FACULTE DE MEDECINE D’ORAN DEPARTEMENT DE MEDECINE BIOCHIME ANNEE UNIVERSITAIRE 2015/2016 LES GLUCIDES

La Biochimie : C'est d'une part l'étude des molécules qui constituent les êtres vivants (glucides, protéines, lipides, eau, électrolytes…) et d'autre part, l'étude de la transformation (métabolisme) de ces molécules : les réactions de dégradation (catabolisme) . les réactions de biosynthèse (anabolisme) .

DEFINITION/GENERALITES GLUCIDES DEFINITION/GENERALITES Constituent un ensemble de substances naturelles dont les unités de base sont les sucres simples appelés oses ou monosaccharides. On les appelle aussi hydrates de carbones (en anglais, carbohydrates) en raison de leur formule élémentaire Cn(H2O)n. Sont caractérisées par la présence de chaînons carbonés porteurs de groupements hydroxyles, de fonctions aldéhydes ou cétoniques, et éventuellement de fonctions carboxyles ou amines. La plupart des sucres sont a saveur sucré, mais certains sont insipides (sans saveurs) comme l’amidon. Très répandus dans la matière vivante : 5% poids sec animaux, 70% poids sec végétaux En alimentation : pain, sucre, céréales, lait

GLUCIDES Rôle Rôle énergétique 2. Rôle structural 40 à 50 % des calories apportées par l’alimentation humaine sont des glucides. Ils ont un rôle de réserve énergétique dans le foie et les muscles (glycogène) et dans les végétaux (Amidon). 2. Rôle structural • Eléments de soutien (cellulose des plantes) • Constituants de molécules fondamentales : acides nucléiques, coenzymes, vitamines…

GLUCIDES La place du glucose ROLE FONDAMENTALE • Principal carburant des tissus • Seul carburant du foetus • Tous les glucides alimentaires sont absorbés sous forme de glucose ou convertis en glucose dans le foie. • Tous les glucides sont synthétisés à partir du glucose dans l’organisme.

GLUCIDES Classification On distingue deux catégories: Des chaînes glucidiques peuvent être fixées, par voie chimique ou enzymatique, sur des lipides ou des protéines : ces dérivés sont regroupés sous le terme de glycoconjugués.

OSES: DEFINITION Ce sont des composés simples, à chaine carbonée linéaire, de formule brute CnH2nOn (avec n compris entre 3 et 7). Ces deux fonctions sont réductrices

OSES: Structure linéaire classification et Nomenclature on représente les oses selon une convention dite projection de Fischer, universellement adoptée ; on dispose tous les atomes de carbone sur une ligne verticale , et les groupes hydroxyle secondaire de part et d’autre de cette ligne. Par convention, les atomes de carbone des aldoses et des cétoses sont numérotés d’une extrémité à l’autre de la chaîne carbonée de telle façon que dans les aldose, le numéro 1 est attribué à celui qui porte la fonction aldéhyde ( carbone le plus oxydé). Dans le cas des cétoses, le carbone qui porte la fonction cétone porte le numéro 2. 

Les critères de classification des oses La classification des oses dépend : du nombre d’atomes de carbones 3 carbones: triose 4 carbones: tétrose 5 carbones: pentose 6 carbones: hexose La nature du carbonyle Aldéhyde → Aldose (aldotrioses aux aldohéxoses) Cétone → Cétose (cétotrioses aux cétohéxoses)

La combinaison de ces 2 critères caractérise l’ose 3C:Triose 4C:Tétrose 5C: Pentose 6C: Hexose Aldose Aldotriose Aldotétrose Aldopentose Aldohexose Cétose Cétotriose Cétotétrose Cétopentose Cétohexose

Filiation des oses/Série D et L Tous les aldoses et les cétoses peuvent êtres synthétisés respectivement à partir du glycéraldéhyde et de l’hydroxy-acétone (Oses les plus simples). L’ose peut exister sous deux formes selon la position de l’hydroxyle en position n-1. Si cet hydroxyle est à droite par rapport au plan de la molécule, on parle de série D. Si cet hydroxyle est à gauche par rapport au plan de la molécule, on parle de série L.

Série D et L

Filiation chimique des oses (synthèse de killiani fischer) permet de passer d’un glucide à (n) carbones à son homologue supérieur (n+1). Cette synthèse n'est pas stéréospécifique mais fournit deux épimères (isomères se différenciant par la position d'un groupement hydroxyle).

La nomenclature D et L des oses est une nomenclature relative et par filiation. Tous les sucres seront préfixés par les lettres D ou L en référence pour les aldoses à la configuration du glycéraldéhyde et pour les cétoses à la configuration du cétotétrose. La plupart des oses présents chez les êtres vivants appartiennent à la série D mais quelques uns, tels que l’arabinose, et certains 6-désoxyhexoses constituants des glycoconjugués, tels que le fucose (6-désoxy-L-galactose) et le rhamnose (6-désoxy-L-mannose), appartiennent à la série L.

