Biochimie Structurale GLUCIDES.pdf

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UNIVERSITE D’ORAN FACULTE DE MEDECINE DEPARTEMENT DE BIOCHIMIE

1ère de Médecine

Biochimie Structurale

GLUCIDES ~~~~~~~~~~

Dr M. Nachi Année Universitaire 2012-2013 BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/ANNEE 2012-2013

2

PLAN 1. 2. 3. 4. 5.

INTRODUCTION DEFINITION/ GENERALITES IMPORTANCE BIOLOGIQUE CLASSIFICATION DES GLUCIDES LES OSES 5.1. DEFINITION 5.2. CLASSIFICATION DES OSES 5.3. STRUCTURE LINEAIRE DES OSES 5.3.1 PROJECTION DE FISCHER 5.3.2 NOMENCLATURE 5.3.3 STRUCTURE DU GLYCERALDEHYDE ET DE L’HYDROXYACETONE 5.4 FILIATION CHIMIQUE DES OSES SELON FISCHER 5.5 SERIE D ET L DES OSES 5.6 NOTION DE CHIRALITE 5.7 NOTION DU POUVOIR ROTATOIRE 5.8 NOTION D’ISOMERIE

5.8.1 DEFINITION 5.8.2 ISOMERIE DE FONCTION 5.8.3 ISOMERIE DE CONFORMATION/STEREOISOMERES 5.8.3.1 EPIMERES 5.8.3.2 ENANTIOMERES 5.8.3.3 DIASTEREOISOMERES 5.8.3.4 ANOMERES 5.9 OBJECTIONS A LA STRUCTURE LINEAIRE 5.10 STRUCTURE CYCLIQUE DES OSES 5.10.1 STRUCTURE DE TOLLENS 5.10.2 STRUCTURE DE HAWORTH 5.10.3 DETERMINATION DE L’EMPLACEMENT DU PONT OXYDIQUE 5.10.3.1 METHODE DE METHYLATION DE HAWORTH 5.10.3.2 METHODE A L’ACIDE PERIODIQUE DE MALAPRADE ET FLEURY 5.11 CONFORMATION CHAISE ET BATEAU 5.12 QUELQUES OSES NATURELS 5.12.1 5.12.2 5.12.3 5.12.4 5.12.5

D GLUCOPYRANOSE D GALACTOPYRANOSE D-MANNOPYRANOSE D-FRUCTOFURANOSE D RIBOFURANOSE

BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/ANNEE 2012-2013

5.13 DERIVES D’OSES 5.13.1 LES OSAMINES 5.13.2 ACIDES URONIQUES 5.13.3 DESOXYRIBOSE 6. PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES DES OSES 6.1. PROPRIETES PHYSIQUES 6.2. PROPRIETES CHIMIQUES 6.2.1. STABILITE DES OSES 6.2.2. PROPRIETE DU CARBONYL 6.2.3. PROPRIETES DE LA FONCTION ALCOOL 6.2.4. PROPRIETES DE LA FONCTION ALCOOL 6.2.5. PROPRIETES DUES A L’ASSOCIATION FONCTION ALCOOL FONCTION CARBONYLEE 7. LES OSIDES 7.1. OLIGOSIDES 7.1.1. INTRODUCTION 7.1.2. CLASSIFICATION DES OLIGOSIDES 7.1.3. NOMENCLATURE ET CONVENTION 7.1.4. STABILITE DE LA LIAISON GLYCOSIDIQUE 7.1.5. DETERMINATION DE LA NATURE DES OLIGOSIDES 7.1.6. ETUDE DESCRIPTIVE DE QUELQUES OLIGOSIDES NATURELS 7.1.6.1. DIHOLOSIDES 7.1.6.2. TRIHOLOSIDE 7.2. LES POLYOSIDES 7.2.1. GENERALITES 7.2.2. ETUDE DE LA STRUCTURE D’UN POLYOSIDE 7.2.3. ETUDE DESCRIPTIVE DE QUELQUE POLYOSIDES 7.2.3.1 POLYOSIDES HOMOGENES 7.2.3.2 LES HETEROSIDES GLYCOCONJUGUES 7.2.3.2.1 INTRODUCTION 7.2.3.2.2 LES DIFFERENTS CLASSES 7.2.3.2.2.1 LES PROTÉOGLYCANNES 7.2.3.2.2.2 LES GLYCOPROTEINES 7.2.3.2.2.3 LES PEPTIDOGLYCANNES 7.2.3.2.2.4 LES GLYCOLIPIDES


3

1.

INTRODUCTION

4

La biochimie 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), et les réactions de biosynthèse (anabolisme).

2.

DEFINITION/GENERALITES

Les glucides ou encore appelés hydrates de carbone (en anglais carbohydrates) à cause de leur formule générique de base Cn (H2O) n, sont des molécules organiques caractérisées par la présence de chaînons carbonés porteurs de groupements

hydroxyles,

et

de

fonctions

aldéhydes

ou

cétoniques,

et

éventuellement de fonctions carboxyle ou amine. Ils se divisent en oses ou monosaccharides et osides. Les glucides sont très répandus dans la matière vivante : 5% du poids sec des animaux, et 70% du poids sec des végétaux. Les sucres sont surtout amenés par l’alimentation : pain, sucre, céréales, lait. La plupart des sucres sont à saveur sucré, mais certains sont insipides (sans saveurs) comme l’amidon.

3.

IMPORTANCE BIOLOGIQUE Role énergétique 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).


5

Rôle structurale  Eléments de soutien (cellulose), de protection et de reconnaissance dans la cellule.  Eléments de réserve des végétaux et animaux (glycogène, amidon).  Constituants

de

molécules

fondamentales

:

acides

nucléiques,

coenzymes, vitamines, … Place du glucose Principal carburant des tissus et seul carburant du fœtus. 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. 4.

