Fiche de révision : Les glucides et les oses

📋 Plan du Cours

1. Rôle et abondance des glucides
2. Classification des glucides
3. Composition et classification des oses
4. Isomérie et chiralité des oses
5. Cyclisation et anomérie des oses
6. Oses simples et fonctions biologiques
7. Dérivés aminés des oses
8. Réactivité chimique des oses
9. Formation et hydrolyse osidique
10. Nomenclature des liaisons osidiques
11. Diholosides naturels et réducteurs
12. Oligosides et polyosides
13. Homopolyosides de réserve et structure
14. Hétéropolyosides et acide hyaluronique
15. Hétérosides et molécules associées

📖 1. Rôle et abondance des glucides

★ À maîtriser

• Les glucides, aussi appelés sucres, saccharides ou hydrates de carbone, sont des molécules organiques constituées principalement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène.

• Les glucides représentent environ 70 % du poids sec des végétaux et 2 % du poids sec des animaux.

• Les glucides ont des rôles énergétiques, de réserve, structuraux et de signalisation.

Compléments

• Les glucides se trouvent dans différents aliments, dans la cuticule des insectes et dans le foie des animaux, et sont principalement d’origine végétale grâce à la photosynthèse.

📖 2. Classification des glucides

★ À maîtriser

📌 Les oses sont des glucides constitués d’une seule molécule d’ose, tandis que les osides en contiennent plusieurs.

• Les osides comprennent les holosides, constitués uniquement d’oses, et les hétérosides, associés à une partie non glucidique.

• Les holosides comprennent les diholosides à 2 oses, les oligosides à 3–50 oses et les polyosides à plus de 50 oses.

Compléments

📌 Les polyosides sont homopolysides lorsqu’ils sont homogènes et hétéropolyosides lorsqu’ils sont hétérogènes.

• Les hétérosides comprennent notamment les glycoprotéines, associant glucides et protéines, et les glycolipides, associant glucides et lipides.

📖 3. Composition et classification des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Aldose : Ose dont la fonction carbonyle est une fonction aldéhyde.
• Cétose : Ose dont la fonction carbonyle est une fonction cétone.

★ À maîtriser

• La formule générale des oses est $\mathrm{C}_n(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_n$, soit $\mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n}\mathrm{O}_n$, où $n$ est le nombre d’atomes de carbone.

Compléments

• Les oses possèdent généralement une fonction alcool par atome de carbone et sont donc des polyalcools, ou polyols.

• La classification des oses repose sur la nature de leur fonction carbonyle et sur leur nombre d’atomes de carbone, compris entre 3 et 7.

💡 Astuce mémo

Aldose : aldéhyde ; cétose : cétone.

📖 4. Isomérie et chiralité des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Isomères : Molécules ayant la même formule brute mais des formules développées différentes.
• Stéréoisomères : Même formule développée mais agencement spatial des atomes différent.
• Carbone asymétrique : Atome de carbone lié à quatre atomes ou groupes d’atomes différents.

★ À maîtriser

📌 Les épimères diffèrent par la configuration d’un seul carbone asymétrique, les diastéréoisomères par celle d’un ou de plusieurs carbones asymétriques mais pas tous, et les énantiomères par celle de tous leurs carbones asymétriques.

📌 Dans la projection de Fischer, lorsque le groupement carbonyle est orienté vers le haut, un groupement OH à droite sur le carbone asymétrique de plus grand numéro définit la forme D, tandis qu’un OH à gauche définit la forme L.

Compléments

• Deux énantiomères sont chiraux et ne sont pas superposables dans un miroir.

• Les oses naturels sont généralement de forme D.

• Une molécule ayant $n$ carbones asymétriques peut présenter $2^n$ stéréoisomères.

📐 Formule - Pour un aldose ayant $N$ atomes de carbone, le nombre de carbones asymétriques est $n=N-2$, tandis que pour un cétose il est $n=N-3$.

📖 5. Cyclisation et anomérie des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Anomères : Deux stéréoisomères qui diffèrent uniquement par la configuration de leur carbone asymétrique après cyclisation.

★ À maîtriser

• En milieu aqueux, les oses ayant au moins 5 atomes de carbone se cyclisent par réaction intramoléculaire entre leur fonction carbonyle et une fonction alcool éloignée.

• La cyclisation peut former un cycle furane à 5 atomes, composé d’un oxygène et de quatre carbones, ou un cycle pyrane à 6 atomes, composé d’un oxygène et de cinq carbones.

