Fiche de révision : Glucides : structure et métabolisme

📋 Plan du Cours

1. Rôles et classification des glucides
2. Structures et stéréoisomérie des oses
3. Cyclisation et propriétés des oses
4. Réactions chimiques des oses
5. Oses d’intérêt biologique
6. Liaisons osidiques et oligosaccharides
7. Polysaccharides de réserve et structure
8. Glycosaminoglycanes et hétérosides
9. Digestion et transport des glucides
10. Voies du métabolisme glucidique
11. Dosage et anomalies glucidiques

📖 1. Rôles et classification des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Oses monomériques simples et leurs polymères
• Glycoconjugués : Dérivés glucidiques dans lesquels une ou plusieurs chaînes de glucides sont liées à des peptides, des protéines ou des lipides

📝 Points essentiels

📌 Les sucres simples sont des oses, tandis que les sucres complexes sont des polymères d’oses, notamment les glucanes constitués de glucose.

📌 Le pouvoir sucrant mesure la valeur édulcorante d’un composé par rapport à un autre, tandis que l’index glycémique mesure l’élévation de la glycémie après ingestion par rapport au glucose pur, dont l’index vaut 100.

💡 Astuce mémo

Oxydation des glucides → énergie ; polymérisation → réserve ou structure ; glycosylation → reconnaissance

📖 2. Structures et stéréoisomérie des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Aldoses : Oses portant une fonction aldéhyde sur le carbone 1
• Cétoses : Oses portant une fonction cétone sur le carbone 2
• Épimères : Diastéréoisomères qui diffèrent par la configuration d’un seul carbone asymétrique

📝 Points essentiels

📌 Les énantiomères sont des molécules images l’une de l’autre dans un miroir, tandis que les diastéréoisomères sont des stéréoisomères qui ne sont pas énantiomères.

💡 Astuce mémo

Aldose = aldéhyde en C1 ; cétose = cétone en C2

📖 3. Cyclisation et propriétés des oses

★ À maîtriser

• La cyclisation d’un aldose résulte d’une hémiacétalisation qui transforme le C1 en carbone anomérique et crée les anomères α et β.

• La cyclisation d’un cétose résulte d’une hémiacétalisation qui transforme le C2 en carbone anomérique et crée les anomères α et β.

• Dans le glucose, les formes cycliques majoritaires sont approximativement 38 % de forme α, 62 % de forme β et moins de 0,3 % de forme linéaire.

Compléments

• Dans le fructose, les formes cycliques sont approximativement 5 % de forme pyranose, 20 % de forme furानose α, 2 % de forme pyranose β et 73 % de forme furանose β, avec moins de 1 % de forme linéaire.

💡 Astuce mémo

Carbonyle → hémiacétalisation → carbone anomérique → anomères α et β

📖 4. Réactions chimiques des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Tautomérie céto-énolique : Transposition spontanée et réversible entre une forme céto et une forme énol, la forme céto étant généralement la plus stable

★ À maîtriser

• En milieu alcalin in vitro, l’interconversion des oses passe par un cis-ènediol transitoire et permet l’épimérisation en C2 des aldoses.

• Les aldoses s’oxydent en acides aldoniques avec des oxydants doux et réduisent les oxydes métalliques à chaud en milieu alcalin, ce qui constitue le principe de la réaction de Fehling.

• Le carbone anomérique peut former:

  • Des liaisons O-osidiques
  • Des liaisons N-osidiques
  • Des liaisons S-osidiques
  • Des esters phosphoriques

Compléments

• La réduction du glucose par des borohydrures produit le sorbitol, aussi appelé glucitol, qui augmente peu la glycémie.

📖 5. Oses d’intérêt biologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide glucuronique : Acide uronique formé par oxydation du dernier carbone d’un ose et impliqué dans la glucuronoconjugaison hépatique
• Osamines : Dérivés d’oses dans lesquels une fonction alcool est remplacée par une amine, souvent acétylée en C2 chez les hexosamines

📝 Points essentiels

• Le D-ribose et le D-2-déoxyribose sont les sucres constituants des nucléosides de l’ARN et de l’ADN.

• Le D-glucose est un carburant majeur du vivant et provient notamment de l’hydrolyse du saccharose, de l’amidon, du glycogène et de la cellulose.

📖 6. Liaisons osidiques et oligosaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison osidique : Liaison entre le groupement hydroxyle réducteur du carbone anomérique d’un ose et un hydroxyle d’un autre ose ou d’un alcool

📝 Points essentiels

📌 Une liaison osidique impliquant le C1 d’un aldose ou le C2 d’un cétose supprime la fonction réductrice, tandis qu’une liaison impliquant les positions 2, 3, 4 ou 6 d’un aldose la maintient.

• Le saccharose est un diholoside non réducteur formé de glucose et de fructose, dont les deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison β-D-fructofuranosyl(2-1)α-D-glucopyranoside.

• Le lactose est un diholoside réducteur du lait, présent à environ 50 g/L, formé de β-D-galactopyranose lié en (1-4) au D-glucopyranose et hydrolysé par la lactase.

💡 Astuce mémo

Carbone anomérique libre = pouvoir réducteur ; carbone anomérique engagé = perte du pouvoir réducteur

📖 7. Polysaccharides de réserve et structure

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogène : Polymère de réserve du glucose chez les animaux, constitué de chaînes d’α-D-glucopyranose avec des liaisons α1-4 et des ramifications α1-6
• Cellulose : Polysaccharide structural formé de chaînes linéaires de glucopyranose liées en β1-4 et constituant principal des parois végétales
• Chitine : Polymère linéaire de N-acétylglucosamine lié en β1-4, présent dans les exosquelettes des arthropodes et dans certaines parois de champignons et d’algues

📝 Points essentiels

• Le glycogène est principalement stocké dans le foie, où il participe à la régulation de la glycémie, et dans les muscles, où il fournit du glucose pour la contraction musculaire.