CLASSIFICATION DES GLUCIDES

On distingue deux catégories :  Oses : appelé aussi sucres simple ou monosaccharides, non hydrolysables en milieu acide. Ils portent la plupart du temps, de 3 à 6 atomes de carbone.  Osides : glucides complexes dont l’hydrolyse donne plusieurs produits : 

Holosides : constitués uniquement d’oses simples unis

par des liaisons

glycosidiques. Il peut être soit homogènes (même oses. Ex glycogène, amidon, cellulose) ou hétérogène (oses différents). — Oligosides : jusqu’à quelques dizaines d’oses. — Polyosides : quelques centaines d’oses (cellulose, amidon). BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/ANNEE 2012-2013



Hétérosides : constitués d’une partie glucidique plus ou moins importante et une partie non glucidique qu’on l’appelle aglycone (lipides, protéines …). 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 (glycolipides ou glycoprotéines).

5.

Les oses

5.1

Définition

Ce sont des composés simples, à chaine carbonée linéaire, de formule brute CnH2nOn (avec n compris entre 3 et 6). Tous les carbones portent une fonction alcool primaire ou secondaire sauf le 1er carbone pour les aldoses, qui porte une fonction aldéhydique, et le 2ème carbone pour les cétoses, qui porte une fonction cétonique. 5.2

Classification des oses

La classification des oses dépend de deux critères : le nombre de carbone qui compose l’ose, et la nature de la fonction carbonylique.


6

 Selon le nombre de carbone :

7

3 carbones: triose 4 carbones: tétrose 5 carbones: pentose 6 carbones: hexose  Selon la nature du carbonyle Aldéhyde → Aldose (aldotrioses aux aldohéxoses) Cétone → Cétose (cétotrioses aux cétohéxoses)

La combinaison de ces deux critères caractérise l’ose 3C:Triose

4C:Tétrose

5C: Pentose

6C: Hexose

Aldose

Aldotriose

Aldotétrose

Aldopentose

Aldohexose

Cétose

Cétotriose

Cétotétrose

Cétopentose

Cétohexose


EXEMPLES

5.3

Structure linéaire des oses

5.3.1 PROJECTION DE FISCHER On représente les oses selon une convention dite projection de Fischer, universellement adoptée ; on dispose tous les atomes de carbone sur une ligne vertical, et les groupes hydroxyle secondaire de part et d’autre de ce plan. 5.3.2 Nomenclature Par convention, les atomes de carbone des aldoses et des cétoses sont numérotés d’une extrémité à l’autre de la chaîne carbonée à partir du carbone le plus oxydé de telle façon que dans les aldoses, le numéro 1 est attribué à celui qui porte la fonction aldéhyde. Dans le cas des cétoses, le carbone qui porte la fonction cétone porte le numéro 2.


8

5.3.3 Structure du glycéraldéhyde et de di hydroxy-acétone

9

Ce sont les oses les plus simples qui ont trois atomes de carbones.

5.4

Filiation chimique des oses

Tous les aldoses et les cétoses

peuvent êtres synthétisés respectivement à

partir du glycéraldéhyde et de l’hydroxy-acétone. Grace à la synthèse de Killiani Fischer (synthèse cyanhydrique), On passe du D-glycéraldéhyde ou de la dihydroxyacétone aux tétroses puis aux pentoses et enﬁn aux hexoses en additionnant, à chaque étape, juste en dessous de l’atome de carbone du groupe carbonyle, un nouvel atome de carbone. Cette

synthèse

épimères

n’est

(isomères

pas se

stéréospécifique

différenciant

hydroxyle).


par

mais la

fournit

position

deux

d'un

composés

groupement

5.5

Série D et L des oses

10

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. Selon la position de l’hydroxyle en position n-1, l’ose peut exister sous deux formes  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.

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) le rhamnose (6-désoxy-L-mannose), appartiennent à la série L.


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5.6

Notion de chiralité

On dit que tout objet qui ne peut pas être superposé à son image dans un miroir est un objet chiral. Cette chiralité est due à la présence d’un centre d’asymétrie qu’on l’appelle carbone asymétrique portant quatre substituants différents, il est souvent noté C*. Le glycéraldéhyde par exemple, contient un centre de chiralité, l’atome de carbone central (C2). Il a donc deux isomères optiques, ou énantiomères, dont les structures tridimensionnelles sont les images l’une de l’autre dans un miroir. Dans la filiation des oses, 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 stéréo-isomères.

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 : Aldo hexoses (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

.

12

5.6

Notion du pouvoir rotatoire

L’asymétrie du carbone confère à la molécule un pouvoir rotatoire, c'est-à-dire qu'une solution de glucide est susceptible de dévier le plan de vibration d'une lumière polarisée. Cette propriété est caractérisée par le pouvoir rotatoire spécifique et on dit que la substance est douée d’une activité optique. PR : Pouvoir rotatoire spécifique

PR ou [α]D20° = R . 100 / C. L

R : l’ongle de rotation observé C : concentration de l’ose en g/100ml L : longueur de la cuve en dm T : température : 20°c D : La raie d du sodium (λ : 570nm)

L'angle de déviation dépend de plusieurs facteurs, notamment le pH, la concentration et la longueur du trajet optique (conditions standardisées), mais aussi de la nature du glucide. Les glucides qui dévient la lumière à droite sont dits dextrogyres et notés (+), ceux qui la dévient à gauche sont lévogyres (-).

Les abréviations D et L ne font en aucun cas référence à la nature du pouvoir rotatoire, dextrogyre (+) ou lévogyre (-).


5.7

Notion d’isomérie

5.7.1 Définition Les isomères sont des composés chimiques qui ont la même formule brute, mais qui possèdent au moins une propriété différente. 5.7.2 Isomérie de fonction Diffèrent par la nature de la fonction carbonyle Ex : D glucose et D fructose. 5.7.3 Isomérie de conformation ou stéréo-isomères Diffèrent par l’agencement spatial (configuration spatiale) de leurs atomes. 5.7.3.1 Epimères Deux oses qui ne différent que par la configuration d’un seul atome carbone

(la

position

d'un

groupement

hydroxyle)

sont

dits

de

épimères.

L’épimérisation peut se faire par voie chimique ou enzymatique (épimérase). Le Galactose est épimère en C4 alors que le Mannose est épimère en C2 du Glucose.