📌 Dans la représentation de Haworth, l’anomère α porte le OH du carbone anomérique du côté opposé au carbone terminal, tandis que l’anomère β le porte du même côté.

Compléments

📌 La cyclisation des aldoses résulte d’une hémiacétalisation, tandis que celle des cétoses résulte d’une hémicétalisation.

• La cyclisation crée un pont oxydique et transforme le carbone hémiacétalique en carbone asymétrique appelé carbone anomérique.

• Le carbone anomérique est C1 chez les aldoses et C2 chez les cétoses, et n’existe que dans la forme cyclique.

• À pH 7, le D-glucose est présent sous forme α à environ 33 %, sous forme β à environ 66 % et sous forme linéaire à moins de 1 %; le cycle pyrane est le plus stable.

📖 6. Oses simples et fonctions biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ose simple : Molécule constituée d’un seul ose non modifié, de formule brute $\mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n}\mathrm{O}_n$.
• Glycémie : Concentration de glucose dans le sang, où le glucose circule librement.

★ À maîtriser

• Le glucose est synthétisé par les organismes autotrophes au cours de la photosynthèse et constitue une molécule de base du métabolisme énergétique.

• Le glucose est stocké sous forme d’amidon chez les végétaux et de glycogène chez les animaux.

Compléments

• Les oses simples sont principalement des aldoses ou des cétoses et sont majoritairement présents dans la configuration D dans la nature.

• La dégradation du glucose par glycolyse et respiration cellulaire dans les mitochondries constitue une source principale d’énergie pour les cellules.

• Le galactose est un aldohexose épimère du glucose en position 4 et entre dans la composition du lactose.

• Le mannose est un aldohexose épimère du glucose en position 2 et entre dans la composition de l’hémicellulose.

• Le fructose est un cétohexose abondant dans les fruits et entre dans la composition du saccharose, ou sucre de table.

• Le ribose est un aldopentose présent dans l’ATP et l’ARN.

📖 7. Dérivés aminés des oses

★ À maîtriser

• L’amination d’une fonction alcool d’un ose forme une osamine, et la fonction amine en position C2 confère un caractère basique à l’ose.

• L’acide N-acétyl-neuraminique entre dans la structure des glycoprotéines et des gangliosides, et constitue un élément du glycocalyx permettant la liaison du calcium aux macromolécules.

Compléments

• La galactosamine et la mannosamine sont des dérivés aminés respectivement du galactose et du mannose.

• La N-acétylglucosamine est présente dans la chitine.

• L’acide N-acétyl-neuraminique, aussi appelé NeuNAc, NANA ou acide sialique, est un dérivé aminé N-acétylé formé par condensation de la N-acétylmannosamine avec l’acide pyruvique, la N-acétylmannosamine résultant de l’acétylation de la mannosamine.

📖 8. Réactivité chimique des oses

📝 Points essentiels

• L’oxydation des oses convertit une fonction aldéhyde en C1, une fonction cétone en C2 ou une fonction alcool en fonction acide carboxylique –COOH.

• La réduction des oses convertit leurs fonctions aldéhyde et cétone en fonction alcool.

• Les fonctions alcool des oses peuvent être estérifiées par réaction avec un acide carboxylique ou avec l’acide phosphorique.

📖 9. Formation et hydrolyse osidique

★ À maîtriser

• Une liaison osidique se forme par condensation entre une fonction alcool du carbone anomérique (C1 ou C2) d’un ose et une fonction alcool d’un carbone d’un autre ose.

📌 Selon l’hétéroatome engagé, une liaison osidique est O-osidique avec un oxygène, N-osidique avec un azote ou S-osidique avec un soufre.

📌 L’hydrolyse enzymatique de la liaison O-osidique est spécifique de l’ose, tandis que l’hydrolyse par un acide fort comme HCl est non spécifique et libère des unités d’oses.

Compléments

• Une glucosidase coupe une liaison osidique engageant le carbone anomérique d’un D-glucose, qu’il soit α ou β-D-glucopyranose.

• Une β-galactosidase coupe une liaison osidique engageant le carbone anomérique d’un β-D-galactose.

📖 10. Nomenclature des liaisons osidiques

★ À maîtriser

• La nomenclature d’une liaison osidique indique dans l’ordre la configuration α ou β, la configuration D ou L, le nom de l’ose, sa forme cyclique pyranosyl ou furanosyl, puis la molécule liée.

• La nomenclature d’un diholoside indique successivement les configurations α ou β et D ou L du premier ose, son nom et sa forme cyclique, les positions de ses carbones impliqués dans la liaison, puis le nom et la forme cyclique du second ose.