Objet chiral : tout objet qui ne peut pas être superposé à son Chaque nouveau carbone ajouté est donc un nouveau centre de chiralité, avec deux orientations relatives possibles des substituants, ce qui crée un nouveau couple de stéréoisomères. Objet chiral : tout objet qui ne peut pas être superposé à son image dans un miroir est un objet chiral. Lorsqu'une molécule a plusieurs centres de chiralité, on parle de diastéréoisomérie Pour les aldoses, le nombre de stéréoisomères est 2 n-2 où n est le nombre de carbone de la chaîne. Exemple : aldohexoses (glucose) où n est égal à 6, Le nombre total de stéréoisomères est égal à 2 4 = 16 8 de la série D et 8 de la série L. Pour les cétoses, le nombre de stéréoisomères est 2 n-3. .  

Notion de pouvoir rotatoire Un carbone asymétrique ou chiral, est un atome de carbone qui porte 4 substituants différents. Le glycéraldéhyde possède un carbone asymétrique. Si une lumière polarisée dans un plan traverse une solution d’une certaine substance, cette lumière sera déviée à droite ou à gauche, si seulement cette substance possède au moins un carbone asymétrique. Cette propriété est caractérisée par le pouvoir rotatoire spécifique

On dit que la substance est douée d’activité optique. Si la lumière polarisée est dévié à droite, on dit que la substance est dextrogyre et le pouvoir rotatoire sera affecté du signe +. Si la lumière polarisée est déviée à gauche, on dit que la substance est lévogyre et le pouvoir rotatoire sera affecté du signe -. Les abréviations D et L ne font en aucun cas référence à la nature du pouvoir rotatoire, dextrogyre (+) ou lévogyre (-). [α] = R x 100/C.l dépend de plusieurs facteurs, notamment le pH, la température, la longueur du trajet optique, mais aussi de la concentration et de la nature du glucide. 20° D

Notion d’isomérie Les isomères sont des composés chimiques qui ont la même formule brute, mais qui possèdent au moins une propriété différente. Isomérie de fonction: diffèrent par la nature de la fonction carbonyle Ex : D glucose et D fructose. Les stéréo-isomères ou isomères de conformation: diffèrent par l’agencement spatial (configuration spatiale) de leurs atomes.

Epimères: Deux oses qui ne différent que par la configuration d’un seul atome de carbone(la position d'un groupement hydroxyle) sont dits épimères. L’épimérisation peut se faire par voie chimique ou enzymatique (épimérase). D Glucose D Mannose

Enanthiomères: C’est l’image l'un de l'autre dans un miroir. Le mélange en quantité égale de deux énanthiomères, ne dévie pas la lumière polarisé, on parle de mélange racémique. Les propriétés chimiques et physiques des énantiomères sont en général identiques à l'exception d'une propriété physique : le pouvoir rotatoire. Anomères.

STRUCTURE CYCLIQUE DES OSES

En solution à PH neutre les oses sont essentiellement présents sous forme cyclique ( moins de 1/1000 des molécules de monosaccharides ont leur groupement carbonyle libre). Réaction d’hémi-acétalisation interne (cyclisation) : La fonction C=O (fonction carbonylique) réagit avec une fonction OH pour former un hémi-acétal.

  Les oses Dans le cas du pont oxydique 1-5, on a un cycle hexagonal (6 cotés) comportant 5 atomes de carbone et 1 atome d'oxygène : c'est un noyau pyranose. Dans le cas du pont 1-4, on a un cycle pentagonal (5 cotés) à 4 atomes de carbone et 1 oxygène : c'est un noyau furanose.    

OBJECTIONS A LA FORMULE LINEAIRE STRUCTURE CYCLIQUE OBJECTIONS A LA FORMULE LINEAIRE

Recoloration de la fuchsine OBJECTION A LA STRUCTURE LINEAIRE DES OsES Recoloration de la fuchsine 1

Les aldoses ne donnent pas de combinaisons bisulfitiques : leur groupement aldéhyde n'a pas la réactivité chimique classique d'un aldéhyde à pH neutre. Hydrogénosulfite de sodium Hydrogénosulfate de sodium

FORMATION D’UN HEMIACETAL OBJECTION A LA STRUCTURE LINEAIRE DES OsES FORMATION D’UN HEMIACETAL 2

Un aldose ou une cétone vrais fixe deux molécules d’alcool pour former un acétal. La fonction carbonylique des aldoses ou des cétoses ne fixe qu’une seule molécule d’alcool pour former uniquement un hémiacétal. c'est un premier indice que la fonction aldéhydique des oses n'est pas aussi réductrice que les aldéhydes vrais. 

