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Les glucides
ou hydrates de carbone, que l'on appelle aussi sucres, sont
des molécules composées de carbone (C), d'hydrogène
(H) et d'oxygène (O) dans le rapport stoechiométrique
1:2:1.
Ainsi, en général, leur formule chimique brute est de la
forme Cn(H2O)n,
où n est le nombre d'atomes de carbone dans
la molécule.
Ces sucres, solubles dans l'eau, se divisent
en monosaccharides, disaccharides et polysaccharides. Les
monosaccharides sont liés par des liaisons glycosidiques qui se
forment à la suite de la synthèse de déshydratation.
Le glucose, le galactose et le fructose sont des monosaccharides isomères
(= molécules composées des mêmes atomes, mais dans
des arrangements différents) courants, tandis que le saccharose
ou le sucre de table est un disaccharide. Parmi les polysaccharides on
mentionnera la cellulose et l'amidon dans les
plantes
et le glycogène chez les animaux.
Bien que le stockage du glucose
sous forme de polymères comme l'amidon ou le glycogène le
rend moins accessible pour le métabolisme, cela l'empêche
de s'échapper des cellules ou de créer
une pression osmotique élevée qui pourrait provoquer une
absorption excessive d'eau par la cellule.
Les glucides fournissent de l'énergie
aux cellules. C'est le cas des amidons et des divers sucres du type glucose,
saccharose, etc., sont des sources d'énergie pour la plupart des
organismes. De son côté, la chitine
fournit un support structurel aux cellules des divers arthropodes
(insectes, araignées, etc.)
Ajoutons que de nombreuses
autres molécules organiques sont partiellement composées
de glucides tels que certaines hormones, le mucus,
de nombreux composants de la membrane plasmique, les acides
nucléiques, etc.
Structures moléculaires
La formule Cn(H2O)n,
justifie le nom d'hydrates de carbone donnée à ces
molécules, puisqu'on y reconnaît le carbone (d'où carbo)
et l'eau (d'où hydrate).
Le tableau ci-dessous donne un aperçu
simplifié de la classification des glucides (on y a ajouté
le groupe des hétérosides, qui avec les holosides forment
la famille des osides, et qui sont des composés formés d'un
glucide combiné à une molécule non-gulcidique). Parmi
les glucides proprement dits on distingue les oses ou monosaccharides et
les holosides, divisés en oligosacharides et polysaccharides. Dans
le tableau, les oligosides sont divisés en disaccharides et en trisaccharides,
mais si on range, comme on le fait ordinairement, les trisaccharides parmi
les polysaccharides, les glucides peuvent être classés en
seulement trois sous-types : les monosaccharides (mono- = un; sacchar-
= sucre) , les disaccharides (di- = deux) et les polysaccharides
(poly- = plusieurs), division qui renvoit au nombre de monomères
qui les constituent.
Principaux types
de glucides
Oses |
Monosaccharides |
Pentoses
n=5 |
Ribose (composant de acides
nucléiques ADN et ARN, de vitamines,
enzymes); déxoxyribose (composant de l'ADN); arabinose; xylose. |
Hexoses
n=3 |
Glucose (le D-glucose ou
dextrose en est la forme la plus commune), composant de nombreux osides;
fructose, composant de nombreux polysaccharides, de même que le mannose
ou le galactose. |
Holosides |
Oligosaccharides |
Disaccharides
Deux
oses |
Saccharose (glucose + fructose);
maltose (glucose + glucose). |
Trisaccharides
Trois
oses |
Raffinose (glucose + fructose
+ galactose). |
Polysaccharides |
Plus
de 3 oses |
Chitine,
gomme arabique;
Glucanes
: amidon, cellulose;
Galactanes
: agar-agar, carraghénane. |
Hétérosides
=
Glucosides |
Dans
ces molécules, un sucre (ose) ou glycone, une composante non-glucidique
ou génine (alcool, phénol, fonctions aminée, thiol,
etc.) sont combinés par liaison glycosidique. |
Ribonucléoside (base
azotée combinée au ribose); déxoxyribonucléoside
(base azotée combinée au déxoxyribose).