5.7.3.2 Enantiomères C’est l’image l'un de l'autre dans un miroir. Le mélange en quantité égale de deux énantiomères, ne dévie pas la lumière polarisé, on parle de mélange BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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racémique. Les propriétés chimiques et physiques des énantiomères sont en général

identiques à l'exception d'une propriété physique : le pouvoir

rotatoire. 5.7.3.3 Diastéréoisomères Les stéréoisomères de configuration qui ne sont pas des énantiomères sont désignés sous le nom de diastéréoismères.

5.7.3.4 Anomérie La cyclisation des oses aboutit à un nouveau centre d’asymétrie avec deux configurations possibles : anomère α et anomère β. 5.8

Objections à la structure linéaire

Certaines

réactions

caractéristiques

des

aldéhydes

ne

se

font

pas

complètement avec les aldoses. Ces observations et d'autres ont conduit à postuler l'existence d'un carbone asymétrique supplémentaire par rapport à la forme linéaire. Cette situation est possible par l'apparition d'un cycle formé par l'élimination d'une molécule d'eau entre la fonction aldéhydique et l'hydroxyle porté par le carbone 4 ou le carbone 5. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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5.8.1

Recoloration de fuschine

Le groupement aldéhyde réagit avec l'hydrogénosulfite de sodium pour donner un hydrogénosulfate de sodium de l'aldéhyde qui en général précipite.

Les aldoses ne donnent pas de combinaisons bisulfitiques : leur groupement aldéhyde n'a pas la réactivité chimique classique d'un aldéhyde à pH neutre. 5.8.2

Formation d’un Hémi-acétal

Un aldose ou une cétone vraie 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 hémi-acétal.

C'est un premier indice que la fonction aldéhydique des oses n'est pas aussi réductrice que les aldéhydes vrais. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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5.8.3

Action d’un alcool

Lorsqu’on fait réagir le D Glucose par exemple avec du méthanol, on obtient deux méthyl-d-glucosides différents par leur pouvoir rotatoire: α méthyl Dglucoside et β méthyl D-glucoside. Par hydrolyse en milieu acide, ces deux méthyl D-glucosides régénèrent le Dglucose, Ce qui prouve qu’il existe un centre d’asymétrie supplémentaire dans la molécule, au niveau du groupement carbonylique. 5.8.4

Phénomène de mutarotation

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 ° ou β 18 ° BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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(Ces 2 anomères différent par la position dans l’espace du OH hémiacétalique). L’évolution dans le temps du pouvoir rotatoire pour atteindre un PR fixe est due à l’inter-conversion (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’accompagnant donc

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. 5.8.5

Méthylation des oses

L’action d’un agent méthylant puissant tels que

le sulfate de méthyle en

milieu acide ou l’iodure de méthyl en présence d’oxyde d’argent, sur un ose permet d’obtenir théoriquement (forme linéaire), un composé héptaméthylé, or expérimentalement, on obtient un composé penta-méthylé. Cette expérience montre que deux fonctions alcool ne sont pas concernées par la méthylation et donc sont bloquées par une autre liaison.

La méthylation est une réaction qui consiste à fixer les groupements méthyles sur les fonctions OH libres par des liaisons éther-oxydes, aboutissant à des composés méthyles.

Toutes Ces objections permettent de montrer qu’en solution les oses existent non pas sous forme linéaire mais sous forme cyclique.

5.9

Structure cyclique

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). BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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Ce groupement carbonyle C=O (fonction carbonylique), réagit par une réaction d’hémi-acétalisation interne (cyclisation), avec une fonction OH pour former un hémi-acétal. 5.9.1

Structure de Tollens

C'est en 1884 que Bernhard TOLLENS a proposé une structure cyclique du glucose pour interpréter les objections décrites ci-dessus. 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 (hémiacétalisation intra moléculaire), la liaison se faisant par l’intermédiaire d’un atome d’oxygène: le pont oxydique. Dans le cas du pont oxydique entre le carbone C1 et la fonction OH en C5, 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 oxydique entre le carbon C1 et la fonction OH en C4, on a un cycle pentagonal (5 cotés) à 4 atomes de carbone et 1 oxygène : c'est un noyau furanose. 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.

Les noms de pyranose ou furanose vient du fait que le cycle ressemble soit à une molécule de

pyrane soit à une molécule de furane.

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Cette cyclisation rend le carbone C1 des aldoses et le carbone C2 des cétoses asymétrique. Les positions relatives dans l'espace des 4 substituants définissent

deux

configurations de stéréo-isomères, les anomères α et β. Le carbone C1 (aldoses) ou C2(cétoses) est désigné sous le nom de carbone anomérique. 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 Laldohexoses 4 D-cétohexoses ⇒ 4 α-D-cétohexoses et 4 β-D-cétohexoses . idem pour les Lcétohexoses. 5.9.2

Structure de Haworth

La représentation en perspective de Haworth facilite la représentation des diverses formes cycliques. Le cycle est perpendiculaire au plan de la feuille, ses liaisons en avant sont épaissies. Le carbone le plus oxydé est positionné à l'extrémité droite. La position des groupements hydroxyle est fonction de leur position dans la représentation de Fisher. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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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 simplifiée, les carbones et les hydrogènes ne sont pas notés et les OH sont représentés par des traits verticaux. La fonction aldéhyde ou cétonique de l’ose, partiellement dissimulée (hémiacétal), est appelée pseudoaldéhydique ou pseudocétonique.

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.

CH2OH O

O OH CH2OH

OH

α-D-glucopyranose BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

α-L-glucopyranose Dr M.NACHI

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La désignation du type de l’anomérie se fait selon deux règles :  règle de BOESEKEN : Dans la configuration α, les hydroxyles portés par les atomes de carbones C1 et C2 (contigus) sont du même côté du plan (position cis). Dans la configuration β sont de côtés opposés (position trans).  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).

