Notions structure & propriétés physico-chimiques

des constituants biochimiques

Aliments : produits dont nous nous nourrissons. Nutriments : produits dont nos cellules se nourrissent. Organisme (réactions chimiques) : aliments nutriments A partir des nutriments nos cellules synthétisent leurs

propres molécules biologiques. Molécules biologiques sont groupées en 3 classes :

Glucides, Lipides et Protéines 4ème classe : A.N matériel génétique de la cellule

P, L et G : principales briques moléculaires permettant de fabriquer cellules vivantes Cellules se dégradent meurent en fabriquer puiser /nourriture absorber P, L et G

« nous sommes faits de ce que nous mangeons »

I- GLUCIDES Classe importante des substances naturelles. Représentent majeure partie de subst. organique terrestre Les + énergétiques des substances nutritives (40 à 50 % des

calories apportées par l'alimentation humaine). Chaînons carbonés (C-C) porteurs hydroxyles (OH)

et fonctions aldéhydiques (CHO), cétoniques (C=O), acides (COOH) ou aminées (NH2).

Largement répandus chez touts les E V. Structure : cellulose (Vx); chitine (invertébrés) Réserves énergétiques : glycogène (Ax), amidon (Vx) Métabolites : constitution AN, coenzymes, vitamines

Rôle économique: Cellulose : milliards de tonnes / an Amidon, saccharose : millions de tonnes / an.

Oses et Osides (DP) Oses (simples): Aldoses (-CHO) ; Cétoses (C=O )

Osides: complexes = oses + subs. non glucidique Holosides : Polymères d’oses / Liaison osidique :

(ose-O-ose)n

Oligosides ( 2 n 10) Polyosides (n 10)

Hétérosides : oses + aglycone (fraction non glucidique)

Formule brute Cn(H20)p (hydrates de carbone).  Caractérisés par (au sein même molécule) d’1 fonction carbonylique et d'au moins 1 fonction alcool.  Hydrosolubles et réducteurs (aldéhyde et Cétone) Classés selon 2 critères :

Nbre de C : triose, tétrose, pentose, hexose, heptose,.. Nature de la fonction carbonylique :

Fonction aldéhydique ALDOSE Fonction cétone CETOSE

Critères combinés permet de caractériser un ose:

Ex : Aldohexose : 6 C, 5 OH et 1 CHO Majorité chez E.V ont 5 C (pentose) ou 6 C (hexose)

I.1. Oses Oses (monosaccharides)

I.1.1. Aldoses :

Glycéraldéhyde (+ simple) : CHO-*CHOH-CH2OH Triose (3C) 1*C (asymétrique) 2 énantiomères (D et L)

Aldoses dérivent du glycéraldéhyde Ajout d’1C (portant OH*C) entre CHO et *C (initial). Dernier *C configuration (D ou L) Epimères : par configuration d’1*C (D-mannose/ D-glucose)

Nature: seulement isomères D

Classification des aldoses

I. 1. 2. Cétoses :

Dihydroxyacétone (+ simple): CH2OH-CO-CH2OHTriose (3 C) Pas de *C

Ajout d’1C (portant OH *C) entre C= O et CH2OH

Ce *C (premier ajouté) configuration (L ou D) Epimères : D-ribulose / D-xylulose Nature : seulement série D

Classification des cétoses

I.1. 3. Cyclisation des oses

I.1.3.1. Glucose (6C) Le + important des sucres dans la nature Le + stable (thermodynamiquement) large diffusion Très répandu à l'état libre ou combiné. Principal carburant de l'organisme.

Glycémie : [Glucose libre] dans le sang (0,80g/L).

Réserve en glycogène (foie, muscles) ou amidon.

