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7.2 : Glucides

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    Objectifs d'apprentissage

    • Donnez des exemples de monosaccharides et de polysaccharides
    • Décrire la fonction des monosaccharides et des polysaccharides au sein d'une cellule

    Les biomolécules les plus abondantes sur Terre sont les glucides. D'un point de vue chimique, les glucides sont principalement une combinaison de carbone et d'eau, et beaucoup d'entre eux ont la formule empirique (CH 2 O) n, où n est le nombre d'unités répétées. Ce point de vue représente ces molécules simplement comme des chaînes d'atomes de carbone « hydratées » dans lesquelles les molécules d'eau se fixent à chaque atome de carbone, d'où le terme « glucides ». Bien que tous les glucides contiennent du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, certains contiennent également de l'azote, du phosphore et/ou du soufre. Les glucides ont une myriade de fonctions différentes. Ils sont abondants dans les écosystèmes terrestres, dont nous utilisons de nombreuses formes comme sources de nourriture. Ces molécules sont également des éléments essentiels des structures macromoléculaires qui stockent et transmettent l'information génétique (c'est-à-dire l'ADN et l'ARN). Ils constituent la base des polymères biologiques qui confèrent de la résistance à divers composants structuraux des organismes (par exemple, la cellulose et la chitine) et ils constituent la principale source de stockage d'énergie sous forme d'amidon et de glycogène.

    Les monosaccharides : les plus doux

    En biochimie, les glucides sont souvent appelés saccharides, du grec sakcharon, qui signifie sucre, bien que tous les saccharides ne soient pas sucrés. Les glucides les plus simples sont appelés monosaccharides, ou sucres simples. Ce sont les éléments constitutifs (monomères) de la synthèse de polymères ou de glucides complexes, comme nous le verrons plus loin dans cette section. Les monosaccharides sont classés en fonction du nombre de carbones contenus dans la molécule. Les catégories générales sont identifiées à l'aide d'un préfixe qui indique le nombre de carbones et du suffixe — ose, qui indique un saccharide ; par exemple, triose (trois atomes de carbone), tétrose (quatre atomes de carbone), pentose (cinq atomes de carbone) et hexose (six atomes de carbone) (Figure\(\PageIndex{1}\)). L'hexose D-glucose est le monosaccharide le plus abondant dans la nature. D'autres monosaccharides d'hexose très courants et abondants sont le galactose, utilisé pour fabriquer le disaccharide, le sucre du lait, le lactose, et le fructose, sucre du fruit.

    Schémas de différents monosaccharides. Le glycéraldéhyde est un aldose car il possède un O à double liaison attaché à un carbone terminal. La dihydroxyacétone est un cétose car elle possède un O à double liaison attaché au centre de la chaîne. Le glycéraldéhyde est un triose car il contient 3 atomes de carbone. Le ribose est un pentose car il contient 5 atomes de carbone. Le glucose est un hexose car il contient 6 carbones.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Les monosaccharides sont classés en fonction de la position du groupe carbonyle et du nombre de carbones dans le squelette.

    Les monosaccharides composés de quatre atomes de carbone ou plus sont généralement plus stables lorsqu'ils adoptent des structures cycliques ou cycliques. Ces structures cycliques résultent d'une réaction chimique entre des groupes fonctionnels situés aux extrémités opposées de la chaîne carbonée flexible du sucre, à savoir le groupe carbonyle et un groupe hydroxyle relativement éloigné. Le glucose, par exemple, forme un cycle à six chaînons (Figure\(\PageIndex{2}\)).

    a) un diagramme montrant comment un hydrate de carbone linéaire forme un cycle. Le glucose possède 6 atomes de carbone ; le carbone 1 possède une double liaison O. Le carbone 5 possède un groupe OH. Une fois l'anneau formé, le carbone 1 est attaché au O par une seule liaison et cet O est maintenant également attaché au carbone 5. B) montre la structure finale qui est de forme hexagonale. Le coin supérieur droit est un O, les 5 coins suivants sont des C et le C en haut à gauche est attaché à un autre C qui fait saillie vers le haut depuis l'anneau.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : (a) Un monosaccharide linéaire (glucose dans ce cas) forme une structure cyclique. (b) Cette illustration montre une représentation plus réaliste de la structure des monosaccharides cycliques. Notez que dans ces diagrammes structuraux cycliques, les atomes de carbone composant le cycle ne sont pas représentés de manière explicite.

    Exercice\(\PageIndex{1}\)

    Pourquoi les monosaccharides forment-ils des structures annulaires ?

    Disaccharides

    Deux molécules de monosaccharide peuvent se lier chimiquement pour former un disaccharide. Le nom donné à la liaison covalente entre les deux monosaccharides est une liaison glycosidique. Des liaisons glycosidiques se forment entre les groupes hydroxyles des deux molécules de saccharides, un exemple de synthèse par déshydratation décrite dans la section précédente de ce chapitre :

    \[\text{monosaccharide—OH} + \text{HO—monosaccharide} ⟶ \underbrace{\text{monosaccharide—O—monosaccharide}}_{\text{disaccharide}}\]

    Les disaccharides courants sont le maltose du sucre céréalier, composé de deux molécules de glucose ; le lactose, sucre du lait, composé d'une molécule de galactose et d'une molécule de glucose ; et le saccharose, sucre de table, composé d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose (Figure\(\PageIndex{3}\)).

