VI Les glucides 1 Introduction 2 Monosaccharides et

VI – Les glucides 1 - Introduction 2 - Monosaccharides et disaccharides 3 - Polysaccharides 4 - Glycoprotéines et glycolipides 5 - Dérivés d’oses 6 - Détection du glucose : glycémie

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical INTRODUCTION 100 milliards de tonnes de CO 2 et H 2 O converties en cellulose chaque année par les plantes. Les sucres et dérivés ( « hydrates de carbone » ) interviennent : réserve (amidon, glycogène) molécules de signal de reconnaissance cellulaire lubrifiant des articulations fournisseur d’énergie photosynthétiques chez les organismes non

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical INTRODUCTION la formule chimique des glucides est en général Cm(H 2 O)n d’où le nom d’hydrate de carbone on les appelle aussi saccharides (Grec : sakkharon veut dire sucre) on distingue : les monosaccharides les oligosaccharides les polysaccharides les glucides sont chimiquement parlant des polyhydroxyaldéhydes : des polyhydroxycétones 1 10 >10

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical INTRODUCTION

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical INTRODUCTION CH 2 OH O H HO OH H HO glucose C 6 H 12 O 6

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides A. Deux familles de monosaccharides Les monosaccharides sont des solides cristallins sans couleur, solubles dans l'eau et insolubles dans les solvants non polaires (pour la plupart goût sucré). Le squelette chimique des monosaccharides est une chaîne carbonée non ramifiée dans laquelle tous les carbones sont liés par simples liaisons. Un des carbones est lié par double liaison à un atome d'oxygène (groupe carbonyle). Les autres carbones portent des groupements hydroxyles. O H C H H-C-OH C=O H-C-OH H glycéraldéhyde dihydroxyacétone (cétose) (aldose)

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides A. Deux familles de monosaccharides Au niveau nomenclature, les monosaccharides à 3, 4, 5, 6, 7 carbones sont appelés : trioses, tétroses, pentoses, hexoses et heptoses. Comme il existe des aldoses et des cétoses avec des longueurs de chaîne carbonée de 3 à 7 carbones, on les appelle : aldotrioses, cétotrioses, aldotétroses, cétotétroses etc…

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques Cette molécule présente donc 2 (21) isomères optiques ou énantiomères ou stéréoisomères. H O 1 C 2 H-C-OH 3 H-C-OH H Hermann Emil Fischer (1852 – 1919) glycéraldéhyde (aldose)

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques Projections de Fisher CHO liaison horizontale au dessus du plan de la feuille CH 2 OH liaison verticale au dessous du plan de la feuille * HO-C-H * H-C-OH CH 2 OH D-glycéraldéhyde D L-glycéraldéhyde L Formules en perspective H * C R CHO OH CH 2 OH D-glycéraldéhyde HO * C H CH 2 OH H CHO C L-glycéraldéhyde CH 2 OH OH OH C CH 2 OH S H

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques 3 carbones 4 carbones CHO H-C-OH HO-C-H H-C-OH CHO H-C-OH CH 2 OH D-glycéraldéhyde CHO H-C-OH CH 2 OH D-érythrose D-thréose CHO H-C-OH HO-C-H CHO CH 2 OH D-ribose 6 carbones CHO H-C-OH HO-C-H H-C-OH H-C-OH D-allose CH 2 OH D-altrose CH 2 OH D-glucose HO-C-H CH 2 OH D-mannose HO-C-H CH 2 OH D-arabinose CHO H-C-OH HO-C-H H-C-OH CH 2 OH 5 carbones CHO H-C-OH CH 2 OH D-gulose H-C-OH HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-idose HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-xylose CHO CH 2 OH D-lyxose CHO H-C-OH HO-C-H CHO HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-galactose HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-talose

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques 3 carbones 4 carbones 5 carbones CH 2 OH C=O CH 2 OH dihydroxyacétone C=O H-C-OH CH 2 OH HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-érythrulose D-ribulose CH 2 OH D-xylulose 6 carbones CH 2 OH C=O C=O H-C-OH HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-psicose H-C-OH HO-C-H H-C-OH CH 2 OH D-fructose D-sorbose D-tagatose

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques H 1 H C=O 2 H-C-OH 3 HO-C-H 4 H-C-OH 5 H-C-OH 6 CH 2 OH D-glucose forme linéaire 5 H 6 C CH 2 OH OH C 4 OH HO 3 C H H CHO C 2 HO 1

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques CHO H-C-OH HO-C-H CH 2 OH CHO HO-C-H H-C-OH HO-C-H CH 2 OH D-glucose CHO CH 2 OH L-glucose CH 2 OH

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides B. Les monosaccharides possèdent des centres asymétriques Les oses naturels sont en général de série D D ou L ne donnent aucune indication sur le sens de déviation de la lumière polarisée (pouvoir rotatoire) (+) désigne les composés dextrogyres (-) les composés lévogyres Exemple : D(+) glucose / L(-) glucose D(-) fructose / L(+) fructose