Compléments

• Dans un diholoside, le carbone anomérique est C1 pour un aldose et C2 pour un cétose.

📖 11. Diholosides naturels et réducteurs

★ À maîtriser

• Le lactose est composé de galactose et de glucose reliés par une liaison β-D-galactopyranosyl (1 → 4) β-D-glucopyranose, abrégée Gal β1 → 4 Glc.

• Le lactose est un sucre réducteur.

• Le saccharose est un sucre non réducteur dont la liaison est α-D-glucopyranosyl (1 ↔ 2) β-D-fructofuranoside.

Compléments

• Le lactose est présent dans le lait des mammifères et est dégradé par la lactase produite uniquement par les entérocytes de l’intestin grêle.

• Le saccharose est composé de glucose et de fructose, est produit par les végétaux comme forme de réserve énergétique et est hydrolysé par la saccharase.

• Le tréhalose est un sucre non réducteur formé de deux molécules de glucose reliées par une liaison α-D-glucopyranosyl (1 ↔ 1) α-D-glucopyranoside.

• Le maltose dérive de l’hydrolyse enzymatique de l’amidon par les amylases et peut être dégradé dans l’organisme par les maltases, qui libèrent deux molécules de glucose.

• Le cellobiose est un sucre réducteur formé de deux molécules de glucose reliées par une liaison β-D-glucopyranosyl (1 → 4) β-D-glucopyranose, et résulte de la dégradation enzymatique de la cellulose.

• La liqueur de Fehling permet d’observer le pouvoir réducteur des glucides par la réaction $\mathrm{R{-}CHO + 2Cu^{2+} + 5OH^- \rightarrow R{-}COO^- + Cu_2O + 3H_2O}$.

💡 Astuce mémo

Lactose réducteur, saccharose et tréhalose non réducteurs

📖 12. Oligosides et polyosides

🔑 Notions clés & Définitions

• Oligosides : Molécules formées de trois à quelques dizaines d’oses liés par des liaisons O-osidiques.
• Homopolyosides : Molécules dont l’hydrolyse totale libère des oses identiques.
• Hétéropolyosides : Molécules dont l’hydrolyse totale libère des oses différents.

📝 Points essentiels

• Le raffinose et le mélézitose sont des exemples de triholosides.

📖 13. Homopolyosides de réserve et structure

★ À maîtriser

• L’amidon et le glycogène sont des homopolyosides de réserve formés d’α-D-glucopyranose avec des liaisons α1 → 4 et α1 → 6.

• Le glycogène est ramifié et ses nombreuses extrémités sont accessibles aux enzymes de dégradation.

• La cellulose est un homopolyoside de structure formé de β-D-glucopyranose liés en β1 → 4, avec une chaîne linéaire en fibre.

📌 Les êtres humains digèrent l’amidon grâce aux amylases de type α, mais ne digèrent pas la cellulose.

Compléments

📌 L’amylose est une chaîne linéaire en hélice de l’amidon, tandis que l’amylopectine est sa forme ramifiée.

• La chitine est un homopolyoside de structure formé de β-D-N-acétylglucosamine liés en β1 → 4, avec une chaîne linéaire en fibre.

💡 Astuce mémo

α pour la réserve, β pour la structure

📖 14. Hétéropolyosides et acide hyaluronique

★ À maîtriser

• Les pectines sont des polysaccharides des parois des fruits et légumes, formés d’acides α-D-galacturoniques liés en α1 → 4.

• L’acide hyaluronique lubrifie et protège les zones de frottement dans les articulations, hydrate et contribue à la cohésion des tissus de la peau, et participe à l’inflammation, à la cicatrisation et à la croissance cellulaire.

Compléments

• L’inuline est un polymère de β-D-fructoses liés en β2 → 1 et reliés à un α-D-glucose.

• Les pectines peuvent contenir de faibles quantités de L-rhamnoses liés en α1 → 2, qui peuvent engendrer des ramifications.

📖 15. Hétérosides et molécules associées

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéoglycanes : Protéines associées à de longues chaînes d’oses appelées glycosaminoglycanes, présentes chez les eucaryotes.

📝 Points essentiels

• Les peptidoglycanes sont des molécules présentes dans la paroi cellulaire des bactéries.

• Le système des groupes sanguins ABO est un exemple associé aux glycoprotéines.

• La salicycline est un glycoside végétal extrait du saule blanc (Salix alba) et possède un effet anti-inflammatoire proche de celui de l’aspirine.

• Les protéoglycanes du cartilage sont un exemple de protéoglycanes.