosides (amidon ou glycogène) par amylases • Disaccharide : DGlu (14) (ou )DGlu Réducteur • Hydrolysé en 2 molécules de Glu par maltase (enzyme spécifique) 25 Fructose > Saccharose > Glucose > Galactose > Maltose > Lactose Sucre Goût sucré relatif Fructose 120 Saccharose 100 (Norme Réf. // comparer goût sucré) (Norme établie arbitrairement) Glucose 70 Galactose 60 Maltose 40 Lactose 20 26 13 Amidon • 2nd Glucide bio-synthétisé après cellulose . Synthèse-stockage/plaste. • Contient exclusivement -D-Glucose. • Maltose : unité de base de l'amidon • Natif, ss forme de granules de formes diverses (1 à 200 m). • Granules constitués d’association 2polymères : amylose + amylopectine • Le + important pour réserve en sucres (Glu) des Vx. • Tissus Ax en sont dépourvus. • Le + >> aliment/Homme : céréales (40 – 90%) ; PT (65 – 85%) • Production annuelle dépasse 55.106 t/an 27 Composition (varie selon origine) • Amylose : 10-25% du natif 250-300 Glu (1 4) sans ramification (polyoside linéaire) Enroulement en hélice simple (liaisons H stabilité) 28 14 • Amylopectine*: 75-90% (composante majeure de l’amidon) DP 1000 (résidu Glu) Ramifié : Glu (14) + ramification (16) [24 -30 (1 4)] 29 Extraction Trempage : milieu, T°, durée (ramollissement) Broyage/Tamisage Déprotéinisation : lavages successifs au toluène Lugol (solut. Iodure de K iodée) KI (2 g) + I2 (1 g) + Eau (100 g). Amidon+lugolbleue (I2 retenue/hélice Grains extraits d’amylose) ; disparaît à chaud // I2 libérer car hélice se détend (poudre blanche, insoluble/eau) Grains d’amidon (Microscopie électronique) 30 15 Application Alimentaire principal composant de farine : Plus 50% amidons /Alimentation confiserie, boulangerie Industriel : transformé/procédés physiques/chimiques/biologiques en amidon modifié pharmacologie, cosmétologie, plastiques biodégradables (environnement), empesage des vêtements (cols de chemises...), etc.… 31 Glycogène (Amidon AX) : Réserve / tissus : foie, muscles Mmfs, insectes ou mollusques. Structure Amylopectine, sauf plus ramifié 8-12 (1 4) Chaînes ramifiées + courte et +compacte // amylopectine. Longueur de chaîne latérale 10-14 Glu. 105 Gl (foie) PM 16 Millions (varie selon son origine) Organisme capable de stocker 600 g de Glycogène Stock principal / foie (adulte : 200 g) et muscles (100 - 300 g). Cerveau, gd utilisateur Glu :100 mg/min (mais réserve limitée 10-20 g) Soluble / eau froide (Contrairement à l'amidon). 32 16 Extraction • Découper échantillon (foie, muscle, moules ou huîtres) • Broyer / acide trichloroacétique* (4 %). • Répartir broyat / tubes de centrifugation • Centrifuger à 5000 t/mn (5 mn). Récupérer surnageant. • Ajouter alcool (95 %) au surnageant pour précipiter glycogène • Centrifuger à 5 000 t/mn. Récupérer le culot (glycogène). • Dissoudre/H2O puis reprécipiter par l'alcool pour purifier. • Glycogène isolé + goutte d’iode (lugol) coloration spécifique Glycogène se colore en brun acajou *CH3COOH + 3Cl2 → CCl3COOH + 3HCl 33 Applications • Alimentaire : utilisées / aliments comme gélifiant (confitures), épaississant, texturant, émulsifiant et stabilisant (produits laitiers). Récemment, utilisées comme remplaçant de graisse ou du sucre / aliments à basse teneur en calories • Pharmaceutique : contribuent aux activités anti-métastasique, immunostimulante, anti-ulcéreux, anti-néphrétique, anti-typhoïde, anti-diarrhée, anti-cholestérol,… • Autres applications: films biodégradables, agents d’apprêtage pour papier textiles, Mbs d’ultrafiltration • Marché mondial en produit plus 20000 t/an. 34 17 Cellulose • Plus de 50 % de biomasse/Terre. • Constituant de paroi cell Vgle. • Ch.linéaire (non ramifiée) : -D-glucopyranose liés en C1 /C4 liais (1 4) entre Glu : caractéristique chimique fondamentale • PM 500 000 (3000Glu) – 5 M ( cellulose native, 30000 Glu). • PM élevé Insolubilité/eau : caractéristique physique principale. Vx produisent 50-100 Milliards de t / an. Coton, papier filtre = cellulose pure à 98 %. Source : Bois, coton, maïs, blé 35 Extraction Isolement difficile Chlore /Etain, T° 20-70°C, qlques h. Solution NaOH (3 à 4M), sous azote 36 18 Réactivité • Problème majeur de transformation de cellulose en dérivés est l’accessibilité difficile aux hydroxyles du fait des associations. difficulté d’obtention des dérivés polysubstitués ; 0 DS 3. si DS = 3 polymère persubstitué. • Pour DS maximum, on procède par 1 gonflement préalable de cellulose (industrie, + part des dérivés cellulose ont DS 3). 37 Applications • Très utilisée ss forme coton, papier sans gde transf. de sa struct. • Nitrate de celluloses: Cellulose + ac. Nitrique (H2SO4 concentré) nitrate de cellulose (R-O-NO2). * Si nitration poussée (P2O5 ou AC2O) composé explosif * Si nitration moins intense Celluloïd , matière plastique utilisé en photographie et cinématographie (son usage abandonné du fait de sa gde inflammabilité et de sa conservation difficile) 38 19 • Acétate de cellulose : obtenu//acétylation totale (AC2O + H2SO4 ) de cellulose extraite du coton/pulpe de bois produit filé en fils destinés au tissage (rayonne) ou extrudé en film (cellophane), bandes magnétiques, filtres de cigarette..//industriellement le + • Carboxymethylcellulose (CMC): traitement Cellulose/M. alcalin par ac. chloracétique (ClCH2COOH). Attaque se fait sur OH-6 OCH2-COOH. CMC commercialisé : résines échangeuse d’ions • Méthyl-cellulose : anti-mousse, adhésifs, gélifiants, stabilisants. (pas toxique//homme, utilisée comme additif pharmaceutique alimentaire/laxatif 39 Chitine 2ème biopolymère abondant trouvé en nature après cellulose Idem cellulose sauf Glu aminés ou glucosamines Poly [β-(1 4)-2-acétamido-2-déoxy-D-glucopyranose 40 20 Chitine en Nature Crustacés : exosquelette (07-36%) Mollusques: plumes (Céphalopode, 40%) Insectes : cuticule (1,4 % du Pds frais) Micro-organismes : > 20 % du poids Ver annelés : soies Champignons :parois cellulaires Algues: parois cellulaires (chlorophycées) 41 Extraction Carapaces : lavées, séchées , broyées Déminéralisation : bains acides Déproteination : bains alcalins CHITINE (DA 100%) 42 M. Rhazi & al. Polym Int 49 (2000) 337-344 21 N-désacétylation 43 • Alimentaire – (Coagulant) séparer particules colloïdales et dispersées au niveau des déchets alimentaires industriels. – (Immobilisant) désacidifier extraits café, jus fruits, épaississant et stabilisateur conserver nourriture Ex: CM-chitos film protecteur, prolonge durée stockage. CasTomate : peut retarder mûrissement, survenue de couleur rouge et texture molle de 11 jours; Retarder de 10 jours, stabilisation de sa teneur en vit. C. Retarder pourrissement du fruit de 9 jours. • Cosmétique (Filmogène) /crèmes ou lotions de soin pour peau ou cheveux (améliorer souplesse cheveux);soin oral (dentifrice, chewing-gum) • Agriculture (Immunologique) Enrobage semences des céréales meilleure résistance lors germination accroissement du Rdt protéique des céréales, renforce système racinaire et favorise épaississement de tige. meilleurs Rdts lors de période de récolte 44 22 • Pharmaceutique (Biocompatible) Encapsule drogues, support médicaments • Biomédical – (Cicatrisant) fabriquer fils de suture ou peau artificielle cicatrisation des brûlures et reconstitution de l’épiderme + rapidement et - douloureuse