La purine (base azotée)
combinée au ribose donne l'adénosine, d'où dérive
l'ATP. |
Monosaccharides.
Les monosaccharides sont des sucres simples,
dont le plus commun est le glucose. Dans les monosaccharides d'importance
biologique, les atomes de carbone sont en un nombre
qui varie généralement de trois à sept, et sont associés
aux groupes fonctionnels hydrogène (-H) et hydroxyle (-OH).
La plupart des noms de monosaccharides
se terminent par le suffixe -ose. Si le sucre possède un
groupe aldéhyde (le groupe fonctionnel avec la structure R-CHO),
il est connu comme un aldose, et s'il a un groupe cétone
(le groupe fonctionnel avec la structure RC (= O) R '), il est appelé
cétose.
Selon le nombre d'atomes de carbone dans le sucre, ces sucres peuvent également
être appelés des trioses (trois atomes de carbone),
des pentoses (cinq) et ou des hexoses (six). Ces deux dernières
catégories étant les plus importantes.
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Les
monosaccharides sont classés en fonction de la position de leur
groupe carbonyle et du nombre d'atomes de carbones dans leur squelette.
Les aldoses ont un groupe carbonyle (indiqué en vert) à la
fin de la chaîne carbonée; les cétoses ont un groupe
carbonyle au milieu de la chaîne carbonée. Les trioses, pentoses
et hexoses ont respectivement des squelettes à trois, cinq et six
carbones. |
Parmi les pentoses,
on peut signaler le ribose et le désoxyribose, que l'on retrouve
dans des acides nucléiques d' importance cruciale, l'ARN et
l'ADN . Parmi les hexoses, on remarque le glucose, le galactose et le fructose.
Le glucose et le galactose (qui fait partie du lactose
ou sucre de lait) sont des aldoses; le fructose (présent
dans le saccharose, dans les fruits) est un cétose.
Bien que le glucose,
le galactose et le fructose aient tous la même formule chimique (C6H12O6),
ils diffèrent structurellement et chimiquement (ce sont des isomères)
en raison de la disposition différente des groupes fonctionnels
autour du carbone asymétrique; tous ces monosaccharides ont plus
d'un carbone asymétrique.
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Le
glucose, le galactose et le fructose sont tous des hexoses. Ce sont
des isomères structuraux, ce qui signifie qu'ils ont la même
formule chimique, mais une disposition différente de leurs atomes. |
Le
glucose.
Le glucose, qui
se présente le plus souvent sous la forme de D-glucose ou dextrose,
est le sucre le plus commun chez les êtres vivants et est présent
dans presque toutes les chaînes polysaccharidiques. Chez l'humain,
le glucose est une importante source d'énergie. Pendant la respiration
cellulaire, l'énergie est libérée par le glucose,
et cette énergie est utilisée pour aider à fabriquer
l'adénosine triphosphate (ATP). Les plantes synthétisent
le glucose en utilisant du dioxyde de carbone et de l'eau, et le glucose
est à son tour utilisé pour les besoins énergétiques
de la plante. L'excès de glucose est souvent stocké sous
forme d'amidon catabolisé (la décomposition de molécules
plus grosses par les cellules) par les humains et les autres animaux qui
se nourrissent des plantes.
Les monosaccharides peuvent exister sous
forme de chaîne linéaire ou de molécules en forme d'anneau
(cycle); dans les solutions aqueuses, ils se trouvent généralement
sous forme cyclique. Le glucose sous forme de cycle peut avoir deux arrangements
différents du groupe hydroxyle (OH) autour du carbone anomère
(le carbone 1 qui devient asymétrique au cours du processus de formation
du cycle). Si le groupe hydroxyle est inférieur au carbone numéro
1 dans le sucre, il est dit être en position alpha ( ),
et s'il est au-dessus du plan, il est dit être en position bêta
( ).
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Il
existe des monosaccharides à cinq et six atomes de carbone
en équilibre entre les formes linéaires et cycliques. Lorsque
le cycle se forme, la chaîne latérale sur laquelle il se ferme
est verrouillée dans une position alpha ou bêta. Le fructose
et le ribose forment également des cycles, bien qu'ils forment des
cycles à cinq chaînons par opposition au cycle à six
chaînons de glucose. |
Disaccharides.
