Par exemple, le glucose est un glucide à sixcarbones, cinq groupeshydroxyle et un groupealdéhyde.Les grains et céréales contiennent une grande quantité de glucides.
Les glucides ont été initialement (et fautivement) nomméshydrates de carbone (ou carbohydrates), car on avait observé que leurcomposition élémentaire pourrait correspondre à un modèle Cn(H2O)p. Toutefois, lechimiste allemandEmil Fischer, qui obtint leprix Nobel de chimie en 1902, a découvert que ces composés ne sont pas deshydrates [parce que H2O ne s'y retrouve pas sous cette forme, avec un O et deux H qui lui sont liés, comme dans la molécule deglucose (ci-contre)], d'où un nécessaire changement de nom que n'ont pas encore complètement fait les anglophones, qui utilisent encore le terme « carbohydrates », ou les germanophones, qui parlent de « Kohlenhydrate ».
Ils se présentent généralement sous la forme de cristaux blancs, car ils n'absorbent pas les rayonnements du spectre UV, ni ceux duspectre visible.
Les glucides font partie, avec lesprotéines et leslipides, des constituants essentiels des êtres vivants et de leurnutrition, car ils sont un des principaux intermédiaires biologiques de stockage et de consommation d'énergie. Chez les organismesautotrophes, comme lesplantes, lessucres sont convertis enamidon pour le stockage. Chez les organismeshétérotrophes, comme lesanimaux, ils sont stockés sous forme deglycogène puis utilisés comme source d'énergie dans lesréactions métaboliques, leur oxydation lors de ladigestion des glucides apportant environ 17 kJ/g selon l'étude dans labombe calorimétrique.
Les oses possèdent tous un groupecarbonyle mais celui-ci peut apparaître sous une forme « équivalente » ayant le mêmedegré d'oxydation comme unacétal ou unhémiacétal, spécialement dans les formes cycliques. Les oses possédant un groupe aldéhyde, masqué ou non, sont nommés « aldoses ». Pour un groupe cétone, ils sont appelés « cétoses ».
Ils sont caractérisés par leur nombre d'atomes decarbone, toujours supérieur à trois :
Deuxénantiomères (antipodes optiques) ont les mêmes propriétés à l'exception d'une seule : leur pouvoir rotatoire opposé. La figure 1 représente les deux énantiomères duglucose, la formeD-glucose est la forme naturelle. Il est à noter que dans lareprésentation de Fischer, par convention, le carbone le plus oxydé est placé en haut, ce qui permet de définir sans ambiguïté le sens gauche/droite des substituants de la chaîne carbonée.
Dans la formeD, le groupe alcool (-OH) porté par le carbonen-1 est àdroite (en représentation de Fischer).
Dans la formeL, le groupe alcool porté par le carbonen-1 est àgauche (en représentation de Fischer).
Il existe aussi desstéréoisomères qui sont des isomères optiques. Tous les énantiomères sont des stéréoisomères.
Pour les sucres, selon qu'ungroupehydroxyle attaque lecarbonyle d'un côté ou de l'autre (voir figure), on forme un carbone (généralement)asymétrique appelé « centreanomère ». Le cycle est constitué par cinq (furanose) ou six (pyranose) atomes. Dans une représentation plane avec le groupe -CH2OH au-dessus du plan formé par le cycle, l'anomère est dit « α » si le groupe hydroxyle se trouve derrière le plan, ou « β » s'il se trouve au-dessus du plan. Si la configuration n'est pas connue, on utilise la lettre grecque ξ (xi).
Cyclisation d'une cétone ou d'un aldéhyde. Nu désigne un nucléophile.
Quand on laisse du glucose préalablement cristallisé en solution dans de l'eau, lepouvoir rotatoire passe de +112° à +52,5°.Quand on laisse en solution dans l'eau du glucose préalablement cristallisé dans de l'acide acétique, le pouvoir rotatoire passe de +19° à +52,5°.
Structures du pyrane et du furane.
Ceci s'explique par le fait que le glucose (linéaire) en solution aqueuse s'équilibre entre deux formes cycliques. Ceci est dû au fait que le groupealdéhyde du glucose va réagir avec un des groupesalcool (celui ducarbone 5). Le glucose devient cyclique, et il dérive dupyrane (ci-contre) d'où il tire le nom « glucopyranose ». Dans cettecyclisation, telle que décrite dans le paragraphe ci-dessus, le groupe alcool peut s'additionner sur le groupe aldéhyde d'un côté ou de l'autre, ce qui provoque l'apparition de deux composés : lesanomères α et β.
Formation des glucopyranoses à partir du D-glucose
Dans le modèle de Haworth, on considère que le cycle est plan avec l'oxygène endocyclique vers le haut et le carbone anomère à sa droite : si le groupe hydroxyle sur le carbone anomère est en dessous du plan du cycle, il est dit α, sinon il est dit β.
En solution aqueuse, leglucose est en équilibretautomère : 65 % sous forme β-D-glucopyranose, 0,1 % sous formeD-glucose (linéaire) et 35 % d'α-D-glucopyranose. La cyclisation des sucres permet d'avoir deux fois plus d'isomères.
Certains sucres ont cependant tendance à cycliser non pas sous la forme « pyranique » (cycle à six atomes) mais plutôt sous la forme « furanique » (cycle à cinq atomes). Parmi ces sucres, un des plus importants est leribose qui, dans sa formeD-β, fait partie intégrante desacides nucléiques comme l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN).