5.9.3

Détermination de l’emplacement du pont oxydique

5.9.3.1 Méthode de méthylation de Haworth Cette méthode consiste à traiter le glucose par le sulfate de méthyle en milieu alcalin ou l’iodure de méthyle en présence d’oxyde d’argent. Les groupements méthyls (CH3) vont se fixer sur les hydroxyles libres et on obtient donc des éthers oxydes méthyliques.la fonction alcool engagée dans le pont oxydique BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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ne réagira pas. En hydrolysant par l’HCL dilué, on régénère la fonction aldéhydique (liaison pus

fragile que la liaison éther-oxyde), puis on oxyde

ensuite l’ose méthylé par l’acide nitrique et on obtient alors de l’acide triméthoxyglutarique. Ceci ne peut se concevoir qu’en partant d’un pont oxydique entre le carbone 1 et le carbone 5. 5.9.3.2 Méthode à l’acide périodique de Malaparte et Fleury L’acide périodique IO4- possède la propriété de couper les chaines carbonées, en provoquant la rupture de la liaison covalente entre deux atomes de carbone porteurs de fonctions α-glycol. Dans le cas des oses, et après avoir protégé la seule fonction aldéhydique par méthylation, les fonctions « alcool primaire CH2OH » donneront naissance à l’aldéhyde formique (H-CHO), et les fonction « alcool secondaire CHOH » donneront de l’acide formique (H-COOH). La place du pont oxydique peut être précisée par l’étude des produits formés et la détermination du nombre de molécules d’acide périodique consommées. Expérimentalement, en traitant le glucose dans de telles conditions, on obtient les résultats suivants : 

Consommation de deux molécules d’acide périodique,



Obtention d’une molécule d’acide formique,



Pas d’aldéhyde formique formé.

Dans ces conditions seul le cas 1-5 est compatible avec les résultats expérimentaux : le pont oxydique est donc un pont C1-C5 dans le cas du Dglucose dans sa forme stable.


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5.10 Les conformations chaise et 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.

Configuration « chaise »

Configuration « bateau »

Configuration favorisée

CH2OH

O OH

OH OH

OH -D-Glucose


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5.11 Quelques oses naturels 5.11.1 

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 (réserves énergétiques).

 

La polymérisation du β Glucose conduit à la cellulose. La glycémie est la concentration de Glucose à l’état libre dans le sang.


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5.11.2

D Galactopyranose

• Le plus répondu après le glucose, il entre dans la composition du Lactose du lait des mammifères (D Galactose + D Glcucose). On le trouve combiné dans les Cérébrogalactosides du cerveau et Certains glycolipides et glycoprotéines. • Son pouvoir rotatoire est dextrogyre. 5.11.3

D-Mannopyranose

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


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5.11.4

D-Fructofuranose

• C'est l'un des rares sucres cétoniques naturels, on le trouve surtout dans les fruits d’où son nom, et le miel auquel il donne sa consistance à cause de sa cristallisation difficile. • 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 entre dans la composition du saccharose. • Il est présent sous sa forme la plus stable qui est la forme furanique (C2-C5). 5.11.5

D Ribofuranose

• le D-ribose et son dérivé de réduction le D-2-déoxyribose (disparition de la fonction alcool en C2) entrent dans la composition des acides ribonucléiques et désoxyribonucléiques (ARN et ADN). • Il intervient aussi dans la structure des coenzymes : NAD, NADP, ATP.

α D Fructufuranose


βD Ribofuranose

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5.12 Dérivés d’oses 5.12.1

Les osamines

Ce sont des oses dans lesquels une fonction alcool en C2 a été substituée par une amine (NH2) ou N acéthyl amine (NH-CO-CH2). Les plus importantes sont des hexosamines, dérivés du glucose ou du galactose : galactosamine, glucosamine, ou encore N acétyl-glucosamine. Les osamines ont les mêmes propriétés que les oses (propriétés réductrices, formes cycliques,…) et les propriétés des amines (basique : fixation d'un proton). On les trouve essentiellement dans : - sous forme polymérisée, par exemple dans la chitine (squelette des arthropodes) - dans la confection de la muréine (paroi des bactéries) - dans les glycoprotéines.


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5.12.2

Acides uroniques

Oxydation de la fonction alcool primaire(CH2OH) en fonction carboxylique (COOH): acide glucuronique ou glycuronate (forme de détoxication), acide galacturonique (pectines).

5.12.3

Désoxyribose

Qui dérive du ribose (la fonction alcool portée par le carbone 2 est absente).

6

PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES DES OSES

6.1

Propriétés physiques

Propriétés optiques liées au pouvoir rotatoire et à la modification de l'indice de réfraction. Ils ne présentent pas d'absorption dans le visible ou l'ultraviolet. Phénomène de mutarotation.


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Spectre infrarouge caractéristique. Leur structure est thermodégradable (caramélisation). Leur richesse en groupement hydroxyle leur confère des propriétés polaires capables de multiples liaisons hydrogène : - avec l'eau : ils ont très hydrosolubles (jusqu'à 3 M, c'est à dire 540 g.l-1 !). - avec d'autres molécules comme les protéines 6.2

Propriétés chimiques

Leurs propriétés chimiques sont caractéristiques des groupements hydroxyles alcooliques et des groupements carbonyles. 6.2.1

Stabilité des oses

En milieu acide et à chaud, les oses subissent une déshydratation interne et une cyclisation aboutissant à des dérivés furfurals. Les dérivés furfurals peuvent être utilisés comme méthode de dosage : ils ont la propriété de se condenser avec des phénols, amines aromatiques ou des hétérocycles azotés pour donner naissance à des produits colorés.

En milieu alcalin et à froid, les oses subissent une interconversion et une épimérisation.


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29

Une épimérisation en C4 peut se faire aussi par voie enzymatique grâce à une épimérase. En milieu alcalin et à chaud, on aura une dégradation totale des oses. 6.2.2

Propriété du carbonyl

Réduction en polyalcools Les oses se réduisent en polyols soit par voie chimique par l’Hydrure de bore et de sodium (NaBH4)

(Réaction irréversible:), ou par voie enzymatique

(réaction réversible). La fonction aldéhydique ou cétonique est réduite en alcool.