OBJECTION A LA STRUCTURE LINEAIRE DES OsES Action d’un alcool 3

EXEMPLE D Glucose + méthanol : obtention de deux méthyl-d-glucosides différents par leur pouvoir rotatoire: α méthyl D-glucoside et β méthyl D-glucoside Par hydrolyse en milieu acide, ces deux méthyl D-glucosides régénèrent le D-glucose. Ceci prouve qu’il existe un centre d’assymétrie supplémentaire dans la molécule, au niveau du groupement carbonylique.

PHENOMENE DE MUTAROTATION OBJECTION A LA STRUCTURE LINEAIRE DES OsES PHENOMENE DE MUTAROTATION 4

La valeur du pouvoir rotatoire d’un ose (mesurée au polarimètre) n’est pas fixée immédiatement ; elle le devient au bout d’un certain temps. Ce phénomène est dit phénomène de mutarotation Lowry (1889). Lorsqu’on dissout dans de l’eau le glucose, on constate que le pouvoir rotatoire varie dans le temps pour arriver à une valeur finale de + 52 ° 7. Cette expérience suggère que le D-glucose a un nouveau centre chiral supplémentaire et donc deux formes isomériques, l’anomère α 112 ° 2 ou β 18 ° 7 (Ces 2 anomères différent par la position dans l’espace du OH hémiacétalique).

en solution dans les rapports respectifs suivants : 1/3 et 2/3. La transformation d’un anomère en l’autre ( le cycle s’ouvre par hydratation, le groupement OH bascule par rotation du C1 autour de la liaison C1-C2, puis le cycle se referme par déshydratation) s’accompagne d’une variation de l’activité optique lorsque l'équilibre est atteint, les 2 formes α et β sont présentes en solution dans les rapports respectifs suivants : 1/3 et 2/3.

OBJECTION A LA STRUCTURE LINEAIRE DES OsES METHYLATION DES OSES 5

Action d’un agent méthylant puissant sulfate de méthyle Formule linéaire: dérivé hépta-méthylé. Expérimentalement on obtient un dérivé penta-méthylé.

STRUCTURE CYCLIQUE DES OSES Ces objections permettent de montrer qu’en solution les oses existent non pas sous forme linéaire mais sous forme cyclique ( Structure de Tollens et de Haworth). STRUCTURE CYCLIQUE DES OSES STRUCTURE DE TOLLENS

Représentation de Tollens:   Représentation de Tollens: Les oses C'est en 1884 que Bernhard TOLLENS a fourni l'explication par la structure cyclique des oses le radical aldéhydique est hydraté au préalable, ce radical se combine avec la fonction alcool du C4 ou C5, avec perte d’une molécule d’eau (hémi-acétalisation intra moléculaire), la liaison se faisant par l’intermédiaire d’un atome d’oxygène: pont oxydique.    

EXEMPLES a-D-glucopyranose b-D-glucopyranose b-D-glucofuranose   Les oses EXEMPLES a-D-glucopyranose b-D-glucopyranose b-D-glucofuranose a-D-glucofuranose    

STRUCTURE CYCLIQUE DES OSES STRUCTURE DE HAWORTH

Le cycle est considéré comme plan perpendiculaire au plan de la feuille, le pont oxydique est en arrière du plan. Les carbones sont placés dans le sens des aiguilles d’une montre . Les OH sont symbolisés par un trait et les H ne sont pas montrés. La position des groupements hydroxyle est fonction de leur position dans la représentation de Fisher. Les H et OH se trouvant à droite dans la représentation de Fisher se retrouveront au-dessous du plan du cycle et ceux situés à gauche se retrouveront au-dessus . dans la représentation de Fisher, c'est la configuration du C5 (héxoses) qui détermine la série D ou L. dans la représentation de Haworth, c'est la position par rapport au plan de la feuille de la fonction alcool primaire qui déterminera la série : série D pour CH2OH au-dessus du plan du cycle, pour la série L CH2OH au-dessous du plan. . La fonction aldéhyde ou cétonique de l’ose, partiellement dissimulée (hémiacétal), est appelée pseudoaldéhydique ou pseudocétonique.

Conséquence de la cyclisation : carbone C1 asymétrique ou carbone anomérique. Les positions relatives dans l'espace des 4 substituants définissent 2 configurations de stéréoisomères, les anomères α et β. L'existence des formes anomères multipliera par 2 le nombre d'isomères pour les oses : 8 D-aldohexoses ⇒ 8 α-D-aldohexoses et 8 β-D-aldohexoses . idem pour les L-aldohexoses 4 D-cétohexoses ⇒ 4 α-D-cétohexoses et 4 β-D-cétohexoses . idem pour les L-cétohexoses

forme α forme linéaire forme β L'interconversion des formes cycliques α et β passe par la forme linéaire. - à pH 7 les formes cycliques représentent 99% avec 1/3 de forme α et 2/3 de forme β - à pH basique, la forme prépondérante est la forme linéaire 99% forme α forme linéaire forme β

Règle de HUDSON L’anomère α a un OH hémiacétalique au dessous du plan et en même temps en position trans par rapport au CH2OH situé au niveau de l’extrémité de la chaine. Il a le pouvoir rotatoire le plus élevé. L’anomère β a les propriétés inverses (position cis). Règle de BOESEKEN Dans la configuration α, les hydroxyles portés par les atomes de carbones C1 et C2 (contigus) sont du même coté du plan ( position cis). Dans la configuration β sont de cotés opposés (position trans).

