Généralités sur les glucides et structure des oses PDF

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE FACULTE DE MEDECINE D’ORAN 1 ERE ANNEE MEDECINE Généralités sur les glucides et structure des oses Dr.HAMADA.K...

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE FACULTE DE MEDECINE D’ORAN 1 ERE ANNEE MEDECINE Généralités sur les glucides et structure des oses Dr.HAMADA.K 2024/2025 SOMMAIRE ▪ Introduction ▪ Généralités sur les glucides I. Définition II.Importance en biologie III.Classification ▪ Les oses I -Présentation générale des oses I-1-Définition I-2-Classification II-Structure des oses II-1 Structure linéaire II-2-Structure cyclique ▪ Conclusion | Dr.HAMADA.K Introduction Les glucides constituent un groupe de composés organiques le plus abondant dans la nature, retrouvé dans toutes les cellules vivantes : animales ou végétales et même dans les bactéries. Les glucides jouent de nombreux rôles dans l’environnement : énergétiques , structurales et métaboliques , d’où leur importance biologique. GENERALITES SUR LES GLUCIDES I-Définition : Les glucides ou saccharides du grec « sakcharon » sont des hydrates de carbone de formule brute CnH2On On distingue deux catégories: - les molécules élémentaires non hydrolysables: les oses - les composés hydrolysables: les osides. II-Importance en biologie : Divers rôles dans l’environnement : 1. Rôle énergétique :d’utilisation immédiate exemple : le glucose ,Ou sous forme de réserve energetique :exemple glycogène et amidon 2. Rôle structural Eléments de soutien et de protection : muco- polysaccharides chez l’homme , la cellulose chez les végétaux, chitine chez les invertébrés. 3. Eléments de reconnaissance dans la cellule : les polyosides des groupes sanguins, les polyosides antigéniques des bactéries. 4. Constituants de molécules fondamentales : acides nucléiques, coenzymes, vitamines. | Dr.HAMADA.K III-Classification des glucides : ▪ Les glucides se répartissent en deux groupes selon leur comportement en milieu acide et à chaud :  Oses  Osides ▪ Les oses (sucre simple ou monosaccharide) : Glucides simples, non hydrolysables en milieu acide.Formule brute Cn(H2O)n Exemples: glucose, fructose, mannose,. Ce groupe est subdivisé en : Aldoses Cétoses Les osides : Glucides complexes dont l’hydrolyse donne plusieurs produits glucidiques ou pas. On distingue 2 grands groupes : Holosides et Hétérosides. 1- Holosides : Constitués uniquement d'oses simples, Ils donnent par hydrolyse : des oses. formés par liaison de n molécules d’oses identiques ou différents par des liaisons glycosidiques. Selon le nombre d’oses constitutifs, on distingue des Di-, Tri, Tétra … holosides. Dissacharides : 2 molécules d’oses. Oligosides : 3 à 10 molécules d’oses. Polyosides : > 10 molécules d’oses (cellulose, amidon, glycogène). 2- Hétérosides : Constitués d'une partie glucidique ± importante et d'un aglycone = partie non glucidique. Ils donnent par hydrolyse : oses + aglycone (partie non sucrée). Liaison de glucides à des Protéines (glycoprotéines), à des Lipides (glycolipides), à des bases (nucléosides). | Dr.HAMADA.K Figure 1 :Classification des Glucides | Dr.HAMADA.K  LES OSES I -Présentation générale des oses : 1° ) Définition: Les oses (ou glucides simples ou monosaccharides) Cn(H20)n sont des aldéhydes ou des cétones polyhydroxylées, c'est-à-dire des molécules caractérisées par : - une chaîne carbonée non ramifiée,(3 à 7 C) - une fonction aldéhyde ou cétone, - une fonction alcool (primaire ou secondaire), sur tous les autres C. 2° ) Classification Selon la nature de la fonction réductrice (aldéhyde ou cétone) : a. Aldoses b. Cétoses Selon Le nombre d’atomes de carbones de la chaîne (3 à 7 carbones): -triose, tétrose, pentose, hexose, Les sucres les plus simples ont (03) atomes de carbones, on distingue: Aldotriose : glycéraldéhyde Cétotriose :dihydroxyacétone | Dr.HAMADA.K II-STRUCTURE DES OSES 2 types de structure : 1. La structure linéaire 2. La structure cyclique II-1-La structure linéaire des oses : A-La Représentation linéaire: La représentation linéaire des oses stipule que: le squelette carboné est vertical la fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone) est orientée vers le haut et les fonctions alcool secondaire sont liés horizontalement aux atomes de carbone La numérotation des carbone est faite de sorte que le carbone porteur de la fonction carbonyle ait le chiffre le plus faible:  1 pour les aldoses  2 pour les cétose Figure 2 : Les 2 fonctions carbonyles des oses | Dr.HAMADA.K  B-la notion d’isomérie: On