Fiche de révision : Les glucides et leurs propriétés

📋 Plan du Cours

1. Définition et rôles des glucides
2. Structure et stéréoisomérie des oses
3. Filiation et cyclisation des oses
4. Propriétés physiques et optiques
5. Réactivité chimique des oses
6. Principaux oses
7. Liaisons et disaccharides
8. Polysaccharides et fonctions
9. Amidon et hydrolyse enzymatique
10. Glycogène et cellulose

📖 1. Définition et rôles des glucides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glucides : Molécules aussi appelées saccharides ou sucres, comportant des fonctions alcool hydrophiles et dont l’unité de base est l’ose.

★ À maîtriser

• Les glucides représentent 70 % du poids sec des végétaux et 5 % du poids sec des animaux.

• Les glucides ont des rôles structuraux, énergétiques de réserve, de constituants de molécules fondamentales et de communication cellulaire.

📌 Les oses sont des glucides simples portant une fonction carbonylée réductrice, qui est aldéhydique chez les aldoses et cétonique chez les cétoses.

Compléments

• La formule brute générale des glucides est $C_n(H_2O)_n$, également écrite $C_nH_{2n}O_n$.

📖 2. Structure et stéréoisomérie des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Stéréoisomères : Composés de même formule semi-développée qui diffèrent par leur configuration dans l’espace.

• Énantiomères : Stéréoisomères dont les images dans un miroir ne sont pas superposables.

• Épimères : Deux sucres qui ne diffèrent que par la configuration d’un seul carbone asymétrique, donc par la position d’un OH.

★ À maîtriser

• Un ose est constitué d’une chaîne linéaire ou cyclique contenant de 3 à 6 atomes de carbone, ce qui définit les trioses, tétroses, pentoses et hexoses.

📌 Un aldose porte une fonction aldéhyde, tandis qu’un cétose porte une fonction cétone ; un aldohexose est un aldose à six carbones et un cétohexose un cétose à six carbones.

📌 La série D ou L d’un ose dépend de la position de l’OH porté par son avant-dernier carbone : à droite pour D et à gauche pour L ; la majorité des oses naturels appartient à la série D.

Compléments

• Un carbone asymétrique est lié à quatre substituants différents ; une molécule comportant n carbones asymétriques peut présenter jusqu’à $2^n$ stéréoisomères.

💡 Astuce mémo

D/L décrit la position de l’OH ; (+)/(−) décrit le sens de rotation.

📖 3. Filiation et cyclisation des oses

★ À maîtriser

• En solution, un ose se cyclise par réaction de sa fonction aldéhyde ou cétone avec une fonction alcool, formant respectivement un hémi-acétal ou un hémi-cétal.

• Les deux configurations du carbone anomérique donnent des anomères, qui peuvent passer de l’un à l’autre en solution aqueuse par mutarotation.

Compléments

• 🔄 La filiation suit l’ordre :

  1. triose
  2. tétrose
  3. pentose
  4. hexose

• La cyclisation rend le carbone 1 asymétrique chez les aldoses ; ce carbone est appelé carbone anomérique.

• La représentation de Haworth est une représentation cyclique des oses.

💡 Astuce mémo

Triose → tétrose → pentose → hexose.

📖 4. Propriétés physiques et optiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pouvoir rotatoire : Déviation du plan de polarisation de la lumière par une molécule chirale ; une rotation vers la droite est dextrogyre (+) et une rotation vers la gauche est lévogyre (−).

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi de Biot exprime le pouvoir rotatoire par $\alpha = [\alpha]_{\lambda}^{T} \times l \times c$, où l est la longueur du tube et c la concentration.

Compléments

• Les oses sont des molécules polaires solubles dans l’eau ; leurs solutions sont visqueuses, denses et sucrées.

• Au-delà de leur point de fusion, les oses peuvent subir une caramélisation, favorisée par l’acide acétique ou l’acide citrique.

📌 Un mélange racémique équimolaire de composés (+) et (−) est optiquement inactif, tandis que la rotation d’une solution est proportionnelle à sa concentration et que les pouvoirs rotatoires des constituants s’additionnent.

• Les oses n’absorbent pas dans l’UV, possèdent un spectre IR et modifient l’indice de réfraction.

💡 Astuce mémo

Un mélange racémique contient des formes (+) et (−), mais sa rotation totale est nulle.

📖 5. Réactivité chimique des oses

★ À maîtriser

• L’oxydation des aldoses produit des acides aldoniques et permet notamment le dosage enzymatique de la glycémie à l’aide de la glucose oxydase.

• La condensation d’un ose avec un alcool ou un phénol forme un oside par liaison osidique et fait disparaître le caractère réducteur.

• La réaction de Maillard associe un sucre réducteur à une fonction alpha-aminée et est accélérée par la chaleur et un pH de 6 à 10 ; elle colore les aliments en brun et peut dégrader les protéines et les acides aminés essentiels.

Compléments

• En milieu alcalin et à chaud, les aldoses réduisent les complexes cuivriques en composés cuivreux.

• La réduction de la fonction aldéhyde ou cétone d’un ose forme un polyol, dont le nom porte le suffixe « -itol » ; elle peut être chimique ou enzymatique.

• L’action d’un acide, notamment de l’acide phosphorique, sur les fonctions hydroxyles d’un ose forme des esters importants pour le métabolisme.

• En milieu alcalin, les oses peuvent s’isomériser par interconversion aldose-cétose ou par épimérisation entre aldoses au niveau des carbones 1 et 2.

💡 Astuce mémo

Condensation osidique → disparition du caractère réducteur.

