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Chapitre 11 Sucres et polysaccharides
1.Les monosaccharides
A. ClassificationB. Configurations et conformationsC. Dérivés de sucres
2. Les polysaccharidesA. Les disaccharidesB. Polysaccharides de structure: la
cellulose et la chitineC. Polysaccharides de réserve:
l'amidon et le glycogèneD. Glycosaminoglycanes
3. Les glycoprotéinesA. Protéoglycanes
LES GLUCIDES
Parmi les glucides, on trouve les sucres simples et leurspolymères. Les glucides jouent plusieurs rôles cruciaux dans lacellule. L'oxydation des ces molécules founit l'énergie qui entraîneles processus métaboliques. Les glucides servent donc de réserved'énergie. Les polymères de glucides f orment les parois et lesrevêtements protecteurs de nombreux organismes. Les glucides de laface extérieur de la membrane cellulaire interviennent dans lareconnaissance cellulaire et dans la communication intercellulaire.
On classe les glucides (ou hydrates de carbone) selon le nombrede monomères qu'ils contiennent. Les monosaccharides sont lesmolécules de base, f ormule (CH2O)n ou n est au moins égal à trois.
Les oligosaccharides sont des polymères f ormés de 2 à 20 résidus demonosaccharides. Les polysaccharides sont composés de plus de 20résidus de monosaccharides. Les monosaccharides et lesdisaccharides sont généralement très soluble dans l'eau et sont dessolides incolores, cristallins au goût sucré. Un glucide se caractérisepar le suf f ixe "ose".
Glucides
- Classe prépondérante (en masse) des molécules organiques
- Molécules partiellement réduites, souvent solublesdans l’eau, et remplissant de multiples fonctions
- Réservoir d’énergie (glucose, glycogène, amidon, saccharose)- Rôle structurel (chitine, cellulose)- Point de départ pour la synthèse d’autres constituants- Intervenant dans la structure de ADN et ARN- Garnissant certaines protéines ou lipides
Monosaccharides
- Aldose et cétose- Projection de Fischer- stéréoisomères, énantiomères, diastéréisomères, épimères- triose, tétrose, pentose, hexose, heptose- aldoses et cétoses physiologiquement importants- hémiacétal, pyranose, furanose, configurations anomériques- conformations
8.1 Les aldoses et cétoses
Les monosaccharides possèdent un carbone carbonyle, C=O (lamolécule est donc un aldéhyde ou une cétone). Les deux grandesclasses de monosaccharides sont des aldoses et des cétoses. Leglycéraldehyde (aldotriose) est chiral tandis que le dihydroxyacétone(cétotriose) est achiral.
Les aldoses et cétoses supérieurs ne sont que des chaînes deglycéraldehyde et de de dihydroxyacétone allongées par des groupeschiraux H-C-OH insérés respectivement entre le carbone carbonyleet le carbone terminale. Par convention, on att ribue la f orme D ausucres dont le carbone chiral de plus grand numéro (le plus éloigné dugroupe carbonyle) a la conf iguration D. Les énantiomères de sucresles plus courants dans la nature sont de type D.
Projections Fischer des trioses
Pour tout composés portant n carbones chiraux, il existe 2n
stéréoisomères potentiels. Pour les aldohexoses, qui possèdent 4carbones chiraux, il y a 24, soit 16 stéréoisomères. Lesstéréoisomères non énantiomériques sont les diastéréomères.
Structure desD-aldoses
Les diastéréomères qui ne diff èrent que par un seul de leurs centreschiraux sont les épimères. Le D-mannose et le D-galactose sontrespectivement le C-2 et C-4 épimères du D-glucose.
Structure desD-cétoses
Stéréoisomères
Stéréoisomères : isomères différant par la disposition dans l’espace dessubstituants (configuration) autour d’au moins un carbone chiral
Enantiomères : stéréoisomères qui sont des images en miroir l’un de l’autreexemple : D-glucose et L-glucose
Diastéréoisomères : stéréoisomères non-énantiomériquesexemple : D-glucose et L-galactose
Epimères : stéréoisomères différant l’un de l’autre au niveau d’un seul carbone chiral
exemple : D-glucose et D-galactose, D-glucose et D-mannose
Anomères : stéréoisomères différant par la configuration du carbone anomérique
Aldoses et cétoses les plus importants
Triose
Tétrose
Pentose
Hexose
Aldose
D-glycéraldéhyde*
Erythrose*
Ribose*
GlucoseMannoseGalactose
Cétose
Dihydroxyacétone*
Ribulose*Xylulose*
Fructose
*Formes phosphorylées sont importantes
Aldoses et cétoses les plus importants
D-ribose : tous les OH du côté droit
D-ribulose : cétose correspondant au ribose
D-xylulose : épimère en C3 du D-ribulose
D-mannose : épimère en C2 du glucose
D-galactose : épimère en C4 du glucose
D-fructose : cétose correspondant au glucose (et au mannose)
Hémiacétalisation et ses conséquences
- Possibilité de former hémiacétal (aldose) ou hémicétal (cétose)
- Cycle à 6 atomes (pyranose) ou à 5 atomes (furanose)