parles d’isomérie quand deux molécules possèdent la même formule brute mais ont des formules développées différentes. Les isomères, peuvent avoir des propriétés physiques, chimiques et biologiques différentes. B-1-isomères de fonction : 2 molécules qui ont la même formule brute Cn(H2O)n mais deux formules développées différentes , on aura des aldoses ou des cétoses. Exemple :  Glycéraldéhyde et dihydroxyacétone sont des isomères de fonction , ils ont la même formule brute C3H6O3 mais deux formules développées différentes. Figure 3 :Isomères de fonction  Glucose et fructose sont des isomères, ils ont la même formule brute C6H12O6 mais deux formules développées différentes. Figure 4 :Isomères de fonction | Dr.HAMADA.K  B-2-Isomères optique ou stéréoisomères: Les stéréoisomères ou isomères optiques ont la même formule brute mais des formules développées différentes entre elles uniquement par l’orientation dans l’espace de leurs atomes ou groupes d’atomes. Cette stéréoisomérie est due à la présence de C asymétriques au sein des molécules (notés C*).  Un C est dit asymétrique quand il porte 4 substituants différents Figure 5 :Carbone asymétrique Tous les oses (sauf le dihydroxyacétone) comporte un ou plusieurs carbones asymétriques (molécules chirales) Une molécule chirale est une molécule qui renferme au moins 1 C asymétrique ;  Les nombres des stéréoisomères d’une molécule égale 2n ( n= nombre de carbones asymétriques) : Le glycéraldehyde possède 1 C* Et donc 2 stéréo-isomères L’erythrose possède : 2C* et donc 4 sterioisomères Notion d’ énantiomères : les deux configurations possibles d’une molécule chirale, c’est l’image de l’une de l’autre dans un miroir. Leurs propriétés physiques et chimiques sont identiques à l’exception d’une propriété physique : le pouvoir rotatoire. | Dr.HAMADA.K  Figure 6 :2 Enantiomères Notion d’épimère: Ce sont des stéréoisomères qui diffèrent par la configuration d'un seul carbone chiral (cas de plusieurs C*). Figure 7 :les Epimères Notion de diastéréoisomères : des stéréoisomères non énantiomériques, c'està-dire qui ont plusieurs carbones chiraux de configuration différentes (cas de plusieurs C*). Figure 8 :Différents types d’isomèrie | Dr.HAMADA.K  Notion de pouvoir rotatoire : La présence de C* confère a la molécule un pouvoir rotatoire Le pouvoir rotatoire est la capacité des molécules chirales à dévier le plan de polarisation d’une lumière polarisée L’isomère dextrogyre (+) dévie le plan de polarisation vers la droite. L’isomère lévogyre (-) dévie le plan de polarisation vers la gauche. Mélange équimoléculaire des 2 isomères = racémique : inactif sur la lumière polarisée. Figure 9 :Mesure du pouvoir rotatoire C- Série D et L des oses : La disposition du OH secondaire le plus éloigné de la fonction carbonyle détermine l’appartenance d’un ose à la série D ou L. L’appartenance à la série D ou bien à la série L ne prédit pas le sens du pouvoir rotatoire. Les oses naturels (aldoses ou bien cétoses) sont pour la plupart de la série D sauf le L-arabinose et le L-fucose. Figure 10 :Série D et L des oses | Dr.HAMADA.K D-Représentation linéaire des oses en projection de Fischer : La molécule d’ose est représente dans un plan par projection en respectant les règles suivantes : 1- carbone asymétrique est placé dans le plan de projection. 2-La chaine carbonée la plus longue est verticale 3-l’atome de carbone placé en haut de la chaine verticale est celui qui est engagé dans le groupement fonctionnel dont l’état d’oxydation est le plus élevé. 4-les substituants non carbonés (-H et -OH) du carbone asymétrique sont en avant du plan de projection. Figure 11 : Projection de Fischer du Glucose E-Filiation chimique des oses : Deux réactions permettent de mettre en évidence cette filiation : 1.4.1. Synthèse cyanhydrique de Kiliani Fischer : Par la synthèse canhydrique de Kiliani Fischer, on peut passer d'un glucide à (n) carbones à son homologue supérieur à (n+1) carbones. L’addition se fait par l’extrémité portant la fonction aldéhyde. 1 Triose → 2 Tétrose → 4 Pentose → 8 Hexose 3C 4C 5C 6C | Dr.HAMADA.K Figure 12 :Synthèse selon Killiani-Fischer Figure 13 :Filiation des aldoses Figure 14 :Filiation des cétoses | Dr.HAMADA.K 1.4.2.Dégradation de WÖHL-ZEMPLEN A l’inverse de la synthèse cynahydrique de Kiliani-Fischer, on peut démontrer la filiation des oses par dégradation. La dégradation de Wohl Zemplen permet de passer d’un ose à (n) C à un ose à (n-1) C. Figure 15 : Dégradation de WÖHL-ZEMPLEN II-2-La structure cyclique des oses En solution, les oses existent essentiellement sous forme cyclique, la forme linéaire est très minoritaire par rapport aux formes cycliques. 