Exemples • Glucose Glucitol (ou Sorbitol) • Mannose Mannitol BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

• Galactose Galactitol (ou Dulcitol) • Ribose Ribitol Dr M.NACHI

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Le Fructose donne 2 polyols epimères en C2 car la réduction du C= O entraîne la formation d’un *C asymétrique :

D-Fructose

Réaction à la liqueur de Fehling C’est une réaction de réduction qui utilise les sels cuivriques cu

2+

, utilisée

surtout pour le dosage des sucres et leur caractérisation. 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.


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31

Dans le cas des cétoses on aura la coupure de la molécule entre la fonction cétonique C=O et le carbone C3.

Oxydation La fonction aldéhydique ou cétonique des oses est susceptible d'être oxydée, les oses sont donc des composés réducteurs mais plus faibles que les aldéhydes et 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 BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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Permet le dosage spécifique des aldoses car les cétoses ne sont pas oxydés dans ces

conditions .

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

HO COOH 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. c) Enfin, si la fonction aldéhyde est protégée pendant l'oxydation, on obtient les acides uroniques oxydés uniquement sur la fonction alcool primaire :


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•

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 Ces deux composés sont les constituants des glycosaminoglycanes, qui jouent un rôle essentiel dans la détoxication hépatique.

Réaction d’addition ou de substitution L’action des phénols et des alcools (Ethérification : méthylation) sur les oses, donnent respectivement des composés phénylés (ex :D phényl glucoside) ou méthylés (ex : D méthyl glucoside).

C 6H 5 6.2.3

Propriétés de la fonction alcool

Estérification

(action

d’acides) :

par

des

acides

minéraux (acide

phosphorique),on obtient des esters phosphoriques(monophosphoriques comme le glycéraldéhyde 3 phosphate, le glucose 6 phosphate,


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34

diphosphoriques

comme

le

fructose

1,6

diphosphate

qui

est

un

intermédiaire de la glycolyse et polyphosphoriques comme l’adénosine triphosphate »ATP » (composé très énergétique).

Oxydation de la seule fonction alcool primaire: formation d’un acide uronique 6.2.4 Propriétés dues à l’association fonction alcool - fonction carbonylée Action de la phenylhydrazine À froid : formation de phenyl-hydrazone À chaud : formation d’osazones : composé de couleur jaune avec un PR et un spectre IR caractéristique : propriété utilisée pour l’extraction des oses. Le fructose donne aussi une glucosazone. Deux aldoses épimères en C2 et le cétose qui leur correspond donneront la même osazone.

Ex: glucose, mannose et fructose.


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35

7

LES OSIDES

7.1 7.1.1

OLIGOSIDES INTRODUCTION

Les osides sont des polymères d'oses parmi lesquels on distingue les hétérosides dont l'hydrolyse libère des oses et des composés non glucidiques (aglycone), les holosides dont l'hydrolyse ne libère que des oses et parmi ceux-ci les oligosides et les polyosides dont la différence se situe au niveau du nombre de monomères formant le polymère. Les oligosides ou oligoholosides sont des holosides qui résultent de la condensation de 2 à 10 molécules d'oses par formation entre chacune d'elles d'une liaison éther de type osidique ou glycosidique. Cette dernière se fait entre l'hydroxyle réducteur d'un ose porté par le carbone anomérique (C1 pour les aldoses et C2 pour les cétoses), OH semi-acétalique en position α ou ß, avec un hydroxyle d'un autre ose.

Trois types de liaisons peuvent se former :  OH semi-acétalique + OH alcool primaire (diholoside réducteur, 1OH semiacétalique libre).  OH semi-acétalique + OH alcool secondaire (diholoside réducteur : idem).  OH semi-acétalique + OH semi-acétalique (diholoside non réducteur, pas de OH semi-acétalique libre).  L’ose qui engage donc l’hydroxyle de son carbone anomérique dans la liaison osidique, perd son caractère réducteur et sa configuration cyclique BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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stabilisée dans une des formes α ou β.

7.1.2

CLASSIFICATION DES OLIGOSIDES

Elle se fait en fonction du nombre de molécules d’oses : Diholosides : deux oses. Triholosides : trois oses. Tétraholosides : quatre oses. Plusieurs oses : polyosides. 7.1.3

NOMENCLATURE ET CONVENTION

La liaison osidique est définie non seulement par les oses, mais également par l'anomère de l'ose engageant sa fonction hémi-acétalique que l'on place à gauche, et par le numéro de l'atome de l'autre ose. Diholoside réducteur : C’est un osido-ose qui possède une fonction OH semi-acétalique libre. (anomère) x…osyl ou osido (1

n) y…ose (n est différent du carbone

anomérique)


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Diholoside non réducteur : C’est un osido-oside où le type de liaison (carbone anomérique carbone anomérique) bloque les 2 oses dans l’une des formes anomères cycliques. Il ne présente pas de phénomène de mutarotation. Aucun OH semi-acétalique n’est libre et le diholoside n’a aucun pouvoir réducteur. (anomère) x…osyl ou osido (1

7.1.4

1 (anomère)) y…oside

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. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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 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. 7.1.5

DETERMINATION DE LA NATURE DES OLIGOSIDES EX : Diholoside

 Déterminer la nature des oses.  Déterminer le mode de liaison.


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 Déterminer le type de la configuration anomérique α ou ß des liaisons osidiques. a. 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 séparer les deux oses et les identifier par différentes méthodes : chromatographie sur papier, sur couche mince…ect.

b. 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 hémiacétalique (dans ce cas le galactose) n’est pas oxydé. Après hydrolyse acide, on identifie par chromatographie l’ose réducteur.


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 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. c. 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.

7.1.6

ETUDE DESCRIPTIVE DE QUELQUES OLIGOSIDES NATURELS

7.1.6.1

DIHOLOSIDES

Trois diholosides existent à l’état libre, les autres proviennent de l’hydrolyse de polyosides. Il s’agit du lactose (lait animal), du saccharose (végétal) et du tréhalose (Hémolymphe des insectes, champignons).  Disaccharides réducteurs  Lactose « Fig C »  Une lactase intestinale, l'hydrolyse en glucose et galactose qui peuvent être absorbés.  Le lactose est le substrat de fermentation en acide lactique par des lactobacilles à la base des fermentations fromagères.