Les disaccharides se forment lorsque deux
monosaccharides subissent une réaction de déshydratation
(également connue sous le nom de réaction de condensation
ou synthèse de déshydratation). Au cours de ce processus,
le groupe hydroxyle d'un monosaccharide se combine avec l'hydrogène
d'un autre monosaccharide, libérant une molécule d'eau et
formant une liaison covalente. Une liaison covalente formée entre
une molécule d'hydrate de carbone et une autre molécule (dans
ce cas, entre deux monosaccharides) est connu sous le nom de liaison glycosidique.
Les liaisons glycosidiques peuvent être de type alpha ou bêta.
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Le
saccharose est formé lorsqu'un monomère de glucose et
un monomère de fructose sont réunis dans une réaction
de déshydratation pour former une liaison glycosidique. Dans le
processus, une molécule d'eau est perdue. Par convention, les atomes
de carbone d'un monosaccharide sont numérotés à partir
du carbone terminal le plus proche du groupe carbonyle. Dans le saccharose,
une liaison glycosidique se forme entre le carbone 1 dans le glucose et
le carbone 2 dans le fructose. |
Citons parmi les disaccharides les plus
courants le saccharose, le lactose et le maltose :
Le saccharose, ou sucre de table,
est le plus commun des disaccharides. Il est composé des monomères
glucose et fructose.
Le lactose, est un disaccharide constitué
des monomères glucose et galactose. On le trouve naturellement dans
le lait.
Le maltose, ou sucre de malt, est un
disaccharide formé par une réaction de déshydratation
entre deux molécules de glucose.
Les
disaccharides courants comprennent le maltose (sucre de malt), le lactose
(sucre de lait) et le saccharose (sucre de table). |
Polysaccharides.
Un polysaccharide est une longue chaîne
de monosaccharides liés par des liaisons glycosidiques. La chaîne
peut être ramifiée ou non ramifiée, et elle peut contenir
différents types de monosaccharides ou un seul type. Le poids moléculaire
peut être de 100.000 daltons ou plus
selon le nombre de monomères réunis.
Parmi les polysaccharides
les plus courants, on mentionnera des glucanes tels que l'amidon, le glycogène,
ou la cellulose,
qui sont des polymères du glucose, de formule chimique (C6H10O5)n
, ou une molécule encore plus complexe, la chitine de formule
(C8H13O5N)n.
L'amidon et le glycogène constituent des substances de réserve
d'énergie à long terme respectivement des animaux et des
plantes.
L'amidon.
L'amidon se trouve
dans les graines et les racines des plantes. Il correspond à la
forme de stockage de sucres dans les plantes et se compose
d'un mélange d'amylose et d'amylopectine (les deux polymères
de glucose).
L'amidon est composé de monomères
de glucose qui sont unis par des liaisons glycosidiques 1-4 ou 1-6 (les
nombres 1-4 et 1-6 se réfèrent au nombre d'atomes de carbone
des deux parties qui se sont jointes pour former la liaison). L'amylose
est de l'amidon formé par des chaînes non ramifiées
de monomères de glucose (uniquement des liaisons 1-4), tandis que
l'amylopectine est un polysaccharide ramifié (liaisons 1-6 aux points
de ramification).
Les plantes sont capables de synthétiser
le glucose et l'excès de glucose, au-delà de leurs besoins
énergétiques immédiats, est stocké sous forme
d'amidon dans différentes parties de la plante. L'amidon dans les
graines fournit de la nourriture à l'embryon lorsqu'il germe et
peut également servir de source de nourriture pour les humains et
les autres animaux.
L'amidon consommé par l'humain est
décomposé par des enzymes, telles
que les amylases salivaires, en molécules plus petites, telles que
le maltose et le glucose. Les cellules de l'organisme peuvent alors absorber
le glucose.