α-D-glucopyranose α-L-glucopyranose   Les oses α-D-glucopyranose α-L-glucopyranose    

la conformation du cycle pyranose est plus stable que celle du cycle furanose et, dans la plupart des cas, la forme pyranose prédomine en solution.

Le carbone C2 est le carbone anomérique pour les cétoses

SRUCTURE CYCLIQUE DES OSES FORME CHAISE/FORME BATEAU

Les cycles peuvent prendre deux formes différentes dans l'espace : la forme chaise ou la forme bateau. 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. On admet que la configuration en chaise est la plus stable, et que c'est de cette façon que sont les oses en solution.

b-D-Glucose Configurations spatiales Configuration « chaise » Configuration « bateau » OH H O CH2OH HO OH H HO CH2OH H O H H HO H HO Configuration favorisée b-D-Glucose

DETERMINATION DE LA POSITION DU PONT OXYDIQUE Méthylation de Haworth Acide périodique (Malaprade et Fleury Action du sulfate de méthyle en milieu alcalin , ou Iodure de méthyle en présence d’oxyde d’argent Métylation des OH libres Formation des éthers oxydes Regénération de la fonction aldéhydique après hydrolyse par HCL dilué Formation de l’acide triméthoxyglutarique après oxydation par l’acide nitrique(NO 3H) IO4- coupe les chaines carbonées Formation d’un aldéhyde formique pour chaque alcool primaire Formation d’un acide formique pour chaque alcool secondaire

Quelques oses

D Glucopyranose Le Glucose naturel (D (+) Glucose) est très répandu à l'état libre dans la nature ( le miel, les fruits. .) C’est le principal carburant de l’organisme et le carburant universel du foetus. Il est hydrosoluble dans les liquides biologiques. Son pouvoir rotatoire est dextrogyre La polymérisation de l’α Glucose conduit à l’amidon végétal et au Glycogène animal (reserves énergétiques). La polymérisation du β Glucose conduit à la céllulose. La glycémie est la concentration de Glucose à l’état libre dans le sang.

Galactopyranose • Il intervient dans la composition de : — Lactose du lait des mammifères = D Gal + D Glc — Cérébrogalactosides du cerveau — Certains glycolipides et glycoprotéines • Son pouvoir rotatoire est dextrogyre

D-Mannopyranose • Il est présent surtout dans les végétaux. • C’est un constituant des glycoprotéines chez l’homme. • Son pouvoir rotatoire est dextrogyre

D-Fructofuranose • On le trouve surtout dans les fruits d’où son nom. • Son pouvoir rotatoire est lévogyre d’où son nom de Lévulose. • Il est présent dans le liquide spermatique chez l’homme où il participe au mouvement des spermatozoïdes. • Il est présent sous forme furanique dans le saccharose. • La cyclisation se fait entre le C2 (cétone) et le C5.

D Ribofuranose • La forme furanique est la forme habituelle des pentoses combinés dans les acides nucléiques(ARN). • Le βD Ribofuranose est lié aux bases puriques et pyrimidiques par une liaison N-osidique (nucléosides,nucléotides). • Il intervient dans la structure des coenzymes : NAD, NADP, ATP. La forme biologique est la forme furanique (1 - 4) Dans le Désoxyribose le OH en 2 est remplacé par H (ADN).

RAPPEL STRUCTURE CYCLIQUE

Formes cycliques et anomères Les oses simples : classification et notion d’isomères Formes cycliques et anomères Solution aqueuse de glucose cristallisation Glucose + quelques molécules d’eau 3 formes 1-2% forme linéaire 2/3 anomère b 1/3 anomère a CH2OH C H OH O 1 2 3 4 5 6 Carbone anomérique asymétrique C OH H CH2OH O HO a-D-Glucose H CH2OH C O OH 1 2 3 5 6 .. 1 2 4 CH2OH C H OH O 1 2 3 4 5 6 3 Muta- rotation 4 5 b-D-Glucose 6

Formes cycliques et anomères Les oses simples : classification et notion d’isomères Formes cycliques et anomères Projections de Haworth CH2OH CH2OH C H OH O 1 2 3 4 5 6 6 5 H C O H C O H OH H C C 1 HC CH 4 H OH OH C C H2C C H 3 2 H OH Pyrane a-D-Glucose b-D-Glucose HOCH2 OH C O H 2 3 4 5 1 6 CH2OH HOCH2 OH C O H 2 3 4 5 1 6 CH2OH O C CH H C C H Furane a-D-Fructofuranose b-D-Fructofuranose Projection de Fischer : les OH à droite Projection de Haworth: les OH en dessous du plan

PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES OSES GLUCIDES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES OSES

PROPRIETES PHYSIQUES SOLUBILITE

Les oses sont de petites molécules, très polarisables en raison de leurs nombreuses fonctions alcooliques: ils sont donc très solubles dans l'eau (jusqu'à 3 M, c'est à dire 540 g.l-1 !).

