Fiche de révision : Structure des glucides et lipides

📋 Plan du Cours

1. Nature et rôles des glucides
2. Structure et propriétés des oses
3. Disaccharides et liaisons osidiques
4. Polysaccharides de réserve et de structure
5. GAG et autres hétéropolysaccharides
6. Homopolysaccharides et hétéropolysaccharides
7. Propriétés générales des lipides
8. Nomenclature et familles d’acides gras
9. Propriétés et dérivés des acides gras
10. Triacylglycérols et transport lipidique
11. Lipides complexes et signalisation
12. Cholestérol, dérivés et apports

📖 1. Nature et rôles des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Molécules organiques correspondant à des aldéhydes ou à des cétones polyhydroxylés.

★ À maîtriser

📌 Les oses sont des monosaccharides, tandis que les osides résultent de l’association de plusieurs résidus glucidiques.

• Les glucides servent de réserve énergétique avec l’amidon chez les végétaux et le glycogène chez les animaux, et de matériaux structuraux dans la cellulose végétale, la chitine et la paroi bactérienne.

Compléments

• Les osides de 1 à 3 oses sont des oligosaccharides et ceux qui en comportent plus de 3 sont des polysaccharides, ou glycanes de haut poids moléculaire.

• Le ribose entre dans la composition de l’ARN et des coenzymes nucléotidiques, tandis que le désoxyribose entre dans celle de l’ADN.

📖 2. Structure et propriétés des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Oses : Les oses ont pour formule brute $C_n(H_2O)_n$, comportent n−1 fonctions hydroxyle et une fonction carbonyle aldéhyde ou cétone, et possèdent de 3 à 9 carbones.

★ À maîtriser

📌 Les énantiomères sont des molécules images l’une de l’autre dans un miroir mais non superposables, tandis que les épimères ne diffèrent que par la configuration d’un seul centre asymétrique.

📌 Dans la forme cyclique, l’anomère α du glucose a le OH de C1 et le C6 de part et d’autre du plan du cycle, tandis que l’anomère β les a du même côté.

Compléments

• Les noms des oses selon leur nombre de carbones sont :
  • Triose : 3 carbones
  • Tétrose : 4 carbones
  • Pentose : 5 carbones
  • Hexose : 6 carbones
  • Heptose : 7 carbones
  • Octose : 8 carbones

• Le glucose et le mannose sont épimères en C2, tandis que le glucose et le galactose sont épimères en C4.

• L’interconversion transforme partiellement un cétose en aldoses épimères ; le fructose peut ainsi former du glucose ou du mannose selon l’orientation de l’hydroxyle.

• La mutarotation correspond à la variation du pouvoir rotatoire d’une solution de glucose jusqu’à l’équilibre, atteint à environ 52°C.

• Le glucose se trouve majoritairement sous forme pyranose, et la conformation chaise est thermiquement favorisée par rapport à la forme bateau.

💡 Astuce mémo

D/L décrit le dernier carbone asymétrique ; α/β décrit le carbone anomérique.

📖 3. Disaccharides et liaisons osidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Disaccharides : Molécules résultant de la condensation de deux molécules d’oses par formation d’une liaison O-osidique et élimination d’une molécule d’eau.

★ À maîtriser

📌 Une liaison osyl-oside engage les deux fonctions carbonyles et rend le disaccharide non réducteur, tandis qu’une liaison osyl-ose laisse une fonction carbonyle libre et donne un sucre réducteur.

• Le saccharose est un disaccharide non réducteur de structure α-D-glucopyranosyl (1→2) β-D-fructofuranoside.

Compléments

• Le maltose est un disaccharide réducteur de structure α-D-glucopyranosyl (1→4) D-glucopyranose.

• Le cellobiose est un disaccharide réducteur de structure β-D-glucopyranosyl (1→4) D-glucopyranose et un produit de dégradation de la cellulose.

• Pour déterminer les oses d’un disaccharide, on réalise une hydrolyse acide puis on identifie les oses par chromatographie ou spectrométrie de masse.