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 Maltose « Fig A »  C'est un produit de dégradation de l'amidon et du glycogène par les amylases.  Par hydrolyse acide ou enzymatique par une maltase, il donne 2 molécules de glucose.  Cellobiose « Fig B »  C'est un produit de dégradation de la cellulose.  Par hydrolyse, il donne 2 molécules de glucose.  ß D-glucopyranosido (1


4) D-glucopyranose

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 Disaccharides non réducteurs  Tréhalose C’est un osido-oside / αD-glucopyranosido (1

1) αD-glucopyranoside

 Saccharose  C’est un osido-oside que l’on trouve 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.


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7.1.6.2

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).


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7.2

LES POLYOSIDES

7.2.1

GENERALITES

Les polyosides sont des holosides renfermant un grand nombre de molécules d’oses (n > 10). Ils

peuvent

être

soit

homogène

(glycogène)

ou

hétérogène

(acide

hyaluronique). Ils peuvent être soit linéaires (amylose) ou ramifiés (amylopectine). A l’état naturel, la plupart des glucides sont sous la forme de polyholosides de PM élevés. 7.2.2

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.

 Détermination de la longueur de la chaine et du poids moléculaire 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.


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Premier cas : Polyoside linéaire homogène : Amylose L’amylose est un polyoside linéaire, homogène renfermant n unités de Dglucopyranose réunies par des liaisons osidiques α (1

4).

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. Le PM = M x n ou M est la masse molaire du glucose et n et le nombre de glucose après méthylation. Deuxième cas : polyoside branché : amylopectine L’aminopectine est un polyoside homogène ramifié, formé de chaine de D glucose unies par des liaisons osidiques α (1 faisant intervenir des liaisons osidiques α (1


4) avec des ramifications 6).

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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.

7.2.3

ETUDE DESCRIPTIVE DE QUELQUE POLYOSIDES

7.2.3.1 POLYOSIDES HOMOGENES Les plus importants sont les polyosides à glucose (les glucosanes).  Amidon: polyoside de réserve •

C’est le polyoside végétal le plus abondant (réserve glucidique), qui a un rôle nutritionnel important chez l’homme et l’animal.

•

Il est retrouvé essentiellement dans les céréales(blé,mais etc.) et certains tubercules(pommes de terre).

•

Son poids moléculaire est variable selon l’espèce végétale et peut atteindre plusieurs millions.

•

Polymère d’a-D-glucose : Il est constitué d’une chaîne principale faite de glucoses unis en α1-4 et de ramifications (ou branchements) faites de glucoses unis en α1-6.

•

Sa structure est arborisante avec une extrémité réductrice et plusieurs extrémités non réductrices.

•

Il est insoluble dans l’eau froide.


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•

Il contient de types de polymères :

 Amyloses: liaisons α (1->4), de quelques dizaines à plusieurs milliers de résidus (PM de 5 à 500 kda). 20 % des amidons environ. 

Amylopectines: liaisons

α(1->4) + liaisons

α(1->6) tous les 20-30

résidus liés par des liaisons α(1->4), quelques milliers de résidus (PM jusqu’à 1000kDa). 80% des amidons environs.  Le glycogène polyoside de réserve •

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)

•

C’est un polyoside plus ramifié que l’amidon car ses branchements (liaisons α1-6) sont plus nombreux et plus rapprochés.

•

Structure plus compacte que les amidons.

•

Sa structure est très arborissante avec une extrémité réductrice et plusieurs extrémités non réductrices.


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 La cellulose polyoside de structure •

polymére linéaire de 10 à 15000 ß-D-glucose unies par des liaisons ß (1->4)

•

C’est le principal composant du bois, le coton est de la cellulose presque pure.

• •

Insoluble dans l’eau. Non digestible par l’homme (pas de b-glucosidase).

 HYDROLYSE DES GLUCOSANES Les enzymes qui réalisent l'hydrolyse des osides peuvent être spécifiques de :  la nature du substrat (spécificité principale)  La liaison glycosidique : position des carbones des fonction OH impliquées (spécificité secondaire)  de l'anomère : configuration de la forme de l'ose (spécificité secondaire) A. 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 :


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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 (oligosides intermédiaires) 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).

B. Hydrolyse des diholosides •

La β fructosidase (saccharase ou invertine) hydrolyse le saccharose en Glucose + Fructose

•

La β galactosidase (lactase intestinale du nourrisson) hydrolyse le lactose en Glucose + Galactose

•

La β glucosidase, absente chez l’homme, hydrolyse la cellulose.

•

La maltase est une α1-4 glucosidase spécifique qui hydrolyse le maltose en 2 molécules de glucose.


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50

7.2.3.2

LES HETEROSIDES GLYCOCONJUGUES

7.2.3.2.1 INTRODUCTION On regroupe sous ce nom des molécules résultant de l'association covalente de glucides avec d'autres types de molécules et on les désigne très souvent sous le terme de glycoconjugués. 7.2.3.2.2 LES DIFFERENTS CLASSES  les

protéoglycannes

(PG)

:

des

polyosides

souvent

très

longs

(les

glycosaminoglycannes ou GAG) sont associés à une protéine en restant très majoritaires (> 90%).  les glycoprotéines (GP) : ce sont des protéines sur lesquelles sont greffées des chaînes glucidiques courtes dont la fraction varie en général de 1 à 20%.  les peptidoglycannes : réseau de polyosides reliés par de nombreux petits peptides.  les protéines glyquées : produits de la fixation chimique d'une unité de glucose.  Les glycolipides : des lipides de membranes des cellules animales ou bactériennes portent des chaînes oligo ou polyosidiques.