PROPRIETES SPECTRALES PROPRIETES PHYSIQUES PROPRIETES SPECTRALES

Spectre IR caractéristique. Identification: * PR spécifique * Comportement chromatographique

STABILITE CHIMIQUE DES OSES PROPRIETES CHIMIQUES STABILITE CHIMIQUE DES OSES

MILIEU ACIDE/A CHAUD Déshydratation interne et cyclisation C C CHO H H 3 HO C C HO H+ CH CH 4 4 3 A CHAUD 2 C C H H 3 H2O C C 5 5 2 H O HO CH0 CH2OH CHO 1 CH2OH s O 6 1 6 Hexose Hydroxy méthyle Furfural Dérivés furfural: ils ont la propriété de se condenser avec des phénols, amines aromatiques ou des hétérocycles azotés pour donner naissance à des produits colorés Méthode de dosage

CH C CHO H H HO C 3 C HO H+ CH CH 4 4 3 A CHAUD 2 CH C H H 3 H2O 5 2 1 O 1 Pentose Furfural

MILIEU ALCALIN/A FROID

MILIEU ALCALIN/A CHAUD Dégradation totale.

DUES A LA PRESENCE DE LA FONCTION CARBONYLIQUE PROPRIETES CHIMIQUES DUES A LA PRESENCE DE LA FONCTION CARBONYLIQUE

REDUCTION Les oses se réduisent en polyols : par voie chimique (irréversible: Hydrure de bore et de sodium  NaBH4 ). ou enzymatique: réversible. — La fonction aldéhydique ou cétonique est réduite en alcool • Glucose Glucitol (ou Sorbitol) • Galactose Galactitol (ou Dulcitol) • Mannose Mannitol • Ribose Ribitol — Le Fructose donne 2 polyols epimères en C2 car la réduction du C= O entraîne la formation d’un *C asymétrique :

CH2OH 1 NaBH4 D.Sorbitol

CH2OH CH2OH 1 D.Sorbitol D.Mannitol

Il faut mentionner d'autres réactions de réduction utilisées pour le dosage des sucres et leur caractérisation. Notamment : les sels cuivriques (la liqueur de Fehling) Les ions Cu2+ contenus dans la liqueur de Fehling et responsables de la couleur bleue sont   transformés en ions Cu+ par le sucre réducteur . Ces ions s'associent avec l'oxygène pour former de l'oxyde de cuivre (Cu2O) qui donne un précipité rouge brique. La liqueur de Fehling se décolore progressivement. Le dosage est terminé lorsque la couleur bleue a disparu.  

OXYDATION Les oses sont des réducteurs plus faibles que les aldéhydes ou les cétones vrais. Le résultat de l'oxydation dépend des conditions de cette oxydation. a) Par oxydation douce des aldoses avec Br2 ou I2 en milieu alcalin, on obtient les acides aldoniques : * le glucose donne l'acide gluconique * le mannose donne l'acide mannonique * le galactose donne l'acide galactonique permet le dosage spécifique des aldoses car les cétoses ne sont pas oxydés dans ces conditions. I2, BR2, OH- Acide D.gluconique

OXYDATION b) Par oxydation plus poussée avec l'acide nitrique à chaud on obtient les acides aldariques qui sont des diacides possédant une fonction carboxylique sur le carbone 1 et le carbone 6: le glucose donne l'acide glucarique le galactose donne l'acide galactarique HNO3 COOH Acide D.glucarique

OXYDATION Les cétoses sont dégradés dans ces conditions. La chaîne est rompue au niveau de la fonction cétone. On obtient un composé ayant un carbone de moins par rapport l’ose initial. COOH HNO3 Acide D.Arabinanique

OXYDATION c) Enfin, si la fonction aldéhyde est protégée pendant l'oxydation, on obtient les acides uroniques oxydés uniquement sur la fonction alcool primaire : le glucose donne l'acide glucuronique: c’ est le précurseur de la voie de synthèse de la vitamine C ou acide L-ascorbique. le galactose donne l'acide galacturonique

ADDTION OU SUBSTITUTION ACTION DES ALCOOLS ET DES PHENOLS

ALCCOLS CH2OH CH2OH Méthanol:CH3OH OH H2O O-CH3 α.D.Glucose α.D.Méthyl Glucoside CH2OH CH2OH OH O-CH3 Méthanol:CH3OH H2O β.D.Glucose β.D.Méthyl Glucoside