• Pour identifier l’ose réducteur, on oxyde doucement le disaccharide à l’iode en milieu alcalin, puis on hydrolyse la liaison et on identifie l’ose oxydé.

• Dans le lactose, le galactose et le glucose sont liés en β(1→4) et le glucose porte la fonction aldéhyde libre réductrice.

• Pour déterminer l’hydroxyle engagé dans une liaison osidique, on méthyle les hydroxyles libres, on réalise une hydrolyse acide ménagée puis on identifie les sucres méthylés.

💡 Astuce mémo

Carbone anomérique libre : pouvoir réducteur ; engagé : pouvoir perdu.

📖 4. Polysaccharides de réserve et de structure

★ À maîtriser

📌 L’amidon végétal comprend 20 % d’amylose linéaire liée en α(1→4) et 80 % d’amylopectine liée en α(1→4) avec des ramifications α(1→6) tous les 20 à 25 résidus.

• 🔄 La digestion de l’amidon suit ces étapes :
  1. L’α-amylase salivaire hydrolyse les liaisons α(1→4) dans la bouche.
  2. L’amylase est détruite par le pH acide de l’estomac.
  3. L’α-amylase pancréatique reprend l’hydrolyse dans l’intestin grêle.
  4. Les glucosidases et dextrinases achèvent l’hydrolyse des liaisons α(1→4) et α(1→6).

📌 Le glycogène animal possède des liaisons α(1→4) et des ramifications α(1→6) tous les 6 à 10 résidus, plus fréquentes que celles de l’amylopectine.

• Le glycogène est stocké principalement dans le foie et aussi dans les muscles ; sa dégradation par la glycogène phosphorylase commence aux extrémités non réductrices, tandis que son extrémité réductrice est liée à la glycogénine.

📌 La cellulose est un polymère linéaire de 10 000 à 15 000 glucoses liés en β(1→4), contrairement à l’amidon et au glycogène, qui comportent des liaisons α.

Compléments

• La chitine est un homopolymère de N-acétyl-D-glucosamine lié en β(1→4), présent dans les exosquelettes des crustacés et des insectes ainsi que dans la paroi des algues.

💡 Astuce mémo

α pour les réserves amidon et glycogène ; β pour les fibres cellulose et chitine.

📖 5. GAG et autres hétéropolysaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : Polymères linéaires formés par la répétition d’unités disaccharidiques comprenant une hexosamine N-acétylée, éventuellement sulfatée, et un acide hexuronique.

• Protéoglycanes : Associations de GAG et d’un cœur protéique, auquel les GAG se fixent par des liaisons O-osidiques covalentes, tandis que l’acide hyaluronique peut s’y associer de façon non covalente.

★ À maîtriser

• L’acide hyaluronique est un GAG constitué d’environ 50 000 résidus disaccharidiques de GlcNAc et d’acide glucuronique ; hydraté, son volume est 1 000 fois supérieur à son volume sec.

• L’héparine, présente dans les granules des mastocytes, inhibe la coagulation sanguine et peut être utilisée après une opération pour éviter les thromboses.

• Les peptidoglycanes de la paroi bactérienne associent l’acide N-acétylmuramique et la N-acétylglucosamine par des liaisons β(1→4), avec des pontages peptidiques comprenant des acides aminés de série D.

📌 Les antigènes ABO sont des motifs glucidiques de la surface des globules rouges : le groupe O porte le motif de base, le groupe A y ajoute un galactose N-acétylé, et le groupe B y ajoute un galactose.

Compléments

• L’acide hyaluronique contribue à la lubrification des articulations et à l’amortissement des chocs, et les hyaluronidases bactériennes peuvent le dégrader en coupant ses liaisons β(1→4).

• Le lysozyme coupe les liaisons β(1→4) des peptidoglycanes, tandis que la pénicilline bloque les enzymes impliquées dans la formation de leurs liaisons croisées.

📖 6. Homopolysaccharides et hétéropolysaccharides

★ À maîtriser

📌 L’amidon est l’homopolysaccharide de réserve végétal, tandis que le glycogène est son équivalent chez les animaux.

