 |
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.
-
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.
-
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 ( ).
-
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.
-
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.
-
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.
-
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. |
|