qu’avec produits habituels peau ne présente aucun risque de rejet. – (Immunologique) stimuler cellules impliquées/défense immunitaire vis-à-vis cellules tumorales et agents pathogènes – (Hypocholéstérolémiant) piéger lipides amaigrissants (Japon, Europe et USA) 45 • Traitement des eaux et des rejets (polycationique) Recyclage des eaux (floculant pour clarifier l'eau, réduire les odeurs). Elimination teintes, colorants, insecticides, produits pétroliers, Récupération des ions M Complexation M. Rhazi & al. Polymer, 43(4): 1267-1276 (2002) M. Rhazi & al. European Polymer Journal, 38(8): 1523-1530 (2002) M. Rhazi & al. Phys. Chem. News 39 (2008) 136 - 141. 46 23 Agar-Agar (gélose): Algues marines (rouges) Polyoside cplexe D et L-Gal (13) irrégulièrement sulfaté Forme des gelées pour milieux nutritifs bactériens Alginates /algues brunes polyuronides linéaires (2ac. : ac. β-D-mannuronique et α-L- guluronique liés par α(1-4). Pectines : paroi cell. ; ch. d'ac. uroniques : ac. galacturoniques (α-1,4) avec rhamnose lié en α(1-2); arabinanes ou galactanes. Alginates Pectines 47 Ac. hyaluronique: • Tissu conjonctif, humeur vitrée (corps hyalin), peau. • Le + simple des glycosaminoglycanes. • [Ac. glucuronique + N-acétylglucosamine]n ; ß 1-3 et ß 1-4 48 24 Chondroïtines sulfates (CS): • Tissu conjonctif (cornée), cartilage, os et derme. • Motifs : [Ac. β D glucuronique + N-acétyl galactosamine]n. • Très riches en charges en raison gpements sulfates et uronates Dermatane sulfate (DS) • Derme, tendon, ligament, cartilage fibreux • Acide L-iduronique + N-acétylgalactosamine-6- sulfate Kératane sulfate (KS) • Cartilage, cornée • Galactose + N-acétyl-glucosamine-6-sulfate,. 49 Héparine • Secrétée par mastocytes • / nbreux tissus (foie, poumon, reins, cœur, aorte). • Motif :[Acide α D glucuronique + D Glucosamine N-Sulfate]n • PM 17000-20000. • Anticoagulante : inhibe prothrombine Thrombine. • Activateur lipoprotéine-lipase (enz. libère AG/triglycérides//protéines sanguines) • In-vivo, inhibiteur de la ribonucléase. 50 25 Inuline • Polyoside permet//Vgx de constituer réserves à partir saccharose • Résulte d’1processus de transfructosylation qui peut se formuler : Glu - Fru + Glu - Fru → Glu - Fru - Fru + Glu • Par élongation successive, possible d’obtenir molécules qui, pour 1reste glucose, comportent de 3 à 36 unités fructose. • Produit cplexe obtenu en condensant à haute T° 89 % de D-Glu et 10 % de D-sorbitol, en présence de 1 % d’acide citrique. • PM1000, soluble/eau, utilisé/boissons comme fibre soluble/confiserie en association avec édulcorants intenses, comme substitut de sucres. • Hypocalorique (1 Kcal/g), se comporte comme fibre alimentaire. • En raison de ses propriétés physiologiques, l’inuline a récemment trouvé des débouchés dans le domaine alimentaire. 51 52 26 Glycoprotéines • Hétéroprotéines: fraction glucidique + protéique (Lais. Covalente) • Très répandues/nature avec fctions biologiques très variées. • Renferment plus de 5 % de glucides //4 groupes : Oses : D mannose ; D galactose 6-désoxyhexoses : L fucose (6 désoxy L galactose) Glucosamine et galactosamine souvent acétylées Acide N-acétylneuraminique (NANA) souvent terminal qui donne leur caractère acide aux glycoprotéines. • Enchaînement glucidique souvent ramifié • Liais. entre groupement réducteur Terminal (glucidique) et 1AA de Prot: Fction alcool d’1 AA (Ser, Thr) liaison O-Glycosidique Fction amide de Gln ou Asn liaison N-glycosidique 53 • Rôle biologique des fractions glucidiques – Interaction : cellule-cellule : contact, transfert information,… – Influence : repliement des protéines. – Protection : protéines contre protéases. – Spécificité : Gpes sanguins (dépend fraction glucidique des glycoprotéines GR) • Principales glycoprotéines – Hormones hypophysaires : LH et FSH. – Glycoprotéines du blanc d'œuf : ovalbumine. – Glycoprotéines du plasma 54 27 I.3. Caractérisation des Glucides *Oxydation par liqueur de FEHLING Permet de mettre en évidence présence d'aldoses et de sucres réducteurs. R-CHO + 2Cu(Tart)22– (bleu) + 5 OH–→ R-CO2– + Cu2O(s) (rouge brique) + 4Tart– + 3H2O Ion ditartratocuivre (II) Hydroxyde de Cu (II) Ion cuivre oxyde aldéhyde 1ac. carboxylique + 1précipité rouge brique d'oxyde cuivreux Acide tartrique (HOOC-CHOH-CHOH-COOH) Solut. A : 18 g de sulfate de Cu/250 mL d'eau. Solut B : 87 g Ac. tartrique et 35 g de NaOH / 250 mL d'eau. Réaction Gpes Respons. Mode opératoire Résultats -2 ml de solution glucidique - 2 ml de solution de Liq Fehling ( solut. A et B) Solut. A : 18 g sulfate de Cu /250 mL eau Test de Fehling Pouvoir réducteur oses et diosides Solut. B: 87g Ac. Tartrique+35g NaOH+250mL eau (sauf saccharose) Mélanger lentement 2 solutions en agitant doucement. Oxydation par Liq. 1er bleu clair Cu(OH)2 se forme et va se dissoudre FEHLING (spécifique car Cu "préfère" se complexer aux ions tartrates pour des aldéhydes) ion ditartratocuivre (II) : Cu(Tart)22– bleu foncé Solut. obtenue: liq de Fehling, ne se conserve pas longtemps, doit être fraiche Réaction Réaction de Tollens Gpes Respons. 55 Mode opératoire Précipité d'oxyde cuivreux dont Teinte varie du jaune au rouge orangé Résultats Pouvoir réducteur -2 ml de solution glucidique oses et diosides - 2 ml de solution de Tollens (sauf saccharose) Solut. Tollens : cplexe nitrate Ag /solut. ammoniac Dépôt d’Ag sur parois Miroir // «test miroir d‘Ag» ([Ag(NH3)2]+ ; NO3−) Cétones s’oxydent Au cours réact, ion Ag oxyde aldéhyde pour ion pas en ac.carboxyliq carboxylate selon réaction bilan d'oxydo-réduction : // ne réagissent pas Propriété oxydabilité au test de Tollens R-CHO + 2Ag+ +3HO− → RCOO− +2Ag + 2H O Spécifique des Aldéhydes qu’ont pas cétones. (aq) (s) 2 56 28 Réaction Groupes chimiques responsables Mode opératoire Résultats - verser/Tube qlques gouttes de solut glucidique puis Réaction Réaction positive 2 ml d'une solution de Na2CO3 à 20 % de Bosc avec sucres réducteurs - ajouter 1goutte d'o-dinitrobenzène à 1% dans l'alcool - chauffer doucement pendant 1 minute. Groupes chimiques responsables Réaction Réaction de Rubner Mode opératoire Coloration violette Résultats - mettre 2 g d'acétate de plomb /Tube à essai - ajouter 2 ml de solution concentrée glucidique Réaction positive - porter à ébullition jusqu'à dissolution du sel avec sucres réducteurs - ajouter qlques gouttes de soude puis d'ammoniaque Coloration jaune puis rouge 57 Réaction Gpe resp Mode opératoire Utiliser tube à essai très propre, le nettoyer en faisant bouillir à l’intérieur 1peu d’ac. nitrique et bioxyde de Pb. Rincer soigneusement à l’eau distillée. Réduction Pouvoir A la pipette, verser/tube 5 ml solut de nitrate d’Ag à 2% des sels réducteur et ajouter avec précaution ammoniaque dilué. d’argents des oses Il apparaît précipité qui se redissout /excès de réactif. Résultats Après qlques mn, il se dépose sur tube une couche brillante d’argent métallique (tube sale ne permet pas à cette Ne pas dépasser qtité exactement nécessaire pour cette redissolut. couche d’adhérer au verre) Ajouter 5 ml solut. glucose à 0,2% et mettre /bain-marie. Réaction Gpes resp Mode opératoire Résultats /Tube, verser 2 ml de réactif de Nylander (solut alcaline de nitrate de bismuth (NO3Bi(OH)2) maintenu en solut. par sel de Seignette (tartrate soude et potasse)) Réaction de NYLANDER Pouvoir Ajouter 5-10 ml de solut. glucose 0,2 %. réducteur des oses Agiter et porter à ébullition. Maintenir celle-ci quelques mn. Réact parfois préférée à LiqFehling pour détecter glucose/urine Précipité noir de bismuth métallique libéré par réduction Réactif de Nylander n’est en effet réduit ni par urates, ni par créatinine. 