• L’amylose est un polymère linéaire de glucoses liés en α(1→4), tandis que l’amylopectine possède des chaînes α(1→4) et des ramifications α(1→6).

• La cellulose est un polymère de glucose lié en β(1→4), dont le motif est le cellobiose, et elle est présente dans la paroi des végétaux.

• Les glycosaminoglycanes comprennent l’acide hyaluronique, l’héparine, le kératane et la chondroïtine, et sont constitués de sucres acétylés et d’acide uronique.

Compléments

• L’α-amylase salivaire et pancréatique ainsi que la maltase digèrent les liaisons α(1→4) de l’amidon, tandis que la dextrinase digère les liaisons α(1→6).

• Le glycogène présente des ramifications plus fréquentes que l’amylopectine et est dégradé par la glycogène phosphorylase.

• La chitine est un polymère de glucose acétylé et aminé lié en β(1→4), présent dans l’exosquelette des crustacés et des insectes ainsi que dans la paroi des algues.

💡 Astuce mémo

Amidon végétal, glycogène animal

📖 7. Propriétés générales des lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide amphipathique : Possède un groupement polaire hydrophile et une région apolaire hydrophobe, ce qui permet son agrégation au contact de l’eau.

★ À maîtriser

📌 Les lipides simples contiennent uniquement du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène, tandis que les lipides complexes peuvent aussi contenir du phosphore, de l’azote ou du soufre.

Compléments

• Les triacylglycérols sont des lipides de réserve, le cholestérol et les phospholipides sont des lipides de structure, et le diacylglycérol, l’inositol-phosphate et les hormones stéroïdiennes ont une fonction informative.

• Après agitation vigoureuse au contact de l’eau, les lipides amphipathiques peuvent former des liposomes sphériques constitués d’une bicouche, avec les régions hydrophobes à l’intérieur et les régions hydrophiles à l’extérieur.

💡 Astuce mémo

Sans tête polaire : hydrophobe ; avec tête polaire : amphipathique

📖 8. Nomenclature et familles d’acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras : Acide monocarboxylique portant une longue chaîne carbonée, généralement constituée de 4 à 30 carbones.

★ À maîtriser

• La nomenclature des acides gras indique le nombre de carbones après « C » et le nombre d’insaturations après « : » ; la notation oméga repère la première double liaison à partir du méthyle terminal.

• Les trois acides gras saturés à chaîne longue à retenir sont :

  • l’acide palmitique C16:0
  • l’acide stéarique C18:0
  • l’acide arachidique C20:0

• Les acides gras indispensables non synthétisés par l’organisme sont l’acide linoléique C18:2 oméga 6 et l’acide alpha-linolénique C18:3 oméga 3.

Compléments

• Les acides gras saturés sont notés Cx:0, car ils ne possèdent aucune double liaison.

• Les acides gras à chaîne courte comportent 4 à 6 carbones, ceux à chaîne moyenne 8 à 12, ceux à chaîne longue 14 à 20 et ceux à chaîne très longue 22 à 26.

📖 9. Propriétés et dérivés des acides gras

★ À maîtriser

• Une chaîne plus courte et une insaturation plus importante diminuent le point de fusion des acides gras et augmentent leur fluidité.

• L’oxydation des acides gras provoque le rancissement, coupe des doubles liaisons et libère des acides organiques volatils à courte chaîne, ce qui réduit leur valeur nutritive.

• Les cérides sont des esters d’un acide gras et d’un alcool gras, tandis que les stérides sont des esters d’un acide gras et du cholestérol.

Compléments

• Le point de fusion indiqué pour l’acide stéarique est de 69 °C, contre 13 °C pour l’acide oléique.

• En présence d’oxygène, la peroxydation des acides gras peut produire des dérivés oxygénés et des radicaux libres dommageables pour les tissus et les cellules.

• La vitamine E liposoluble et la vitamine C hydrosoluble sont des antioxydants naturels auxquels l’organisme peut recourir.

• Les leucotriènes issus de l’acide arachidonique attirent les leucocytes par chimiotactisme, tandis que les thromboxanes favorisent l’agrégation plaquettaire et la coagulation.