Relation entre le bêta-D-ribose et l'adénine
Lesoses se cyclisant sous forme furanique (furanose) sont :
Uneliaison osidique est uneliaison covalente, produit de la réaction entre le groupe alcool hémiacétalique (-OH formé par le carboneanomère) et une autre molécule (glucidique ou non).
On dit qu'un diholoside est « non réducteur » si le carbone portant le OH hémiacétalique est engagé dans une liaison (le groupe hémiacétalique n'est pas libre). Autrement dit, la liaison finale est du type « oside ».
C'est un diholoside nonréducteur, son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→2)β-D-fructofuranoside ».
Il est scindé en deux molécules : leD-glucopyranose et leD-fructofuranose par l'invertase qui est uneα-glycosidase, c'est-à-dire uneenzyme spécifique de cette liaison glycosidique.
On le trouve dans les champignons, les bactéries ou encore dans l'hémolymphe des insectes. De nombreux organismes l'accumulent en réponse à un choc thermique. Son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→1)α-D-glucopyranoside ».
Il est scindé en deux molécules : deux molécules deD glucopyranose par l'invertine.
C'est un diholosideréducteur car son groupe hémiacétalique est libre, c'est le glucide dulait, son nom systématique est le « β-D-galactopyranosyl(1→4)-D-glucopyranose ».
Il est hydrolysé en deux molécules : leD glucose et leD galactose par uneβ-galactosidase.
Présent dans la betterave, leraffinose est éliminé lors du raffinage du sucre. C'est un triholoside non réducteur, son nom systématique est l'« α-D-galactopyranosyl(1→6)α-D-glucopyranosyl(1→2)β-D-fructofuranoside ».
C'est un polyholoside homogène non réducteur constitué de deux composés :
l'amylose (hydrosoluble), polymère deglucose lié par une liaison α(1→4) (20 à 30 %) ;
l'amylopectine (insoluble), amylose ramifié par une liaison α(1→6) (70 à 80 %).
L'amidon est un polymère de glucose ; il peut être hydrolysé par uneα-glucosidase. C'est la substance de réserve glucidique desvégétaux. Les féculents sont une source majeure d'amidon dans l'alimentation humaine.
Il se colore, en présence dulugol (eau iodée), en bleu-violet caractéristique.
Le glycogène a été extrait parClaude Bernard en 1856 dans le foie. C'est la forme de stockage du glucose excédentaire chez les animaux et les champignons. Il s'agit aussi d'un polymère de glucose ramifié (un branchement tous les six à huit unités glucose). Le glycogène est formé par laglycogénogenèse et décomposé par laglycogénolyse.
On le trouve en surplus dans le cas de la glycogénose de type II ; maladie dans laquelle l'absence demaltase acide des lysosomes, empêche sa dégradation.
Le glycogène est mis en évidence par le lugol (eau iodée) qui conduit à une coloration brun acajou.
C'est un polyholoside homogène de glucose liés par une liaison β(1→4).
La principale molécule structurelle des plantes est la cellulose. Le bois est en partie composé de cellulose, tandis que le papier et le coton sont de la cellulose presque pure. La cellulose est un polymère de glucose. C'est une molécule très longue et rigide, dont la structure lui confère ses propriétés mécaniques telles qu'observées chez les plantes.
Elle ne peut être assimilée par l'être humain mais sa présence dans l'alimentation favorise le transit intestinal et protège l'organisme contre lecancer du côlon.
L'agar-agar est un polyholoside mixte constitué deD- etL-galactose estérifié par de l'acide sulfurique. Extrait d'algues, il est utilisé enbactériologie et dans l'industrie alimentaire comme gélifiant.
Les dextranes sont produits par certaines bactéries, telles laLeuconostocmesenteroides, en présence de sucre. De poids moléculaire élevé, ils sont composés d’unitésD-glucose reliées par une liaisonosidique α(1→6).
L'acide hyaluronique est un mucopolysaccharide constitué d'acide-β-glucuronique et deN-acétylglucosamine reliés par uneliaison β(1→3). C'est un des principaux constituants de lasubstance fondamentale dutissu conjonctif à laquelle il confère sa viscosité.
Les sucres présentent unéquilibre céto-énolique, causée par l'acidité du proton α. Cettetautomérie est commune aux aldoses et aux cétoses, la forme cétone est nettement majoritaire.
L'équilibre céto-énolique est commun à tous les oses
Les oses simples et les diholosides ayant un carbonehémiacétalique libre sont réducteurs de par leur groupealdéhyde. Le groupe aldéhyde est oxydé en groupeacide carboxylique. L'un des groupesalcool primaire peut être oxydé en groupe acide carboxylique.
Les diholosides non réducteurs sont ceux dont aucun carbonehémiacétalique n'est libre, il est mis en jeu dans laliaison osidique.
Par exemple, le 3,5-dinitrosalicylate (DNS) est réduit en 3-amino-5-nitrosalicylate, composé rouge brun permettant de doser les oses réducteurs parcolorimétrie.
Oxydation par voie enzymatique
En présence dedioxygène, laglucose oxydase oxyde leglucose engluconolactone (puisacide gluconique) avec libération d'eau oxygénée. L'oxydation ducarbone 1 (portant le groupe pseudo-aldéhydique) conduit au gluconolactone (non réducteur), celle en C6 conduit à l'acide glucuronique (réducteur). Une double oxydation en C1 et C6 conduit à l'acide glucosaccharidique (non réducteur). La glucose oxydase est utilisée pour mesurer laglycémie.
L'hydrolyse chimique n'est pas spécifique, elle conduit à la plus petite sous-unité des glucides : lesoses. Elle est réalisée en présence d'acide chlorhydrique.