1-Le mécanisme de cyclisation : ▪ La proximité du carbonyle et des fonctions alcools permet une réaction d’hémiacétalisation intra-moléculaire qui conduit à la formation d’une structure cyclique. ▪ Cette réaction se fait entre: la fonction carbonylique (aldéhyde ou cétone) et un OH alcoolique et ça donne une liaison hémiacétalique | Dr.HAMADA.K  Figure 16 : Cyclisation du glucose Figure 17 : 2 types d’anomères Deux types de cycles peuvent être formés. Ex : dans le cas du Glucose un aldohexose, deux réaction sont possibles et donnent lieu à un hétérocycle à oxygène :  réaction C1 – C4 pour donner un cycle à 5 sommets : furane  réaction C1 – C5 pour donner un cycle à 6 sommets : pyrane Figure 18 : 2 types de cycle Figure 19 : Cyclisation du Fructose | Dr.HAMADA.K  NB : La cyclisation des aldohexoses donne des pyranoses, elle peut également donner des furanoses mais leur stabilité est relativement faible. La cyclisation des cétohexoses donne des furanoses. Elle peut donner des pyranoses. Le carbone C2 est le carbone anomérique pour les cétoses. Figure 20 : Cyclisation d’un aldopentose 2-Notion d’anomères : a et β La cyclisation rend le carbone C1 asymétrique ce qui induit 2 nouvelles configurations de stéréoisomères : les anomères a et β. Le C1 est dit carbone anomérique Les anomères a et β sont des épimères, leur interconversion est possible Figure 21 :Passage de l’anomère a à l’anomère β 3-Passage de la representation Fischer à celle d’Haworth : Pour passer de la représentation de Fischer à la représentation de Haworth, il faut respecter les règles suivantes : 1. Le carbone le plus oxydé doit être positionné à l’extrémité droite (C1). 2. La position des groupements hydroxyles est fonction de leur position dans la représentation de Fischer : les OH se trouvant à droite de la | Dr.HAMADA.K  représentation de Fischer se retrouveront en bas du plan du cycle et inversement. 3. La série D ou L est déterminé par la position du dernier carbone du sucre qui porte la fonction alcool primaire par rapport au plan du cycle : pour la série D le CH2OH est au dessus du plan du cycle et pour la série L, le CH2OH au dessous du plan du cycle. 4. L’anomère a ou β est déterminé par la position du OH du carbone C1(aldose) ou C2(cétose) par rapport au dernier carbone du sucre (CH2OH), si ils sont en trans c’est l’anomérie a, si ils sont en cis c’est l’anomérie β. Remarques : ▪ Les trioses et tétroses peuvent former des cycles mais qui sont instables par rapport à la forme linéaire. ▪ Les oses libres existent en équilibre entre les anomères a et β mais cette configuration devient fixe et définitive dans le cas de structure polyosidique. 4-Notion de mutarotation : ▪ Selon le mode de solubilisation du glucose on obtient 2 solutions appelées respectivement α et β-glucose. Ces deux solutions se distinguent par leur pouvoir rotatoire spécifique. ▪ la solution de α-D glucose présente un pouvoir rotatoire de +112 ° tandis que la solution de β-D glucose présente un pouvoir rotatoire de +18,7°. ▪ Cependant, si on laisse vieillir ces solutions, leur pouvoir rotatoire évolue pour se stabiliser à une valeur identique de + 52.5°.Ce phénomène est appelé la mutarotation ▪ on obtient après un certain temps un équilibre entre les différentes formes cycliques a et b. | Dr.HAMADA.K  Figure 22 :Equilibre entre les 2 anomères 4-la conformation spatiale : ▪ La conformation des hétérocycles n’est pas plane mais adopte des formes tridimensionnelles différentes. ▪ Ceci est dû principalement à des problèmes liés d'une part aux contraintes créées par les liaisons et leurs angles, et d'autre part par l'encombrement stérique des atomes. ▪ Les différentes formes sont interchangeables par de simples rotations de liaisons sans rupture de liaisons covalentes.Ces formes sont des états d'équilibre. ▪ Les cycles pyranique adoptent la configuration chaise mais aussi bateau ▪ On admet que la configuration en chaise est la plus stable, et que c'est de cette façon que sont les oses en solution. ▪ Les cycle furaniques se présente sous une forme d’enveloppe. Figure 23 :Forme chaise et bateau du a-D-glucopyranose | Dr.HAMADA.K  Figure 24 :conformation Enveloppe du B-D-ribofuranose Conclusion ▪ Les oses sont les unités structurales de base des glucides. ▪ Ce sont des aldéhydes/cétones polyhydroxylés. ▪ Initialement décrits sous formes linéaires, ils existent essentiellement sous forme cyclique en solution. | Dr.HAMADA.K