• Les prostaglandines sont des médiateurs à action hormonale locale impliqués dans des processus de contraction.

💡 Astuce mémo

Chaîne plus courte ou insaturation accrue → point de fusion abaissé

📖 10. Triacylglycérols et transport lipidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Triacylglycérol : Glycérol dont les trois fonctions alcool sont estérifiées par des acides gras.

★ À maîtriser

• Les triacylglycérols constituent une réserve énergétique concentrée dans les adipocytes et y sont stockés sans eau sous forme de vacuoles très hydrophobes.

• 🔄 Le devenir digestif des triacylglycérols suit ces étapes :

  1. Une lipase intestinale hydrolyse les triacylglycérols en acides gras et glycérol.
  2. Les acides gras et le glycérol entrent dans l’entérocyte.
  3. Les triacylglycérols sont reformés dans l’entérocyte.
  4. L’entérocyte les libère sous forme de lipoprotéines associées à des apoprotéines.

Compléments

📌 Un triacylglycérol est homogène si ses trois acides gras sont identiques et mixte s’ils sont différents.

• Les triacylglycérols ne traversent pas les membranes cellulaires et doivent être hydrolysés par une lipase au niveau de l’endothélium vasculaire avant leur utilisation périphérique.

💡 Astuce mémo

Hydrolyse intestinale → entrée dans l’entérocyte → reformation → transport

📖 11. Lipides complexes et signalisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Sphingomyéline : Céramide lié à un groupement phosphorylcholine en C1 et constituant majeur des membranes animales et de la myéline cérébrale.

★ À maîtriser

• L’acide phosphatidique est constitué d’un diacylglycérol et d’un phosphate et sert de structure de base aux glycérophospholipides.

• La phosphatidylcholine est amphipathique et constitue le surfactant alvéolaire, qui abaisse la tension superficielle et empêche l’effondrement des alvéoles.

• Après stimulation hormonale, la phospholipase C hydrolyse le PIP2 en IP3 soluble et en DAG membranaire ; le DAG active la protéine kinase C et l’IP3 provoque une libération de calcium depuis le réticulum endoplasmique.

📌 Un céramide associe une sphingosine à un acide gras lié par une liaison amide, tandis qu’un glycosphingolipide porte un ou plusieurs oses sur le céramide.

Compléments

• La phosphatidylsérine, la phosphatidylcholine et la phosphatidyléthanolamine sont des glycérophospholipides azotés, tandis que le phosphatidylinositol et le phosphatidylglycérol sont des glycérophospholipides non azotés.

📖 12. Cholestérol, dérivés et apports

🔑 Notions clés & Définitions

• Cholestérol : Stéroïde formé de quatre cycles hydrocarbonés, avec une double liaison dans le cycle B et une fonction hydroxyle en C3 qui lui confère un caractère amphipathique.

★ À maîtriser

• Le cholestérol contribue à la formation des membranes et est le précurseur des hormones stéroïdiennes, de la vitamine D et des acides biliaires.

• Les acides biliaires sont synthétisés dans le foie par réduction de la double liaison et oxydation de la chaîne latérale du cholestérol, puis concentrés dans la vésicule biliaire et libérés après le repas pour émulsifier les lipides alimentaires avant leur digestion par les lipases.

• Une hypercholestérolémie associée aux LDL constitue un facteur de risque cardiovasculaire, car les macrophages chargés de cholestérol estérifié peuvent former des dépôts qui rétrécissent les vaisseaux et favoriser l’ischémie ou l’infarctus.

Compléments

• Une obstruction des voies biliaires peut entraîner une malabsorption des graisses.

• Les proportions recommandées de la ration alimentaire totale sont :

  • 35 à 40 % de lipides
  • 45 à 50 % de glucides
  • 15 % de protides

📌 Les graisses sont riches en acides gras saturés et solides à température ambiante, tandis que les huiles sont riches en acides gras insaturés et liquides à température ambiante.

💡 Astuce mémo

Obstruction biliaire → malabsorption des graisses

📊 Tableaux de synthèse

Principales familles d’acides gras

Principaux glycérophospholipides