58 29 *Formation d’osazones Forme des cristaux d’osazone spécifique de l’ose initial. Ex:*Galactose Galactosazone (lamelles isolées/groupées diverses manières) *Glucose Glucosazone (jaunes fins et allongés regroupés en pinceaux) *Arabinose Arabinosazone (longs filaments recourbés /enchevétrés) *Xylose Xylosazone (longues aiguilles de tailles inégales). *Lactose Lactosazone (groupés en pelotes d'aspect d'un oursin). *Maltose Maltosazone (lamelles regroupées en rosaces irrégulières) /chaud : Ac. Acétique + phénylhydrazine + oses osazones qui cristallisent facilement. Aspect cristaux identifient Oses. 1er temps 1 phénylhydrazine réagit avec gpment carbonyle (C1/Aldoses, C2/Cétoses) pour 1phénylhydrazone ; puis 2 phénylhydrazines réagissent avec C voisin osazone cristallisé. Réaction Gpes respons. Mode opératoire 5 ml solut. Glucidique Oses et holosides réducteurs Résultats Agiter; placer tube au bain marie bouillant 30-60 min. Contenu du tube devient jaune et se trouble par apparition de cristaux pour glucosazone qui précipite à chaud. Pour la lactosazone et maltosazone : idem mais la précipitation ici se fait qu'après refroidissement. *Réactif Phénylhydrazine : 5 ml phénylhydrazine Observation : avec pipette, prélever goutte de solut cristallisée, la placer sur une lame, recouvrir d’1lamelle et observer au scope : 5 ml phénylhydrazine* Formation d'osazones 59 •5 ml ac. éthanoïque pur Glucosazone: ss forme cristaux jaunes fins et allongés souvent regroupés en pinceaux Galactosazone: apparait en lamelles isolées ou groupées de diverses manières. • 5 g chlorhydrate de Arabinosazone : cristallise en longs filaments recourbés et enchevétrés phénylhydrazine Xylosazone : longues aiguilles de tailles •7 g d'acétate de Na inégales. •Ajouter 10ml Ac. acétique cc, Lactosazone : cristaux groupés en pelotes qui ont l'aspect d'un oursin. chauffer très doucement, Maltosazone : forme des lamelles qui se compléter à 100 ml et filtrer . regroupent en rosaces irrégulières. Réactif se conserve mal /temps •50 ml d'eau distillée ou 60 30 Cristaux d'osazones photographiés au microscope optique Glucosazone (x 250) Maltosazone (x 250) Lactosazone (x 250) Maltosazone (x(x Galactosazone 250) 160) 61 *Oxydation par HNO3 (à chaud) Oxydation Forte : ac. Aldarique, diacides à fction carboxylique sur C1 et C6. CHO – (CHOH)4 – CH2OH COOH - (CHOH)4 – COOH Ex. : Glucose Acide glucarique ; Galactose Acide galactarique Si C1 protégé, oxydation portera sur C6 monoacide uronique . Cétoses : dégradés/ces conditions. Chaîne rompue au niveau de fonction cétone. 62 31 *Oxydation par Br2 en solution aqueuse Oxydation Douce, Br2 (ou I2) en milieu faiblement alcalin et à froid oxyde spécifiquement fction aldéhyde des aldoses et transforme aldose en ac. aldonique selon mécanisme : R – CHO + Br2+ 2NaOH R – COOH + 2Br- + 2Na+ + H2O Ex: Glu Ac.gluconique; Man Ac.mannonique; Gal Ac. Galactonique Cétoses ne sont pas oxydés dans ces conditions (oxydation douce). À chaud et en milieu alcalin, Cétoses s'isomérisent en Aldoses : Tautomérisation 63 *Oxydation par l’Iode en solution aqueuse • Cas des aldoses Aldose acide aldonique Ex: D-Glu Ac. D-gluconique (oxydation en C1) R – CHO + I2 + 2NaOH R – COOH + 2I- + 2Na+ + H2O • Cas des cétoses : groupement cétone n’est pas oxydé par l’iode. 64 32 *Oxydation périodique (IO4H) : • La + importante réaction d’oxydation de fonctions alcools IIaires • Détermination structures d’oses: HIO4 pyrannose ou furannose Ose à 6C // 5HIO4 5 coupures. Fonction «alcool IIaire» CHOH H – COOH (Ac. Formique) Fonction «aldéhyde» CHO H – COOH (Ac. Formique) Fonction «alcool Iaire» CH2OH H – CHO (aldéhyde formique (méthanal)) Fonction «cétone» C=O CO2 Furane ou purane précisée par étude des produits formés (Aldéhyde Formique, Ac. Formique) et détermination du nbre de molécule d’ac. périodique consommée. 65 *Réduction Oses se réduisent en polyols par voie enzy. (hydrogénation catalytique) ou chimique soit par action d'1borohydrure alcalin tel que LiBH4 ou NaBH4. Polyalcools (ou polyols) obtenus par réduction de fction aldéhyde en alcool. Ex: Glu Glucitol (Sorbitol) ; Gal Galactitol (Dulcitol) ; Man Mannitol Cétoses: obtenir 2 polyalcools épimères car Réduction du C= O 1*C. Ex. : Fructose 50 % Sorbitol + 50 % Mannitol Aldéhydes sont des composés très réducteurs. Aldéhyd. réagissent + vite que cétoses (car carbonyle cétoses le + encombré est le - électrophile) 66 33 *Méthylation • Permet de fixer CH3 sur OH (R-O-CH3). • Par iodure de méthyle (ICH3) et l’oxyde d’argent (Ag2O) / (Purdie), ou sulfate de diméthyle (CH3)2SO4 en M. alcalin (NaOH) /(Haworth) • Peut être : * ménagée : 1 seul OH méthylé, * totale = perméthylation : tous OH libres méthylés R – OH + ICH3 R – OCH3 + H + + I – • Permet détermination : ° structure des cycles (pyranose ou furanose). ° enchaînement des oses/oside 67 *Réaction d'addition Fonction en C-1 (C-2) peut fixer groupement alcool ou amine : • Si alcool liaison O-osidique, bloquant libre rotation d'OH autour du C-anomérique et donc blocage de configuration ou . Elle fixe les oses dans leur conformation α ou β. In vivo, cette réaction d'addition s'effectue entre 2oses ou 1ose et fonction alcool d’1 AA (Ser ou Thr). 68 34 • Si amine liaison N-osidique. In vivo, cette réaction entre 1 ose et fonction amine d‘Asn, ou entre 1ose et fonction amine du radical de Lys. 69 70 35 *Réaction d'estérification • Idem au schéma classique d‘1 réaction d'estérification entre 1acide et 1alcool : acide + alcool → ester + eau • Esters monophosphoriques : 1P + fonction alcool Iaire. Ex: -D-glucose-6-phodphate (C(6) -O-PO3H2 ) • Esters monophosphoriques cycliques: 1P + 2OH d’ose Ex: Adénosine 3’-5’-Monophosphate (AMPc) : régulat.Glucid., act. hormonale. 71 Esters diphosphoriques : Ex: Fructose-1-6-diphosphate Esters triphosphoriques : Ex : ATP Esters phosphoriques: 1P + 2 fonctions alcool portées par 2 oses base de l’édifice des AN 72 36 Réaction Gpes respons Mode opératoire Résultats Consiste à mélanger substance à tester avec réactif de Molish, l’α-naphtol. Apparition d'anneau 2 ml de solut.glucidique violet à la surface de 2-3gouttes réactif Molisch (solut. Alcoolique α-naphtol 1 % ) Couler long de paroi du tube 2ml d'ac sulfurique cc. séparation de 2liquid en même temps qu‘1 Réaction Réaction coloration de Molisch Tous glucides (Mono-, di- et polysaccharides) verte/phase due à générale réagissent normalement //cette réaction. action d'ac sulfurique (test α- caractérisatio sur le phénol. n Glucides Cas aussi AN et glycoprotéine car hydrolysés en naphtol ) Monosach. par Ac. minéraux forts Si réaction +; addition d’ac. Sulfurique Pentoses déshydratés en furfural, hexoses déshydratés en 5-hydroxyméthylfurfural. coloration rouge Aldéhydes : se condenser avec 2molécules naphtol violacée. 