📖 6. Principaux oses

★ À maîtriser

• Le D-glucose est un aldohexose de formule $C_6H_{12}O_6$ et de masse molaire de 180 daltons, abondant librement dans le miel et les fruits.

• Le D-glucose est une molécule énergétique majeure ; sous forme polymérisée, il constitue notamment les réserves de glycogène et d’amidon.

• Le D-ribose est un pentose de formule $C_5H_{10}O_5$ et de masse molaire de 150 daltons, apporté par l’alimentation et nécessaire à la synthèse des acides nucléiques.

Compléments

• La concentration de glucose libre dans le sang, appelée glycémie, est indiquée à 0,8 g/l.

• Le D-galactose est un aldohexose de formule $C_6H_{12}O_6$ et de masse molaire de 180 daltons ; il est le sucre le plus répandu après le glucose.

• Le D-galactose entre dans la composition du lactose et de certains hétérosides.

• Le D-fructose est un cétohexose de formule $C_6H_{12}O_6$ et de masse molaire de 180 daltons ; c’est un sucre des fruits qui entre dans la composition du saccharose.

📖 7. Liaisons et disaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Disaccharides : Sucres formés par l’association de deux oses au moyen d’une liaison O-glycosidique, aussi appelée liaison osidique.

★ À maîtriser

📌 Une liaison osido-oside unit deux fonctions réductrices et supprime le caractère réducteur, tandis qu’une liaison osido-ose unit une fonction réductrice et une fonction alcool et laisse un ose réducteur.

📌 L’hydrolyse chimique des disaccharides en milieu acide et à chaud est non spécifique, tandis que l’hydrolyse enzymatique est spécifique de l’ose et de la configuration anomérique alpha ou beta de la liaison.

• Le saccharose, ou sucrose, associe l’α-D-glucose par son carbone 1 et le β-D-fructose par son carbone 2 ; il a une masse molaire de 342 daltons, un pouvoir sucrant élevé et constitue le sucre alimentaire après purification et cristallisation.

• Le lactose, présent dans le lait des mammifères, associe le galactose et le glucose par une liaison β-1,4 osidique ; il est réducteur et sa masse molaire est de 342 daltons.

Compléments

• La liqueur de Fehling permet de déterminer le mode de liaison des oses dans un disaccharide en testant son caractère réducteur.

• La liaison glycosidique est rompue par hydrolyse, reste stable à pH 7 et en milieu alcalin, et peut être hydrolysée chimiquement à chaud en milieu acide ou enzymatiquement.

• La β-galactosidase, aussi appelée lactase, hydrolyse le lactose.

• Le maltose est formé de deux α-D-glucoses liés par une fonction réductrice et une fonction alcool ; il est réducteur et sa masse molaire est de 342 daltons.

💡 Astuce mémo

Osido-oside : non réducteur ; osido-ose : un ose reste réducteur.

📖 8. Polysaccharides et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Polysaccharides : Polymères de masse moléculaire élevée constitués d’oses.

★ À maîtriser

📌 Un homopolysaccharide contient un seul type d’ose et peut avoir un rôle de réserve ou de structure, tandis qu’un hétéropolysaccharide contient plusieurs types d’oses.

Compléments

• L’amidon et le glycogène sont des homopolysaccharides de réserve, tandis que la cellulose est un homopolysaccharide structural des végétaux.

• Les exemples d’hétéropolysaccharides cités sont :

  • les glycolipides (liposaccharides)
  • les glycoprotéines
  • les protéoglycanes

📖 9. Amidon et hydrolyse enzymatique

★ À maîtriser

• L’amidon est un polymère d’α-D-glucose et la principale source alimentaire glucidique chez l’être humain.

• L’amidon comprend 25 % d’amylose, formée de chaînes linéaires de glucoses liés en α-1,4 et organisées en hélice, soluble dans l’eau tiède.

• L’amidon comprend 75 % d’amylopectine, dont les chaînes α-1,4 portent des ramifications α-1,6 tous les 20 à 30 résidus et forment un empois visqueux à chaud.

• Les α-amylases hydrolysent les liaisons α-1,4 de l’amidon au milieu des chaînes et libèrent principalement des dextrines, du maltose et du maltotriose ; la libération finale de glucose nécessite l’action d’autres enzymes.

Compléments

📌 L’amidon est insoluble dans l’eau froide et non réducteur, car ses fonctions réductrices sont en faible proportion ; son hydrolyse peut rendre les chaînes réductrices.

• Les amylases sont des glycosidases spécifiques des résidus de glucose et du type de liaison ; les enzymes qui coupent les liaisons α-1,4 de l’amidon au milieu des chaînes sont des α-amylases.

💡 Astuce mémo

Amidon → dextrines et maltose → glucose.

📖 10. Glycogène et cellulose

★ À maîtriser

• Le glycogène stocke le glucose dans le foie et les muscles et constitue une source permanente de glucose chez les sportifs.

• Le glycogène est un polymère très ramifié de D-glucose, de structure proche de l’amylopectine mais plus compact, soluble, non réducteur et de masse moléculaire très élevée.

• La cellulose est un polymère linéaire de β-D-glucose lié en β-1,4 qui assure la structure des parois végétales ; les liaisons entre chaînes lui confèrent une résistance.

• La cellulose est non réductrice et n’est pas digérée par l’être humain, car la β-glucosidase (cellulase) nécessaire à son hydrolyse est absente chez l’homme.

Compléments

• Le glycogène est absent de l’alimentation.

💡 Astuce mémo

Le glycogène stocke le glucose ; la cellulose structure les parois végétales.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des disaccharides

Comparaison des polysaccharides