📌 L’amidon est un mélange d’amylose linéaire α1-4 et d’amylopectine ramifiée α1-4 avec des ramifications α1-6.

• Dans l’amidon, l’amylose représente environ 5 à 30 % et l’amylopectine environ 70 à 95 %, avec des ramifications de l’amylopectine tous les 20 à 30 résidus.

💡 Astuce mémo

α-glucanes = réserve ; β-glucanes = structure

📖 8. Glycosaminoglycanes et hétérosides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosaminoglycanes : Polysaccharides non ramifiés constitués d’unités disaccharidiques répétées comprenant toujours un ose aminé et un acide uronique

📝 Points essentiels

• Les principaux glycosaminoglycanes sont:

  • L’acide hyaluronique
  • La chondroïtine sulfate
  • Les kératanes sulfates I et II
  • L’héparine
  • L’héparane sulfate
  • Le dermatane sulfate

• L’acide hyaluronique est un glycosaminoglycane non sulfaté présent notamment dans le liquide synovial, le corps vitré et les tissus conjonctifs lâches.

📌 Les protéoglycanes contiennent plus de 90 % d’oses liés à un noyau protéique, tandis que les glycoprotéines contiennent seulement 1 à 20 % d’oses sous forme de chaînes courtes.

• Le peptidoglycane est un réseau de N-acétylglucosamine et de N-acétylmuramique reliés par des peptides, constituant la paroi bactérienne et ciblé par les pénicillines et le lysozyme.

📖 9. Digestion et transport des glucides

★ À maîtriser

• La digestion intestinale transforme les oligosaccharides et les disaccharides en monosaccharides, principalement glucose, fructose et galactose, qui sont ensuite absorbés par transport actif ou diffusion facilitée.

• Le cotransporteur SGLT1 absorbe activement le glucose et le galactose avec le sodium, tandis que GLUT5 transporte passivement le fructose et GLUT2 permet la sortie basolatérale des monosaccharides vers le sang.

• GLUT1 est présent notamment dans les hématies, GLUT2 dans le foie et le pancréas, GLUT3 dans le cerveau et GLUT4 dans le muscle et le tissu adipeux sous le contrôle de l’insuline.

📌 Une déficience en lactase entraîne une accumulation de lactose non digéré, une rétention d’eau et une fermentation bactérienne responsables de crampes, ballonnements et diarrhée.

Compléments

• Le déficit congénital en sucrase-isomaltase est une maladie autosomique récessive dont la prévalence est d’environ 1 sur 5 000 en Europe.

💡 Astuce mémo

Digestion → monosaccharides → absorption intestinale → transport sanguin → entrée cellulaire

📖 10. Voies du métabolisme glucidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycolyse : Oxydation progressive en 10 étapes enzymatiques d’une molécule de glucose à six carbones en deux molécules de pyruvate à trois carbones
• Glycogénogenèse : Stockage du glucose sous forme de glycogène, principalement dans le foie et le muscle, à partir du glucose-6-phosphate
• Voie des pentoses-phosphates : Voie qui produit du ribose-5-phosphate pour les nucléotides et du NADPH,H+ pour les synthèses lipidiques, la détoxication hépatique et la réduction du glutathion

★ À maîtriser

📐 Formule — Le bilan de la glycolyse est $\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 2ADP + 2NAD^+ \rightarrow 2\,pyruvates + 2ATP + 2NADH,H^+}$.

• La glucokinase hépatique et pancréatique a une faible affinité pour le glucose avec un Km de 10 mM et une Vmax élevée, tandis que l’hexokinase a une forte affinité avec un Km de 0,1 mM et une Vmax faible.

• Un déficit héréditaire en G6PDH diminue le NADPH,H+ et le glutathion réduit dans les globules rouges, ce qui favorise des anémies hémolytiques déclenchées par des infections, des médicaments oxydants ou l’ingestion de fèves.

• Un déficit en galactose-1-phosphate-uridyltransférase provoque une galactosémie néonatale grave avec insuffisance hépatique et rénale, retard mental et cataracte.

Compléments

• La glycogénine initie la synthèse du glycogène en formant une amorce d’environ 8 résidus de glucose à partir de l’UDP-glucose.

• Le fructose entre dans l’hépatocyte par GLUT2, rejoint la glycolyse au niveau des trioses-phosphate et son métabolisme consomme 2 ATP.

📖 11. Dosage et anomalies glucidiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycémie : Concentration de glucose dans le sang, normalement inférieure à 5,5 mmol/L ou à 1 g/L à jeun
• Glycosurie : Présence de glucose dans les urines, normalement absente

📝 Points essentiels

• Les glucides fournissent 50 à 55 % de l’apport énergétique et un gramme de glucides apporte 4 kcal.

• L’hémoglobine glyquée HbA1c augmente avec la glycémie et reflète le niveau moyen du glucose sanguin sur une période de 4 à 6 semaines.

📌 Chez les sujets non diabétiques, l’HbA1c est habituellement comprise entre 4 et 6 %, tandis qu’une valeur supérieure à 8 % suggère un ajustement thérapeutique.

💡 Astuce mémo

Glycémie = glucose sanguin ; glycosurie = glucose urinaire

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des principaux polysaccharides

Transporteurs intestinaux du glucose