Chaîne à 6C dont le + oxydé (fonction aldéhyde) porte n° 1. Fonctions alcool IIaires et une fonction alcool Iaire. Cyclisation favorisée : ROH & CHO dans 1 molécule. Cyclisation interne : liaison entre C-1 et C-5 pont osidique. Fermeture du cycle : C aldéhydique en 1*C nouveau Conséquence : en solution 2 G, anomères (36%) et (63%), en équilibre

avec forme aldéhydique ouverte.

• Oses ne se trouvent pas dans nature sous forme linéaire.• 2 structures cycliques et ( : + stable, groupes en position équatoriale) % CHO libre ( G réducteur) déroulement des réactions des aldéhydes (oxydation, réduction, formation de dérivés).

Mutarotation

I. 1. 3. 2. Dérivés du glucose Glucosamine (chitosane) : OH (C-2) NH2

N-acétyl-glucosamine (chitine) : OH (C-2) NH-CO-CH2

Acide glucuronique (mucopolysacchrides) : Oxydation OH COOH

I. 1. 3. 3. Fructose Cétohexose important Vgx (fruits) ; miel (autant que glucose) saccharose Ax : rare (sauf dans liquide séminal) Combiné : oligosides (surtout Vgx); polyosides Pouvoir sucrant élevé ; très soluble Cyclisation selon même mécanisme que glucose Formes cycliques - et -D-fructofuranose Mutarotation : forme linéaire en équilibre avec formes furanniques (les + stables à l'état naturel). : + prédominante, + stable (2 CH2OH du côté opposé)

Forme ouverte pouvoir réducteur.

Fonction réductrice est une cétone située par convention sur C 2 (le + oxydé). Rarement sous forme linéaire, souvent sous forme cyclisée par une liaison entre

fonction réductrice (C 2) et fonction alcool IIaire du C 5. dans liquide spermatique humain mouvement des spermatozoïdes. Cyclisation se fait entre C2 (cétone) et C5.

Galactose 2ème ose après glucose Intervient dans composition :

Lactose = D Gal + D Glc Cérébrogalactosides du cerveau Glycolipides et glycoprotéines

Mannose Très rare sous forme libre surtout dans les végétaux. Glycoprotéines chez l'homme.

Ribose et Désoxyribose Aldopentoses Alimentation (abats) Composantes importantes des AN. Forme biologique : furanique (1 - 4) :

forme habituelle des pentoses des AN structure des coenzymes : NAD,

NADP, ATP. Ribose : par réduction de fonction

alcool IIaire C 2 Désoxyribose. Désoxyribose ADN gde stabilité

propre à sa fonction de conservation de l'information génétique.

Lactose dans lait Mmfs : humain (69 g/l) et vache (46 g/l). Son goût assez peu sucré. Disaccharide réducteur : DGal(14) , DGlu : réaction de condensation

(ou synthèse par déshydratation). Réaction inverse = hydrolyse. Si non stérilisé bactéries fermentent lactose acide lactique. Acidification assez forte pour provoquer des protéines du lait : on dit que le lait a tourné (caséification, transformation en fromage blanc).

I.2. OsidesOsides

Saccharose végétaux : canne à sucre,

betterave sucrière, etc... Raffiné (purifié et cristallisé)

= sucre ordinaire (de table). Produit chimique purifié

(d'origine naturelle) le + abondant de notre alimentation.

Disaccharide : DGlu(12)DFruf

Non réducteur car 2 fonctions réductrices du Glu (C1)et du Fructose (C2) engagées.

Maltose Intermédiaire de digestion des polyosides (amidon ou glycogène) par amylases Disaccharide : DGlu(14) ou DGlu Réducteur Hydrolysé en 2 molécules de Glu par une enzyme spécifique, la maltase.

Rq : Fructose > Saccharose > Glucose> Maltose > Galactose > Lactose

AmidonPolyholosides (PM très élevé) de réserve / Vx : tubercules

de PT, graines des céréales (riz, blé, maïs). Se décompose en :

Amylose : 20-30% d’amidon natif ; 250-300 Glu (14) sans ramification. Enroulement en hélice.