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51

7.2.3.2.2.1 LES PROTÉOGLYCANNES  Ce sont des molécules en général très volumineuses, composées par l'association covalente

de protéines

et de polymères glucidiques

appartenant à la famille des glycosaminoglycannes (GAG).  La majorité de ces composés se trouvent dans la matrice extracellulaire (tissu conjonctif et les sécrétions

digestives comme le mucus.), dans les

membranes plasmiques et quelques-uns sont intracellulaires ;  Longtemps désignés sous le terme de "mucopolysaccharides acides", Les glycosaminoglycanes (GAG) constituent un groupe homogène de glycanes linéaires anioniques (caractère acide marqué) formés par la répétition de structures diosidiques :  Un ose aminé (osamine): N-acétylglucosamine ou N acétylgalactosamine.  Un acide uronique, D-glycuronate (acide glucuronique) ou L-iduronate.  À l’exception de l’hyaluronate, un des deux résidus (parfois les deux) présente(nt) au moins un de ses groupes hydroxyle sulfaté.  Les GAG, à l’exception de l’hyaluronate, possèdent une séquence commune Gal-Gal-Xyl , qui leur permet de se lier à un résidu sérine ou thréonine d’une chaîne polypeptidique par une liaison O-glycosidique pour constituer des protéoglycanes.


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52

 Classification des GAG  GAG de structure Ils entrent dans la structure de la substance fondamentale des tissus conjonctifs et les mucus. ACIDE HYALURONIQUE « Fig D »  C’est le plus simple et non sulfaté. 

Il représente une barrière pour les substances étrangères.

 Il est présent dans l’humeur vitrée de l’oeil et dans le liquide synovial des articulations où il a un rôle de lubrifiant.  L'acide

hyaluronique

est

un

polymère

de

disaccharides:

l'acide

hyalobiuronique, Qui est composés d'acide D-glucuronique et de D-Nacétylglucosamine.  L’acide hyaluronique se présente sous forme d’une très longue chaîne (25 000 à 50 000 résidus).  Les liaisons intra-motifs sont de nature

β 1-3 et inter-motifs sont de

nature β 1-4 .  Il est hydrolysé par une enzyme de dépolymérisation, la hyaluronidase qui agit entre les chaînons, sur les liaisons β 1-4. Cette enzyme se retrouve dans les bactéries, le venin de serpent, le sperme où elle facilite la pénétration du spermatozoïde dans l’ovule lors de

la

fécondation en hydrolysant l’enveloppe de l’ovule. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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53

Acide hyalobiuronique

LES CHONDROÏTINES SULFATE « Fig A »  se trouvent dans les cartilages, les tendons, les ligaments et les parois de l’aorte.  Elles sont constituées de la polycondensation de motifs disaccharidiques :  [Acide β D glucuronique + N-acétyl galactosamine]n  Les liaisons sont également β 1-3 dans les motifs et β 1-4 entre les motifs.  Elles sont très riches en charges négatives en raison des groupements sulfates et uronates.  Les sulfates sont fixés en C4 ou C6 de la galactosamine. LES DERMATANES SULFATE « Fig B »  Le dermatane sulfate est présent dans la peau et certains vaisseaux. LES KERATANES SULFATE « Fig C »  les kératanes sulfate sont rencontrés dans certaines structures cornées : corne, griffe, ongle, mais aussi dans la cornée, les cartilages, les os. BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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 le kératane sulfate est le seul GAG à pouvoir se fixer par une liaison Nosidique. AGREGANES Certains

protéoglycanes

peuvent

former

des

agrécanes,

assemblages

supramoléculaires où un long filament d’hyaluronate est associé, tous les 30 nm environ, de façon non covalente, par l’intermédiaire de protéines de liaison, à des protéines dénommées protéines du core, elles-mêmes liées par covalence à de nombreuses chaînes de kératane sulfate ou de chondroïtine sulfate.

 GAG de sécrétion LES HEPARANES SULFATE « Fig E »  Les héparanes sulfate constituent une famille très hétérogène .  Représentés essentiellement par l’héparine (PM : de 5000 à 30000 daltons, correspondant à des polymères de 10 à 50 unités disaccharidiques), BIOCHIMIE STRUCTURALE/GLUCIDES/2012-2013

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anticoagulant synthétisé par les mastocytes et sécrété dans le sang circulant où il active l’antithrombine III : inhibition de la coagulation sanguine.  Les sulfates sont indispensables à l’activité biologique, ils sont fixés sur l’azote et l’alcool primaire en 6 de la glucosamine mais certaines héparines peuvent en contenir beaucoup plus.  Dans

l’héparine,

l’acide

uronique

est

l’acide

L-iduronique,

remplacé

quelquefois par l’acide D-glucuronique. Cet acide iduronique est lié par une liaison α-1,4 avec une glucosamine qui est liée à l’acide iduronique suivant.


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56

7.2.3.2.2.2 LES GLYCOPROTEINES Ce sont des hétéroprotéines qui résultent de l’union d’une fraction glucidique (de type oligoside) et protéique par des liaisons covalentes solides. Elles sont très répandues dans la nature et ont des fonctions biologiques très variées. Elles renferment plus de 5 % de glucides. De nombreuses protéines membranaires et la plupart des protéines sécrétées, telles que les immunoglobulines, certaines hormones (FSH, LH, TSH), des protéines du lait, la ribonucléase, les mucines, se présentent comme des glycoprotéines. Les glycoprotéines ne contiennent ni acides uroniques, ni esters sulfates, ce qui les différencier des glycoaminoglycannes (GAG).


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57

La

fraction

glucidique

est

représentée

par

une

ou

plusieurs

chaines

glucidiques, généralement de faible taille et ramifiées fixées sur la séquence polypeptidique.  ROLE BIOLOGIQUE DES FRACTIONS GLUCIDIQUES 

Elles permettent la reconnaissance spécifique par d’autres protéines comme les lectines.



Elles interviennent dans l’interaction cellule-cellule : contact, transfert d’information,…



Elles influencent le repliement des protéines.



Elles protègent les protéines contre les protéases.



La spécificité des groupes sanguins dépend de la fraction glucidique des glycoprotéines des globules rouges.

 Les

glycoprotéines

sont

souvent

impliquées

dans

les

processus

de

reconnaissance ( anticorps, hormones).  Les lectines Ces protéines reconnaissent de manière spécifique une séquence de résidus glucidiques. On les trouve dans les végétaux, les cellules animales, les bactéries et les virus.