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique Une fonction alcool peut réagir avec un carbonyle : formation d’un hémiacétal OH R’-C=O + HO-R H aldéhyde * R’-C-O-R H alcool hémiacétal

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H H 1 C=O C-OH 2 H-C-OH 3 HO-C-H 4 H-C-OH 5 H-C-OH 6 CH 2 OH D-glucose forme linéaire 1 Cycle à 3 atomes Cycle à 4 atomes 2 H-C- O instable Cycle à 5 atomes Cycle à 6 atomes 5 O 4 1 3 2 Cycle pyrane

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique groupements OH plan du sucre droite au dessous gauche au dessus

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H 1 H C=O 2 H-C-OH 3 HO-C-H 4 H-C-OH 5 H-C-OH 6 CH 2 OH D-glucose forme linéaire 5 H 6 C CH 2 OH OH C 4 OH HO 3 C H H CHO C 2 HO 1

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H 5 H 4 C HO 6 C CH 2 OH OH OH H CHO 3 C C 2 H OH 1 C 4 C 5 C 6

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H 5 H 6 C CH 2 OH OH 4 C OH HO 3 C H H C 6 CHO C 2 OH 1 C 4 C 5

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H 5 H 4 C HO 6 C CH 2 OH OH OH H CHO 3 C C 2 H OH 1 C 4 C 5

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique H 5 H C 6 6 C CH 2 OH OH C 4 OH HO 3 C H H CHO C 2 OH 1 C 4 C 5

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique CH 2 OH C 6 6 5 C OH H H CHO 4 C OH H 1 HO C 2 3 C H OH C 4 C 5

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique 6 CH 2 OH 6 C H 4 C HO 5 6 CH CH 2 OH OOH H 3 C C H HO C 1 H 2 b-D-glucopyranose Cycle pyrane H C 5 H 4 C OH HO 3 C H OH H H C C=O 1 2 HO mutarotatio n H C 2 OH 5 H 4 C OH HO 3 C H OH H C C 1 OH 2 HO a-D-glucopyranose Cycle pyrane

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique 6 CH H 4 C HO C H 2 OH 5 C OH H 3 C C H HO C 1 OH 2 H-C-OH 1 OH 2 a-D-glucopyranose 3 HO-C-H 4 MEME COTE a H-C-OH 5 H-C-O 6 CH 2 OH L'anomère a est celui qui, en représentation linéaire, a le groupement OH porté par le carbone anomérique (C 1 pour le glucose) qui se projette du même côté que le OH porté par le carbone qui définit la série (C 5 pour le glucose).

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique 6 Représentation de Haworth : • cycle horizontal et plan • pont oxydique en arrière du plan 4 CH 2 OH O 5 1 3 2 • numérotation des carbones dans le sens des aiguilles d’une montre • les substituants n’appartenant pas au cycle sont placés au-dessus ou au dessous du plan en respectant la configuration des C* • H non représentés • OH symbolisés par un trait (ondulé pour le carbone anomérique pour signifier que le OH peut être en haut ou en bas).

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique Cyclisation du fructose 1 CH 2 OH 2 C=O 6 CH 2 OH 3 HO-C-H 4 5 O 1 2 H-C-OH 5 H-C-OH 4 CH 2 OH OH 3 6 CH 2 OH D-fructose D-fructofuranose

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique Le cycle pyranose n’est pas plan ! chaise 4 C 4 bateau O 5 4 1 2 1 3 5 1 1 = 1 C C 4 4 4 3 1 O 2 thermodynamiquement peu favorable O 3 5 2 2 conformations

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides C. Les monosaccharides sont retrouvés sous forme cyclique Conformation chaise : position des substituants 4 4 C 2 3 1 O 5 1 positions axiales positions équatoriales 4 1 5 C 1 4 O 3 2

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides D. Les oses simples sont des agents réducteurs Les oses qui ont leur OH anomérique libre peuvent passer de la forme cyclique à la forme linéaire. L’ose sous forme linéaire est dit réducteur : il a une fonction carbonyle libre. O = R-C + 5 OH-+ 2 Cu 2+ H aldéhyde O = + 3 H 2 O+ Cu 2 O R-C Oacide L’aldéhyde est oxydé en acide et le Cu 2+ est réduit en Cu 2 O qui forme un précipité rouge (liqueur de Fehling).

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides E. Propriétés chimiques des oses Fonction hémiacétal : mutarotation aldéhyde 6 4 CH 2 OH hémiacétal O OH 5 1 3 2 O 6 = H 1 C 2 3 4 CH 2 OH O 5 hémiacétal 1 3 2 OH 4 b-D-glucopyranose (60%) 5 6 CH 2 OH D-glucose (0, 5%) a-D-glucopyranose (40%)

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides E. Propriétés chimiques des oses Fonction hémiacétal : liaison osidique (ou glycosidique) 6 6 4 CH 2 OH hémiacétal alcool O 5 OH + R-OH 1 3 4 CH 2 OH acétal O O-R 5 1 Liaison Oglycosidique 2 3 + H 2 O ou 6 2 D-glucopyranose 4 CH 2 OH O 5 3 2 acétal Liaison O 1 glycosidique O-R a (ou b) D-glucopyranoside

