Introduction

Les glucides sont omniprésents dans le vivant et parfois retrouvés dans les météorites. Leur nom vient du grec glukos qui signifie doux. Ils ont plusieurs rôles dans les cellules :

  • Architectural : soutien des structures, comme la cellulose, qui représente $50\%$ de la biomasse totale de la biosphère. Chitine chez les Champignons et les Arthropodes ;
  • Carburant cellulaire : glucose et autres hexoses ;
  • Constitution de molécules fondamentales : ribose et désoxyribose dans les acides nucléiques, glycosylation des protéines, …
  • Réserve énergétique : amidon (végétaux) et glycogène (animaux) ;
  • Signalisation : marqueur $\mathrm{A, B ~et ~O}$ des cellules sanguines.

Structure

La formule générale des glucides est $\mathrm{C_n(H_2O)_n}$ (hydrates de carbone). On dit également polyhydroxyaldéhydes ou polyhydroxycétones. Les glucides existent sous forme de : 

  • Sucres simples = oses = monosaccharides : libération d’un seul ose par hydrolyse ;
  • Sucres complexes = osides = polysaccharides : libération de plusieurs oses par hydrolyse.

On trouve chez les glucides trois grandes fonctions chimiques : alcool, aldéhyde et cétone. On peut également trouver chez des glucides modifiés des fonctions amine ou acide carboxylique principalement. Généralement, ils contiennent plusieurs fonctions alcools et une fonction réductrice (aldéhyde ou cétone). On distingue alors les aldoses et les cétoses.

Oses

Ils contiennent de $3$ (triose) à $7$ (heptose) atomes de carbone. La numérotation des atomes de carbone se fait à partir du carbone qui porte la fonction réductrice. Dès $3$ atomes de carbone, les aldoses ont un carbone asymétrique ($\mathrm{C_4}$ pour les cétoses). Il existe donc des énantiomères pour chaque ose : forme $\mathrm{L}$ ou $\mathrm{D}$ (voir figure). Si la molécule contient plusieurs carbones asymétriques, c’est le carbone asymétrique le plus éloigné ($\mathrm{C_{n-1}}$) de la fonction réductrice qui détermine le caractère $\mathrm{D/L}$ de la molécule.

Stéréo-isomères : molécules qui diffèrent par la conformation de leurs carbones asymétriques. C’est possible uniquement à partir de deux carbones asymétriques par molécule (voir figure). Deux molécules qui ne diffèrent que par la configuration d’un seul des carbones asymétriques sont des épimères (cas particulier) (voir figure).

Cyclisation des oses : les oses existent essentiellement dans la Nature sous la forme de molécules cycliques, et plus rarement linéaires. La forme cyclique est obtenue par réaction chimique de la fonction réductrice sur l’une des fonctions alcool disponibles. On peut obtenir deux types de cycles : pyrane ou furane (voir figure).

Oses importants : aldoses = glycéraldéhyde ($\mathrm{C_3}$), ribose ($\mathrm{C_5}$), glucose/galactose/mannose ($\mathrm{C_6}$). Cétoses = dihydroxyacétone ($\mathrm{C_3}$), ribulose ($\mathrm{C_5}$), fructose ($\mathrm{C_6}$).

Osides

L’hydrolyse des osides donne plusieurs molécules :

  • Qui sont toutes des oses = l’oside est alors un holoside ;
  • Qui ne sont pas toutes des oses = l’oside est un hétéroside. La molécule non-osidique est appelée aglycone.

Les oses sont réunis entre eux par une liaison covalente, appelée liaison osidique. Après la liaison, l’oside peut toujours contenir une fonction réductrice (il est dit réducteur, ex. lactose) ou l’oside peut avoir perdu toutes ses fonctions réductrices (il est dit non-réducteur, ex. saccharose). Ceci implique des méthodes de dosage différentes.

Diholosides importants : lactose (galactopyranose-glucopyranose), saccharose (glucopyranose-fructofuranose), maltose (glucopyranose $\mathrm{X2}$).

Les polyosides sont des polymères d’oses, tous identiques (homopolyosides) ou différents (hétéropolyosides). Ils peuvent contenir des milliers d’oses.

Les homopolyosides les plus connus sont :

  • Polymères de glucose : amidon, glycogène et cellulose. L’orientation de la liaison osidique ($\alpha$ ou $\beta$) et la présence de ramifications différencient ces molécules. ;
  • Polymère de N-acétylglucosamine (glucose très modifié) : chitine.

Les hétérosides sont des familles très complexes qui comprennent notamment les associations :

  • GAG + protéine = protéoglycane (ex. mucine, thyroglobuline) ;
  • GAG + peptide = peptidoglycane (paroi bactérienne) ;
  • Ose/oside + protéine = glycoprotéine (un très grand nombre de protéine est glycosylé. Chez l’Homme, $1\%$ du génome est dédiée aux mécanismes de glycosylation).

$\mathrm{GAG}$ = glycosaminoglycane = polymérisation intense de disaccharides, jusqu’à plusieurs $\mathrm{MDa}$ (ex. acide hyaluronique, héparane,…)