Dans les cellules animales, elles peuvent avoir des

fonctions :


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58

 de

reconnaissance

cellulaire

:

la

reconnaissance

de

l'ovule

par

le

spermatozoïde réside dans des Glycoprotéines de l'ovule reconnues par un récepteur du spermatozoïde qui est une lectine.  le pouvoir infectieux de bactéries et virus repose sur l'adhérence à la cellule hôte qui est réalisé par la reconnaissance des GP de l'hôte.  CONSTITUANTS DE LA PARTIE GLYCANNIQUE * Des oses: Pentose (xylose) et hexoses (D galactose, D mannose). * Des 6 desoxyoses: L rhamnose(6 désoxy L-mannose).L fucose(6 désoxy L-galactose). * Des Hexoamines (souvent sous forme acétylées) : D glucosamine et D galactosamine. *Des acides sialiques: ce sont des dérivés substitués de l’acide neuraminique Les acides sialiques sont des acides forts et leur présence dans la structure des glycoprotéines (Acide N- acétylneuraminique (NANA)). confère à celles-ci des propriétés acides.


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 ROLE DE L’ACIDE SIALIQUE Les

résidus

d’acides

sialiques

trouvés

aux

extrémités

des

chaines

oligosaccharidiques de nombreuses glycoprotéines solubles transportent un message qui détermine si une protéine donnée continuera à circuler dans le courant sanguin ou sera retirée par le foie. EX : la ceruleoplasmine: elle possède plusieurs chaines oligosaccharidiques qui se terminent par un acide sialique. Quand ces unités terminales d’acides sialiques sont perdues, la ceruleoplasmine disparaît rapidement du sang.la membrane

plasmique

des

hépatocytes

possède

des

sites

de

liaisons

particulières pour les glycoprotéines ayant perdu l’acide sialique. Une fois liées à ces récepteurs sont captées par les hépatocytes et dégradées dans les lysosomes.  MODELE DE LIAISON La liaison se fait entre le groupement réducteur terminal de la fraction glucidique et un acide aminé de la protéine au niveau :  d’une fonction alcool d’un acide aminé alcool (sérine, thréonine) : Liaisons O-osidiques entre une N-acétyl-D-galactosamine et un résidu sérine ou thréonine. Cette liaison se fait lors de la maturation de la protéine, au niveau de l'appareil de Golgi.


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

d’une fonction amide de l’asparagine :

Les liaisons N-osidiques en général entre une N-acétyl-D-glucosamine et une Asn. Cette liaison se fait au niveau du réticulum endoplasmique (RE). Le deuxième acide aminé en aval (côté COOH-terminal) de cette Asn est toujours un acide aminé alcool : sérine ou thréonine, formant un site de glycosylation : Asn-XSer ou Asn-X-Thr.


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 LES O-GLYCANES Les O-glycanes sont liés à la chaîne polypeptidique par une liaison Oglycosidique. Ils sont caractérisés par la grande hétérogénéité de la longueur de leur chaîne, qui peut aller de 1 à 20 unités, mais ils sont tous construits sur un même modèle structural, avec trois régions distinctes : le core qui inclut la N-acétyl-D-galactosamine et un ou deux oses supplémentaires ; le squelette, ou région charnière, fait de séquences de D-galactose et de N-acétyl-Dgalactosamine ; la périphérie constituée de divers oses ou dérivés d’oses souvent assemblés de façon à former des déterminants antigéniques, tels que ceux des groupes sanguins A, B, O . Les O-glycanes sont très présents dans les mucines, où ils représentent jusqu’à 80 % du poids de la molécule.


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 LA MUCINE  La mucine est une protéine qui assure une fonction structurale de protection dans les voies aériennes et digestives. 

C’est une glycoprotéine dont plus de la moitié est constituée d’environ 150 chaînons oligosaccharidiques, liés par une liaison osidique à l’oxygène de la fonction alcool d’une sérine (Ser) ou d’une thréonine (Thr).

 Les oligosaccharides des mucines comprennent le plus souvent deux oses ou dérivés d’oses. Le premier d’entre eux, dont la fonction réductrice est liée à l’acide aminé est une N-acétyl-galactosamine (Gal-NAc).  La

richesse

des

mucines

en

glycanes

en

fait

des

molécules

très

hydrophiles et résistantes aux enzymes protéolytiques endogènes ou microbiennes. C’est ainsi que les mucines assurent la protection de nos épitheliums digestifs ou respiratoires.


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 LES N-GLYCANES Les N-glycanes sont liés à la chaîne polypeptidique par une liaison Nglycosidique. Les résidus d'asparagine ne sont pas tous glycosylés. Seuls ceux inclus dans la séquence consensus Asn-X-Ser/Thr, où X représente un quelconque aminoacide, peuvent être glycosylés. Ex : les récepteurs membranaires, les molécules d'adhérence à d'autres cellules ou à leur matrice, les immunoglobulines. Tous les N-glycanes contiennent une structure commune, appelée di-N-acétylchitobiose trimannosyle à laquelle sont associés d’autres résidus osidiques qui permettent de classer les N-glycanes en trois sous-groupes : les Nglycanes complexes, les N-glycanes riches en résidus mannose et

les N-

glycanes hybrides


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7.2.3.2.2.3 LES PEPTIDOGLYCANNES Les peptidoglycannes ou mureines ou mucocomplexes ou mucopeptides forment la paroi des bactéries (Staphylococcus aureus) qui leur donne leur forme

et

les

protège.

Un

peptidoglycane

est

un

polymère

de

glycoaminopeptide oú le N-acetyl glucosamine(NAC) et l’acide N-acétylmuramique (substitution sur la fonction alcool du C3 du glucose par l'acide lactique) sont liés par des liaisons β osidiques.


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7.2.3.2.2.4 LES GLYCOLIPIDES Présents essentiellement dans les membranes des cellules eucaryotes , les glycolipides constituent un groupe très hétérogène de glycoconjugués définis par la liaison covalente de divers glycanes à différents groupes prosthétiques lipidiques. Dans les organismes supérieurs, on en distingue trois types principaux : 

les glycoglycérolipides



les glycosphingolipides

 les glycosyl-phosphoinositides.


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FILIATION DES ALDOSES/FAMILLE D


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FILIATION DES CETOSES/FAMILLE D


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