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides F. Les disaccharides La réaction d’un hémiacétal avec une fonction alcool conduit à une fonction acétal. Les oses portant plusieurs fonctions alcools vont pouvoir s’enchaîner les uns aux autres via des liaisons glycosidiques. 6 Exemple: 6 4 CH 2 OH O OH 5 1 + 3 2 6 4 CH 2 OH O 5 HO 3 1 2 4 6 OH 4 CH 2 OH O 5 CH 2 OH 3 O O 5 1 OH 2 1 3 2 b-D-glucopyranose b-D-glucopyranosyl (1→ 4) D-glucopyan

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides G. Exemples de diholosides naturels Lactose : b-D-galactopyranosyl (1 → 4)-D-glucopyranose 6 Tout résidu dont le carbone anomérique est pris dans une liaison glycosidique est un oside : son nom systématique est complété des suffixes -osyl ou -osido (à l'intérieur d'une structure) ou -oside (en bout de structure). Tout résidu dont le carbone anomérique reste libre garde son nom systématique avec la terminaison -ose. 4 CH 2 OHO 5 3 2 6 1 O 4 CH 2 OHO 5 3 2 1 OH b(1 → 4) «réducteur»

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 1 - Monosaccharides et disaccharides G. Exemples de diholosides naturels Saccharose : a-D-glucopyranosyl (1 → 2)-b-D-fructofuranoside Sucre végétal 6 4 CH 2 OHO 5 3 2 O 6 HOH 2 C 5 O 2 4 CH 2 OH 3 1 a (1 → 2) b «non-réducteur»

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2 - Polysaccharides A. Introduction 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 milliers 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.

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2 - Polysaccharides B. Amidon et glycogène D-glucopyranoses liés entre eux par des liaisons α (1 4) avec des ramifications par des liaisons α (1 6). … … …

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2 - Polysaccharides B. Amidon et glycogène Source: Wikipedia

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 2 - Polysaccharides C. Cellulose et chitine Cellulose : (b-D-glucopyranosyl (1 → 4)-b-D-glucopyranose)n La seule différence avec l’amylose vient de l’anomérie de la liaison glycosidique. La cellulose est la matière organique la plus abondante sur terre.

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3 - Les glycoprotéines et glycolipides A. Les glycoprotéines résultent de l’association d’oses et de protéines O-glycosylées : liaison O-glycosidique entre l’hémiacétal d’un ose et l’hydroxyle d’un résidu Ser ou Thr oligosaccharide 6 6 4 CH 2 OHO 5 3 protéines N-glycosylées : liaison N-glycosidique entre l’hémiacétal d’un ose et le -NH 2 de la fonction amide d’un résidu Asn. oligosaccharide 2 Ser NH 1 NH l C=O l CH 3 O-CH 2 -CH C=O N-acétyl-b-D-galactopyranosamine 4 CH 2 OHO 5 3 2 Asn 1 NH l C=O l CH 3 NH NH-C-CH 2 -CH ll C=O O N-acétyl-b-D-glucopyranosamine

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 3 - Les glycoprotéines et glycolipides A. Les glycoprotéines Glycéro-glycolipides 6 CH 2 OHO 4 O ll CH 2 -O-C 5 3 1 2 O 6 4 CH 2 OHO 5 3 2 1 CH-O-C ll O-CH 2 O Sphingo-glycolipides HO 4 HO-CH 2 -CH=CH 6 CH 2 OHO 5 3 2 b-D-galactose 1 H-C-NH-C ll O O-CH 2 Galactococérébros ide Sphingosine Les cérébrosides sont des lipides membranaires, notamment présent dans le tissu nerveux et

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 4 - Dérivés naturels des oses Dérivés d’oses d’intérêt biologique Alditols O = H 1 C 1 CH 2 OH 2 2 3 3 4 4 5 5 6 CH 2 OH D-glucose 6 HOH 2 C 5 4 O 1 3 =O 2 OH OH 6 CH 2 OH D-glucitol (sorbitol, édulcorant) Acide L-ascorbique (Vitamine C)

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5 - Détection du glucose : glycémie XIXème siècle et avant : Le glucose présent dans l’urine et signe de diabète était décelé par les médecins qui gouttaient les urines.

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5 - Détection du glucose : glycémie Début XXème siècle : Le glucose présent dans l’urine et signe de diabète a été dosé par la technique de la liqueur de Fehling. O = R-C + 5 OH- + 2 Cu 2+ H aldéhyde O = + 3 H 2 O+ Cu 2 O R-C Oacide

M 1 Radiophysique Médicale et Génie Biomédical 5 - Détection du glucose : glycémie Pendant les années 80 : Détermination de la concentration en glucose par la méthode de la glucose oxydase : glucose oxydase Glucose + H 2 O + O 2 acide gluconique + H 2 O 2 2 H 2 O 2 + phénol + amino-4 -antipyrine quinone + 4 peroxydase H 2 O