    Le maltose est composé de 2 molécules de glucose liées à l'O du carbone 4 d'un glucose au carbone 1 de l'autre.
    Le lactose est composé d'un glucose lié à un galactose. Le carbone 4 du glucose est lié au carbone 1 du galactose.
    Le saccharose est composé d'un glucose et d'un fructose. Le carbone 1 du glucose est lié au carbone 2 du fructose.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Les disaccharides courants incluent le maltose, le lactose et le saccharose.

    Polysaccharides

    Les polysaccharides, également appelés glycanes, sont de gros polymères composés de centaines de monomères monosaccharidiques. Contrairement aux mono- et disaccharides, les polysaccharides ne sont pas sucrés et, en général, ils ne sont pas solubles dans l'eau. Comme les disaccharides, les unités monomères des polysaccharides sont liées entre elles par des liaisons glycosidiques.

    Les polysaccharides ont une structure très diverse. Trois des polysaccharides les plus importants sur le plan biologique, à savoir l'amidon, le glycogène et la cellulose, sont tous composés d'unités de glucose répétitives, bien que leur structure diffère (Figure\(\PageIndex{4}\)). La cellulose est constituée d'une chaîne linéaire de molécules de glucose et constitue un composant structurel courant des parois cellulaires des plantes et d'autres organismes. Le glycogène et l'amidon sont des polymères ramifiés ; le glycogène est la principale molécule de stockage d'énergie chez les animaux et les bactéries, tandis que les plantes stockent principalement de l'énergie dans l'amidon. L'orientation des liaisons glycosidiques dans ces trois polymères est également différente et, par conséquent, les macromolécules linéaires et ramifiées ont des propriétés différentes.

    Les molécules de glucose modifiées peuvent être des composants fondamentaux d'autres polysaccharides structuraux. Des exemples de ces types de polysaccharides structuraux sont la N-acétylglucosamine (NAG) et l'acide N-acétylmuramique (NAM) présents dans le peptidoglycane de la paroi cellulaire bactérienne. Les polymères du NAG forment de la chitine, que l'on trouve dans les parois cellulaires des champignons et dans l'exosquelette des insectes.

    L'amylose est une chaîne d'hexagones. L'amidon est une chaîne ramifiée d'hexagones. Le glycogène est une chaîne d'hexagones hautement ramifiée. La cellulose (fibre) est constituée de nombreuses rangées d'hexagones fixées dans un carré plat. Les micrographies de l'amidon ressemblent à des bulles d'eau, du glycogène à des ovales et de la cellulose à de longues mèches.
    Figure\(\PageIndex{4}\) : L'amidon, le glycogène et la cellulose sont trois des polysaccharides les plus importants. Dans la rangée supérieure, les hexagones représentent les molécules de glucose individuelles. Des micrographies (rangée du bas) montrent des granules d'amidon de blé colorés à l'iode (à gauche), des granules de glycogène (G) à l'intérieur de la cellule d'une cyanobactérie (au centre) et des fibres de cellulose bactérienne (à droite). (crédit « granules d'iode » : modification des travaux par Kiselov Yuri ; crédit « granules de glycogène » : modification des travaux par Stöckel J, Elvitigala TR, Liberton M, Pakrasi HB ; crédit « cellulose » : modification des travaux de l'American Society for Microbiology)

    Exercice\(\PageIndex{2}\)

    Quels sont les polysaccharides les plus importants sur le plan biologique et pourquoi sont-ils importants ?

    Concepts clés et résumé

    • Les glucides, les biomolécules les plus abondantes sur Terre, sont largement utilisés par les organismes à des fins structurelles et de stockage d'énergie.
    • Les glucides comprennent des molécules de sucre individuelles (monosaccharides) ainsi que deux molécules ou plus liées chimiquement par des liaisons glycosidiques. Les monosaccharides sont classés en fonction du nombre de carbones contenus dans la molécule en trioses (3 C), tétroses (4 C), pentoses (5 C) et hexoses (6 C). Ils sont les éléments de base de la synthèse de polymères ou de glucides complexes.
    • Les disaccharides tels que le saccharose, le lactose et le maltose sont des molécules composées de deux monosaccharides liés entre eux par une liaison glycosidique.
    • Les polysaccharides, ou glycanes, sont des polymères composés de centaines de monomères monosaccharidiques liés entre eux par des liaisons glycosidiques. Les polymères accumulateurs d'énergie, l'amidon et le glycogène, sont des exemples de polysaccharides et sont tous composés de chaînes ramifiées de molécules de glucose.
    • La cellulose polysaccharidique est un composant structurel courant des parois cellulaires des organismes. D'autres polysaccharides structuraux, tels que la N-acétylglucosamine (NAG) et l'acide N-acétyl muramique (NAM), incorporent des molécules de glucose modifiées et sont utilisés dans la construction du peptidoglycane ou de la chitine.