PHENOLS CH2OH CH2OH C6H5OH OH H2O O-C6H5 α.D.Glucose α.D.Phenyl Glucoside CH2OH CH2OH OH O-C6H5 C6H5OH H2O β.D.Glucose β.D.phenyl Glucoside

DUES A LA PRESENCE DE LA FONCTION ALCOOLIQUE PROPRIETES CHIMIQUES DUES A LA PRESENCE DE LA FONCTION ALCOOLIQUE

ESTERIFICATION Esters polyP:ATP Adenosine polyP Par des acides minéraux: acides phosphoriques CH2O-PO3H2 α,β.D.G6P H,OH 2H3OP- Esters polyP:ATP Adenosine polyP -PO3H2 F1,6 diP: intermédiaire de la glycolyse

OXYDATION Oxydation de la seule fonction alcool primaire: acide uronique.

PROPRIETES CHIMIQUES DUES A LA PRESENCE D’UN GROUPEMENT CARBOXYLIQUE ET D’UNE FONCTION ALCOOLIQUE

ACTION DE LA PHENYLHYDRAZINE A FROID: Phenylhydrazone CH=N-NH-C6H5 NH2-NH-C6H5 H2O D.Glucose phenyl hydrazone

ACTION DE LA PHENYLHYDRAZINE A : CHAUD : Osazone: composé de couleur jaune: PR et IR caractéristique extraction des oses. CH=N-NH-C6H5 CN=N-NH-CH N-NH-C6H5 2(NH2-NH-C6H5) NH2-NH-C6H5 NH3 CH2OH D.Glucosazone

Le fructose donne aussi une glucosazone. Deus aldoses épimères en C2 et le cétose qui leur correspond donnent la même osazone. Ex: glucose, mannose et fructose.

GLUCIDES OSIDES

Ces oses peuvent être identiques ou différents.   Les osides Ce sont des molécules complexes qui qui donnent par hydrolyse deux ou plusieurs molécules d’oses. Ces oses peuvent être identiques ou différents. On les classe en deux catégories en fonction de leurs produits d'hydrolyse. - les holosides, qui libèrent des oses et/ou de dérivés d'oses - les hétérosides qui libèrent des oses et des molécules aglycones    

En fonction de leur taille on les classe:   Les osides Les holosides En fonction de leur taille on les classe: - en oligoholosides (ou oligosaccharides) pour les plus petits (constitués de quelques oses) - en polyholosides (ou polysaccharides) pour les plus gros (jusqu'à plusieurs milers d'oses associés) Dans tous les cas les oses sont associés entre eux par une liaison osidique ou glycosidique faisant systématiquement intervenir le OH porté par un carbone anomérique. Selon le mode de liaison des deux oses, le diholoside est soit réducteur ou non réducteur .    

Diholoside non réducteur : liaison osido-oside Il y a condensation de la fonction hémiacétalique de chaque ose par une liaison osido-oside Diholoside réducteur : liaison osido-ose Il y a condensation d’une fonction hémi-acétalique d’un ose avec une fonction alcoolique d’un second ose par une liaison osido-ose. Il reste donc dans le diholoside un -OH hémi-acétalique libre responsable du pouvoir réducteur de la molécule.

  Les osides + H2O réducteur + H2O non réducteur    

LES DISACCHARIDES (DIHOLOSIDES) Composés formés de deux oses liés par une liaison osidique +H2O H2O OH C H HO C H H C O + Dénomination biochimique dépend: De la nature des oses Des anomères Du carbone porteur de l’hydroxyle engagé dans la liaison sur le second ose Des formes cycliques Réducteur : (anomère) x…osyl ou osido (1 n) y…ose (n est différent du carbone anomérique)  Non réducteur : (anomère) x…osyl ou osido (1 1 (anomère)) y…oside 

Les disaccharides Exemple du lactose Lactase Il est présent dans le lait de tous les mammifères. substrat de fermentation en acide lactique par des lactobacilles à la base des fermentations fromagères. CH2OH C H O OH 2 3 4 5 6 CH2OH C H OH O 1 2 3 4 5 6 1 O Ose dont le carbone anomérique est engagé à gauche Galactose Glucose Ose dont le carbone anomérique est libre à droite (extrémité réductrice) 0-b-D-galactopyranosyl-(1->4)-b-D-glucopyranose L’enzyme hydrolysant le disaccharide reconnaît: L’ose dont le carbone anomérique est engagé La nature de l’anomére (a ou b) Le type de liaison O-osidique (numéros des carbones liés) Exemple: lactase = b-(1->4)-galactosidase

Produit de dégradation des amidons [a-(1->4)-glucosidase] Les disaccharides Maltose 1 CH2OH C O H OH 2 3 4 5 6 CH2OH 1 C O H OH 2 3 5 6 4 Glucose Glucose 0-a-D-glucopyranosyl-(1->4)-a-D-glucopyranose Produit de dégradation des amidons [a-(1->4)-glucosidase]

Exemple du saccharose (sucre) Les disaccharides Exemple du saccharose (sucre) Les deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison O-osidique Saccharase = a-(1->2)-glucosidase b-(2->1)-fructosidase Très répandu dans les végétaux. Produit intermédiaire de la photosynthèse. Il est mis en réserve dans les tiges de la canne à sucre et dans les racines des betteraves.