- Création d’un carbone asymétrique supplémentaire : carbone anomérique
- Deux configurations anomériques supplémentaires- Alpha = OH en-dessous du cycle (pour sucre série D)- Bêta = OH au-dessus du cycle (pour sucre série D)- Interconversion spontanée ± lente
- Projection de Haworth
- Conformations- chaise (substituants axial et équatorial) et bateau (pyranose)- enveloppe et tordue (furanose)
8.2 Cyclisation des aldoses et cétoses
64 %36 % << 1 %
Anomérisation
Conversion d’un anomère en un autre anomère (jusqu’à atteindre équilibre thermodynamique)
Passe par la forme ouverte
S’accompagne d’un changement du pouvoir rotatoire (aussi appelée “mutarotation”)
Impossible si liaison osidique (acétalique)
ß-glucopyranose
Seul hexose (de la série L) pouvant avoir tous les substituants volumineux du cycle en position équatoriale
Forme plus stable :Substituants volumineux en position équatoriale
Dérivés de monosaccharides
1. Esters phosphoriques : le plus souvent carbone extrêmeglucose-6-phosphate, fructose-6-phosphate
2. Acides aldoniques : carbone 1 oxydé gluconate, mannonate (acide gluconique, acide mannonique)
3. Acides uroniques : dernier carbone oxydéglucuronate, L-iduronate (acide glucuronique,…)
4. Sucres aminésglucosamine (2-amino-2-désoxyglucose)dérivé : N-acétyl-glucosamine
5. Sucres désoxy 2-désoxyribose
6. Polyols : glycérol, ribitol (ribose réduit), sorbitol (glucose réduit),inositol (polyol cyclique)
Quelques disaccharides
Maltose : deux glucoses unis par liaison alpha 1,4 (produit de dégradation de l’amidon)
Lactose : galactose uni à glucose par liaison alpha 1,4(sucre du lait)
Isomaltose : deux glucoses unis par liaison alpha 1,6(produit de dégradation de l’amylopectine et du glycogène)
Cellobiose : deux glucoses unis par liaison ß 1,4(produit de dégradation de la cellulose)
Saccharose : glucose uni au fructose par les carbones anomériques(alpha-1 ß-2); (sucre transporté dans la sève des plantes et stocké dans la betterave et la canne à sucre)
NB : A l’exception du saccharose, tous ces disaccharides ontune extrémité réductrice.
Polysaccharides
Longs polymères de résidus monosaccharidiques
Homopolysaccharides : un seul type de monosaccharidesHétéropolysaccharides : au moins deux types de résidus mono
saccharidiques
Polysaccharides de structure (cellulose, chitine)- insoluble- extracellulaire
Polysaccharides de réserve (glycogène, amidon)- généralement soluble- intracellulaire
Polysaccharides linéaires (amylose, cellulose) ou ramifiés (glycogène, amylopectine)
Extrémités « réductrice » et non-réductrice
Homopolysaccharides
Amylose(amidon)Réserve
Amylopectine
(amidon)Réserve
Glycogène
Réserve
Cellulose
StructureBois, coton
Chitine
StructureExosquelett
e
Glucose Glucose Glucose Glucose N-acetyl-glucosamin
e
LinéaireAlpha 1-4
BranchéAlpha 1,4Alpha 1,6 (24-30)
BranchéAlpha 1,4Alpha 1,6
(8-12)
LinéaireBêta 1,4
LinéaireBêta 1,4
≈1000 à500 000 résidus
Jusqu’à 106 résidus
Plusieurs millions
Jusqu’à 15 000
?Très grand
Hétéropolysaccharides
Glycosaminoglycans = mucopolysaccharides (substance fondamentale)
Polysaccharides linéaires anioniques (gpts carboxyliques ou sulfates)constitués de la répétition d’une unité disaccharidique
Acide hyaluronique :Acide glucuronique (GlcA) et N-acétylglucosamine (NAG)ß-GlcA-(1-3)-ß-NAG-(1-4)- ß-GlcA etc…
Chondroïtine sulfate
Dermatan sulfate
Keratan sulfate
Héparine
Glycoprotéines
- Très grande variabilité de structure;
- sucres impliqués : -Galactose, glucose, mannose, -N-acétylglucosamine, N-acétylgalactosamine, -N-acétylneuraminate (chargé), appelé aussi “acide sialique”-L-fucose, -xylose.
-Concerne le plus souvent des protéines sécrétées, ou du réticulum endoplasmique, du Golgi, des lysosomes
Glycoprotéines
Mode d’attachement :
O-glycosylation
Liaison à sérine ou thréonine - par GalNAc- GlcNac isolé (protéines cytosol, noyau)
Liaison à hydroxylysine - Gal (collagène)
N-glycosylation*
Liaison à asparagine - oligosaccharide branché, comportant2 GlcNac et 3 Man à sa base
*Indispensable pour le repliement correct ou le fonctionnement de certains protéines
Une majorité de protéines sont des glycoprotéines, par exemple des enzymesextracellulaires et des enzymes liés aux membranes, des protéines de structure,des récepteurs et des protéines de transport . Parmi les glycoprotéines, onremarque celles qui sont fixées à la f ace externe de la membrane plasmique, quifonctionnent comme récepteurs de de signaux extracellulaires en jeu dans lareconnaissance cellulaire, dans le contrôle de la croissance et dans le transportmembranaire.
Chaînes oligosaccharidiques dans l’élastase
Dans les protéoglycanes, la masse de leur composant glucidique estplus import ante que celle de leur composant protéique et ils sonthydratés à l'extr ème.