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L'amylose
et l'amylopectine sont deux formes différentes d'amidon. L'amylose
est composée de chaînes non ramifiées de monomères
de glucose reliés par des liaisons glycosidiques alpha 1,4. L'amylopectine
est composée de chaînes ramifiées de monomères
de glucose reliés par des liaisons glycosidiques alpha 1,4 et alpha
1,6. En raison de la façon dont les sous-unités sont jointes,
les chaînes de glucose ont une structure hélicoïdale.
Le glycogène (non représenté ici) a une structure
similaire à l'amylopectine mais est plus fortement ramifié. |
Le
glycogène.
C'est sous la forme de glycogène
(composé de monomères de glucose) que le glucose est stocké
chez l'humain et les autres vertébrés.
Le glycogène apparaît ainsi comme l'équivalent animal
de l'amidon. C'est une molécule très ramifiée habituellement
stockée dans les cellules du foie et des
muscles.
Chaque fois que la glycémie diminue, le glycogène est décomposé
pour libérer le glucose dans un processus appelé glycogénolyse.
La
cellulose.
La cellulose offre
un autre exemple de polysaccharide important.
De
fait, c'est le biopolymère naturel le plus abondant. La paroi cellulaire
des plantes est principalement constituée de cellulose, qui
lui fournit un support structurel. Ainsi, le bois et le papier sont principalement
de nature cellulosique.
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Fibres
de cellulose et structure de la cellulose. - Dans la cellulose, les
monomères de glucose sont liés dans des chaînes non
ramifiées par des liaisons glycosidiques bêta 1-4. En raison
de la façon dont les sous-unités de glucose sont jointes,
chaque monomère de glucose est retourné par rapport au suivant,
ce qui donne une structure fibreuse linéaire. |
La cellulose est
constituée de monomères de glucose qui sont liés par
des liaisons glycosidiques de type
1-4 . Chaque monomère est joint à ses voisins avec une orientation
différente des liens entre les sous-unités. Cela confère
à la cellulose sa rigidité et sa haute résistance
à la traction, ce qui est très important pour les cellules
végétales. D'un autre côté, cela empêche
les enzymes digestives des animaux de la digérer directement. Les
Herbivores, animaux qui font des plantes leur nourriture, pallient cette
difficulté grâce à la présence de certains micro-organismes
symbiotiques (Bactéries, protistes) dans leurs systèmes digestifs,
capables de briser les liaisons cellulosiques grâce à
une enzyme, la cellulase, et de libérer les sous-unités de
glucose.
Les termites sont également capables
de décomposer la cellulose en raison de la présence d'autres
organismes dans leur corps qui sécrètent des cellulases.
Les Humains, de leur côté,
sont incapables d'une telle décomposition. Mais c'est aussi un avantage.
Les glucides qu'ils consomment contiennent des éléments solubles
et insolubles; la partie insoluble est connue sous le nom de fibre,
qui est principalement de la cellulose, justement. Or les fibres, telles
qu'elles, se montrent très utile :
Elles favorisent les selles
régulières en leur ajoutant du volume et régulent
le taux de consommation de glucose dans le sang.
Les fibres aident également à
éliminer l'excès de cholestérol
de l'organisme : les fibres se lient au cholestérol dans l'intestin
grêle, puis s'attachent au cholestérol et empêchent
les particules de cholestérol de pénétrer dans la
circulation sanguine, puis le cholestérol sort du corps par les
matières fécales.
De plus, un repas contenant des grains
entiers, de fruits et des légumes - tous riches en fibres
de cellulose - donne une sensation de satiété.
La
chitine.
Les arthropodes
(Insectes, Araignées, Crustacés) possèdent un exosquelette
ou squelette externe dur, qui protège parties internes de
leur corps. Cet exosquelette est composé de chitine, qui est
un polysaccharide formé par du glucose associé à des
groupes azotés supplémentaires (C8H13O5N)n.
Cette macromolécule comprend d'unités répétitives
de N-acétyl- -d-glucosamine,
un sucre modifié.
La chitine est également un composant
majeur des parois cellulaires fongiques; les champignons ne sont ni des
animaux ni des plantes et forment leur propre règne parmi les Eucaryotes. |
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