  Les osides Les diholosides possèdent un grand nombre de OH libres sur lesquels peuvent se fixer un troisième ose, un quatrième… On peut ainsi obtenir des polyholosides de très grande taille qui pourront être ramifiés ou non. Ces polysaccharides sont très nombreux dans le règne animal et végétal. Ils sont souvent associés à des protéines . Les polyosides homogènes sont constitués d’un seul type d’ose. Ce sont soit des polyosides de réserve (amidon, glycogène) soit des polyosides de structure (cellulose).    

TRIHOLOSIDE  Raffinose  Triholoside hétérogène non réducteur, présent à l’état naturel dans la betterave d’où il est éliminé lors du raffinage du sucre (d’où son nom).

Les homo- et hétéro-polysaccharides Homopolysaccharides Linéaires branchés Hétéropolysaccharides Linéaires branchés

Les homopolysaccharides de structure Cellulose et chitine Cellulose: polymère linéaire de 10 à 15000 b-D-glucose, qui représente 50% du carbone végétal. - Liaisons b-(1->4):unité de base: cellobiose ( union de deux glucoses). Non soluble Non digestible par l’homme (pas de b-glucosidase) Chitine: polymére linéaire de 10 à 15000 b-N-acétyl-D-glucosamine Structure linéaire Non soluble Non digestible par l’homme (pas de b-N-acétyl-D-glucosaminidase)

Les homopolysaccharides de réserve Amidons et glycogène Amidons : polymères d’a-D-glucose: c’est le polyoside végétal le plus abondant(réserve glucidique), qui a un rôle nutritionnel important chez l’homme et l’animal. Il est insoluble à 37°c. il est digestible par des α-glucosidases dans l’intestin. Amyloses: liaisons a-(1->4), de quelques dizaines à plusieurs milliers de résidus (PM de 5 à 500 kda). 20 % des amidons environ Amylopectines: liaisons a-(1->4) + liaisons a-(1->6) tous les 20-30 résidus liés par des liaisons a-(1->4), quelques milliers de résidus (PM jusqu’à 1000 kDa). 80% des amidons environs

  Les osides Polysaccharides linéaires: Glycogène :C’est la forme de stockage du glucose dans le foie et les muscles polymères d’a-D-glucoses liés par des liaisons a-(1->4) et tous les 8-12 résidus des branchements a-(1->6). Structure plus compacte que les amidons : Le glycogène présente plus de ramifications et a une masse moléculaire plus élevée que l'amylopectine (106 contre quelques milliers de Da)    

Liaisons a-(1->4)-glycopyranosyl CH2OH C H OH 2 3 4 5 6 CH2 Liaisons a-(1->4)-glycopyranosyl

STABILITE DE LA LIAISON GLYCOSIDIQUE La liaison est relativement stable en milieu alcalin. Les liaisons éther sont rompues par hydrolyse et on retrouve les molécules de départ avec leurs deux fonctions hydroxyle. Hydrolyse chimique  Catalysée par l'ion H+, elle est réalisée à pH acide (HCl N/10) et à chaud (60°C) en 1 heure. Cette hydrolyse n'a aucune spécificité et toutes les liaisons glycosidiques sont rompues et les produits obtenus sont les unités d'oses. Hydrolyse enzymatique L’hydrolyse des liaisons glycosidiques se fait par des hydrolases, spécifiques des liaisons glycosidiques (glycosidases). La spécificité est telle qu’une glycosidase peut agir uniquement sur un seul substrat (spécificité principale) et sur un seul anomère. Ces enzymes hydrolysent uniquement les diholosides et n'ont aucune action sur des polyosides d'ordre supérieur.

Thréalase : enzyme intestinale qui est une α -glycosidase spécifique des liaisons (α1- α1). Saccharase ou sucrase : enzyme intestinale, α-glucosidase, qui hydrolyse la liaison (α1-β2) du saccharose mais aussi la liaison (α1 -4) du maltose. Invertase : c'est une β-fructosidase spécifique de la liaison (α1 β2). Maltase : enzyme intestinale qui est une α-glucosidase spécifique de la liaison (α1- 4) du maltose et de la liaison (α1 β2) du saccharose. Isomaltase : enzyme intestinale qui est une α-glycosidase spécifique de la liaison (α1- 6) de l'isomaltose. Lactase : enzyme intestinale qui est une β-galactosidase spécifique de la liaison (β1 - 4) du lactose. Cellobiase : une β-glucosidase spécifique de la liaison (β1 4) du cellobiose. absente chez l’homme.