1composé de couleur violette 73 Réaction de Molisch Ex: réaction du glucose 74 37 Réaction Réaction de Séliwanoff Gpes resp Mode opératoire -2 ml de solution glucidique - 2 ml d'acide chlorhydrique concentré - 2 ml solut. alcoolique de résorcinol à 1% Réaction - porter au bain-marie 5 mn, laisser refroidir. positive A chaud/M. acide, cétoses se déshydratent + rapidement qu’aldoses avec cétoses Test nommé d'après Theodor Seliwanoff le chimiste qui l’a conçu. et Hydrolyse acide Polysacc sucres simples + dérivés furfuraliques aldoses Furfural réagit ensuite avec résorcinolcouleur rouge cerise foncée Résultats Coloration rouge Aldoses peuvent réagir légèrement pour couleur rose pâle. Saccharose donne résultat + /ce test car fructose et glucose. Réaction ou test de Seliwanoff 75 Réaction Réaction de Bial Gpes resp Mode opératoire -2 ml de solution glucidique - 2 ml de réactif de Bial (solut. d'orcinol à 0,2 % /HCl concentré) - porter au bain-marie bouillant Réaction - ajouter gouttes de chlorure ferrique à 1 % des Réactif de Bial (orcinol + HCl + chlorure ferrique) pentoses En milieu acide, pentoses se déshydratent pour former furfural. Résultats Coloration verte Furfural se condense avec orcinol développant coloration verte 1précipité peut se former si concentration est suffisante. Test de Bial 76 38 Réaction Réaction de Berg Gpes resp Mode opératoire Réaction Réaction de Ekhert Réaction Résultats mettre pointe de spatule de sucre solide/un tube à essai Réaction ajouter 10 ml d'eau de brome fraiche chauffer 15 minutes au bain-marie des aldoses. porter à ébullition pour chasser l'excès de brome ajouter gouttes solut. perchlorure de fer + 2 gouttes HCl concentré Mode opératoire Coloration jaune Résultats (coloration) -rouge foncé avec le levulose mettre 1spatule de sucre/coupelle porcelaine - jaune avec l'arabinose ajouter qlques gouttes de potasse 2N -jaune clair avec glucose, maltose, xylose ajouter ensuite qlques pastilles potasse -jaune citron avec le lactose . Gpes respons Mode opératoire Résultats Dans un tube à essai, verser à la pipette 2 ml d’une solution Réactif de Réaction de d’arabinose ou de pentose et un égal volume de la solution Wheeler et caractérisation chlorhydrique de phloroglucinol. Chauffer jusqu’à apparition Tollens des pentoses d’une coloration rouge violacé. Constater que la réaction est négative avec une solution de glucose à 1% Réaction Groupes responsables Réaction de Betti Réaction positive avec les pentoses Réaction Gpes resp. Mode opératoire -dissoudre une petite spatulée d'alpha naphtol dans 2 ml d'acide sulfurique concentré , -ajouter très peu de sucre solide et agiter . Mode opératoire Coloration rouge violacé Résultats Coloration bleue 77 Résultats - des ml solut (empois d'amidon, glycogène) -2 à 3 gouttes de réactif iodo-ioduré Solut. de Lugol (solut. iodure de potassium iodée ou eau iodée):1 solution de diiode (I2) -bleue//amidon Polyosides et d’iodure de potassium (KI) /eau Réaction (glycogène, // médecin français Jean Lugol. à l'eau -brun acajou/glycogène amidon, Iodure K (2g)+Iode métalloïde iodée cellulose) I (1g)+Eau(100ml) 2 -bleue//cellulose Formule prescrite sous le nom de « lugol » à 1 % ; formule officielle de la pharmacopée française est : «soluté iodo-ioduré fort dit de Lugol». Elle comporte 1 % d’iode et 2 % de KI. 78 39 • Propriétés physiques : Hydrophiles, solides cristallisés, saveur ± sucrée, très solubles/eau peu solubles /alcool, insolubles /solvants organiques • Propriétés chimiques : Les plus réactifs: /aldoses (C1 puis C6) ; /Cétoses (C2). • Sucre + liqueur de Fehling rouge (reducteur) • Aldose + iode • Cétose + iode • HIO4 pyrannose ou furannose • Osazone : cristaux dépend du sucre 79 40