Amylopectine : Chaîne de 1000 unités de Glu. Glu (14) + ramification (16) tous 24-30 (14).

Tissus animaux en sont dépourvus. Production annuelle dépasse 35.106 t/an (Maïs : 25.106 t/an) Teneur (M. sèche): céréales (40-90%) et tubercules (65-85%).

Glycogène (Amidon AX) : Polyholoside de réserve / tissus Ax : foie et muscles

des mammifères, insectes ou mollusques (huîtres). Structure Amylopectine, sauf + ramifié 8-12 (14) Longueur de chaîne latérale 10-14 Glu. 105 Gl (foie) PM 16 Millions

Repas riche en sucres sang risque devenir trop [ ] en Glu (glycémie). Cellules (foie et muscles) : surplus Glu glycogène ( glycémie) : stocker jusqu'à 600 g glycogène Si % Glu sanguin trop bas (jeûne ou activité), Glycogène Glu circulation sanguine. Se nourrir de polyscc. s'assimilent lentement que mono ou disacc. qui s’absorbant + rapidement.

Cellulose (Structure) : Composante de paroi cellulaire végétale. PolyDGul (14) sans aucune ramification. PM 500 000 –5 M ( cellulose native).

Vx produisent 50-100 milliards de t /an. Coton et papier filtre = cellulose pure à 98 %. Source : Bois, coton, maïs, blé,..

Chitine2ème biopolymère abondant trouvé en nature après cellulose Idem cellulose sauf Glu aminés ou glucosamines ( douleurs d'arthrite)

Poly [β-(1 4)-2-acétamido-2-déoxy-D-glucopyranose

Crustacés : exosquelette (07-36%) Mollusques:plumes (Céphalopodes,

40%) Insectes : cuticule (1,4 % du Pds frais)

Micro-organismes : > 20 % du poids

Ver annelés : soies Champignons :parois cellulaires Algues:parois cellulaires (chlorophycées)

Chitine en Nature

30 000 t / an (2007)

Agar-Agar : algues marines PolyGal(13)+ ac. sulfurique.

Forme des gelées pour milieux nutritifs bactériens

Ac hyaluronique: tissu conjonctif, humeur vitrée, peau. Ac. glucuronique + N-acétylglucosamine

Non ou peu ramifié. PM très élevé

Héparine Sulfonylaminoglucose + esters sulfuriques d’ac glucuronique

4-5 molécule d’ac. sulfurique / tétrasaccharide PM 17000-20000.

Anticoagulante : inhibe prothrombine Thrombine.

I.3. I.3. Caractérisation des Glucides Caractérisation des Glucides

Sucre +liq de Fehl rouge (reducteur)Aldose + iode Cétose + iode HIO4 pyrannose ou furannose

Osazone : cristaux dépend du sucre

Oxydation par liqueur de FEHLING :Oxydation d’ose par oxyde de Cu, qui se réduit à l’état d’oxyde cuivreux

rouge :

R-CHO + 2CuO + HOK R-COOK + ¬Cu2O + H2O

Oxydation périodique (IO4H) : La + importante réaction d’oxydation de fonctions alcools IIaires Détermination structures d’oses: HIO4 pyrannose ou furannose

Formation d’osazones Forme des cristaux d’osazone spécifique de l’ose initial.Ex : Galactose galactosazone (lames)

Glucose glucosazone (filament)

Formation d’esters phosphoriques :

Esters monophosphoriques : 1P + fonction alcool Iaire.

Ex: -D-glucose-6-phodphate (C(6) -O-PO3H2 ) Esters monophosphoriques cycliques: 1P + 2OH d’ose Ex: Adénosine 3’-5’-Monophosphate (AMPc) : régulation des glucides, action hormonale.

Esters diphosphoriques : Ex: Fructose-1-6-diphosphate Esters triphosphoriques : Ex : ATP Esters phosphoriques: 1P + 2 fonctions alcool portées par 2

oses base de l’édifice des AN