HYDROLYSE DES POLYOSIDES LORS DE LA DIGESTION L’amidon représente la moitié des glucides apportés par l’alimentation chez l’homme. Sa digestion se fait dans le tube digestif grâce à différents enzymes spécifiques. • Les α amylases (α1-4 glucosidases) Elles agissent en n’importe quel point de la chaîne sur les liaisons α1-4 pour donner des molécules de maltose et des dextrines limites car leur action s’arrête au voisinage des liaisons α1-6. Il existe une amylase salivaire, peu active car elle est inactivée par le pH acide de l’estomac et, surtout, une amylase pancréatique très active. • L’enzyme débranchant ou α1-6 glucosidase Il scinde la liaison α1-6 glucosidique c’est-à-dire les points de branchement. Il est présent dans la bordure en brosse de l’intestin. • La maltase Tous les maltoses obtenus précédemment sont hydrolysés en 2 molécules de glucose par la maltase (α1-4 glucosidase).

DETERMINATION DE LA NATURE DES OLIGOSIDES EX : Diholoside   Déterminer la nature des oses. Déterminer le mode de liaison. Déterminer le type de la configuration anomérique α ou ß des liaisons osidiques. Détermination de la nature des oses On coupe la liaison osidique par hydrolyse acide, deux cas se présentent : Soit obtention d’un seul type d’ose : il s’agit d’un diholoside homogène, l’ose est identifié par son pouvoir rotatoire spécifique. Soit obtention de deux oses différents : il s’agit d’un diholoside hétérogène, il faut donc les séparer par des techniques chromatographiques . Ils sont ensuite identifiés et dosés individuellement.

Détermination du mode de liaison : deux cas peuvent se présenter Soit condensation des deux fonctions hémi-acétaliques des deux oses : Absence du pouvoir réducteur. Soit condensation de la fonction hémi-acétalique de l’un avec une fonction alcoolique de l’autre ose : dans ce cas le diholoside conserve les propriétés réductrices, il faut alors : Déterminer l’ose réducteur. Préciser la position de l’hydroxyle qui, dans cet ose réducteur est impliqué dans la liaison osidique.

Détermination de l’ose réducteur L’oxydation ménagée (faible) d’un oligoside (ex lactose : galactose + glucose) oxyde l’ose dont la fonction hémi-acétalique est libre (dans ce cas le glucose en acide gluconique), alors que l’ose qui est engagée par sa fonction hémi-acétalique (dans ce cas le galactose) n’est pas oxydé. Après hydrolyse acide, on identifie par chromatographie l’ose réducteur.   Détermination de la configuration anomérique  Méthodes chimiques. Méthodes enzymatiques : certains enzymes (osidases ou glycosidases) hydrolysent de façon très spécifique soit la liaison α ou ß osidique. Détermination de la position de l’hydroxyle Le diholoside est réduit par le NaBH4, puis traité par l’acide périodique. La position de l’OH engagée dans la liaison osidique est déduite à partir: Du nombre de molécules d’acide périodique consommés. Du nombre de molécules d’aldéhyde formique formés. Du nombre de molécules d’acide formique formés.

ETUDE DE LA STRUCTURE D’UN POLYOSIDE Déterminer la nature des oses. Déterminer le mode de liaison. Déterminer le type de la configuration anomérique α ou ß des liaisons osidiques. Déterminer le poids moléculaire. Déterminer la langueur de la chaine et le degré de ramification. Le PM = M x n ou M est la masse molaire du glucose et n et le nombre de glucose après méthylation.  

Détermination de la longueur de la chaine et du poids moléculaire Premier cas : Polyoside linéaire homogène : Amylose Les méthodes les plus utilisées sont les méthodes de méthylation comme : Méthode d’Haworth au sulfate de méthyle en milieu alcalin. Méthode de Purdie et Ivrine à l’iodure de méthyle en présence d’oxyde d’argent. Méthode de Kuhn à l’iodure de méthyle dans la diméthylformamide. Méthylation : Tous les groupements hydroxyles (OH) sont méthylées y compris celui de la fonction hémi-acétalique terminale, mais les hydroxyles engagés dans les liaisons osidiques entre les différentes unités de D glucose sont masqués à la méthylation.   Hydrolyse : par un acide dilué (Hcl) : clivage de toutes les liaisons osidiques (en respectant les liaisons éther-oxydes), les composés obtenus sont séparés par chromatographie puis dosés.

Deuxième cas : polyoside branché : amylopectine Après méthylation suivie d’hydrolyse, on obtient : Autant de 2,3,4,6 tétraméthylglucose que le glucose initial. Autant de 2,3,6 triméthylglucose que le glucose interne plus le glucose final. Autant de 2,3 diméthylglucose que de branchements. Le nombre de tétraméthyl indique donc le nombre de chaine. Le nombre de diméthyl indique donc le nombre de branchements.