COURS DE BIOCHIMIE STRUCTURALE - fsnv.univ … de Biochimie... · Cours de Biochimie Structurale...

UNIVERSITE FERHAT ABBAS –SETIF 1

FACULTE DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE

DEPARTEMENT DU TRONC COMMUN

A l’usage des étudiants de 2ème année

Tronc Commun (LMD)

Elaboré par :

Melle LAMARI Assia

Mars 2014

COURS DE BIOCHIMIE

STRUCTURALE

SOMMAIRE

Page

INTRODUCTION A L’ETUDE DE LA BIOCHIMIE…………………….………………… 1

CHAPITRE I : LIAISONS CHIMIQUES……………………………………………………. 2

I.1. Introduction……………………………………………………………………………….... 2

I.2. Classification des liaisons chimiques…………………………………………………….... 2

I.2.1. Liaisons fortes…………………………………………………………………………..… 2

I.2.1.1. Liaison par transfert d’électrons : liaison ionique…………………………………..… 2

I.2.1.2. Liaison par mise en commun d’électron…………………………………………..….. 2

I.2.1.3. Liaison par mise en commun d’électron anarchique : liaison métallique………..…… 3

I.2.2. Liaisons faibles……………………………………………………………………..…….. 3

I.2.2.1. Liaison hydrogène……………………………………………………………..……… 3

I.2.2.2. Liaison de VAN DER WAALS……………………………………………..………... 4

I.2.2.3. Liaisons hydrophobes……………………………………………………..…………... 4

CHAPITRE II : STRUCTURE ET PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES

DES GLUCIDES……………………………………………………………………………..... 5

II.1. CARACTERES GENERAUX DES GLUCIDES………………………………………. 5

II.1.1. Définition………………………………………………………………………………... 5

II.1.2. Répartition et rôle dans la nature………………………………………………………... 5

II.1.3. Classification des glucides………………………………………………………………. 5

II.2. OSES………….…………………………………………………………………………..... 6

II.2.1. Structure linéaire des oses..………………………………………………………………. 6

II.2.1.1. Définition……………………………………………………………………………… 6

II.2.1.2. Nomenclature de base des oses……………………………………………………….. 6

II.2.1.3. Isomérie : centre de chiralité.………………………………………………………….. 7

II.2.1.4. Filiation des oses………………………………………………………………………. 10

II.2.1.5. Nomenclature D et L des oses………………………………………………………… 12

II.2.1.6. Formes d’isomérie………………….………………………………………………..... 13

II.2.1.7. Epmérisation des oses…………………………………………………………………. 14

II.2.1.8. Interconversion des oses………………………………………………………………. 15

II.2.2. Structure cyclique des oses……………...………………………………………………... 15

II.2.2.1. Objections à la formule linéaire des oses……………………………………………… 15

II.2.2.2. Conséquence de la cyclisation………………………………………………………… 17

II.2.2.3. Représentation cyclique en perspective de HAWORTH……………………………… 17

II.2.2.4. Mutarotation…………………………………………………………………………… 20

II.2.2.5. Conformation spatiale des structures cycliques…………..…………………………... 21

II.2.2. Propriétés physico-chimiques des oses…………………….……………………………... 22

II.2.2.1. Propriétés physiques………………………………………..…………………………. 22

II.2.2.2. Propriétés spectrales…………………………………………..………………………. 22

II.2.2.3. propriétés optiques……………………………………………...……………………... 23

II.2.3. Propriétés chimiques des oses………………………………………..…………………… 23

II.2.3.1. Propriétés dues à la fonction carbonyle…………………………..…………………... 23

II.2.3.2. Propriétés dues à la fonction alcool………………………………..………………….. 26

II.3. DERIVES D’OSES………….…………………………………………..………………… 30

II.3.1. Désoxyoses…………...…………………………………………………………………… 30

II.3.2. Dérivés amines : les osamines…………….……………………………….……………… 30

II.3.3. Dérivés acides d’oses biologiques………………………………………………………... 31

II.3.3.1. Acides aldoniques…………………..…………………………………………………. 31

II.3.3.2.Acides uroniques……………………...……………………………………………….. 32

II.3.3.2. Acide sialique ou Acide N-acétylneuraminique (NANA)…………………………….. 32

II.3.3.3. Acide L-ascorbique (ou vitamine C)………………………………………………….. 32

II.4. OSES D'INTERET BIOLOGIQUE…………………………………………..…………. 32

II.4.1. Trioses………………………………………………………………..………….………... 32

II.4.2. Tétroses………………………………………………………………..…………..……… 33

II.4.3. Pentoses………………………………………………………………..…………..……… 33

II.4.3.1. D-ribose……………………………………………………………..………………… 33

II.4.3.2. Désoxy-2-D-ribose…………………………………………………..………….…….. 34

II.4.3.3. D-xylose………………………………………………………………..……….……... 34

II.4.3.4. L-arabinose……………………………………………………………..……………... 34

II.4.3.5. D-arabinose……………………………………………………………..…………….. 35

II.4.3.6. D-ribulose………………………………………………………………..……………. 35

II.4.4. Hexoses…………………………………………………………………………………… 35

II.4.4.1. D-glucose……………………………………………………………………………... 35

II.4.4.2. D-galactose………………………………………………………………………….… 36

II.4.4.3. D-mannose……………………………………………………………………….…… 36

II.4.4.4. Fructose (lévulose)………………………………………………………………..…... 36

II.4.5. Heptoses…………………………………….………………………………………..…… 37

II.4. OSIDES……………………………………….……………………………………..……... 37

II.4.1. Holosides…………………………………….……………………………………..……... 37

II.4.1.1. Oligosides……………………………………………………………..………………. 37

II.4.1.2. Polyosides……………………………………………………………..……….……… 44

II.4.2. Hétérosides………………………………………………………………..……..………... 49

CHAPITRE 3 : STRUCRURE ET PROPRIETES

PHYSICOCHIMIQUE DES LIPIDES……………………………………….……….……… 50

III.1. DEFINITION…………………………………………………………….……..………… 50

III.2. ROLE BIOLOGIQUE…………………………………………………….…..…………. 50

III.3. ACIDES GRAS (AG)……………………………………………………………………. 50

III.3.1. Définition……………………………………………………………….…….………….. 50

III.3.2. Numérotation des carbones des acides gras……………..……….…………….…..…….. 50

III.3.3. Nomenclature…………………………………………………………………….….…… 51

III.3.3.1. Cas des acides gras saturés………………………………..…………………..….…. 51

III.3.3.2. Cas des acides gras insaturés……………………………………………………….. 51

III.3.4. Acides gras saturés Cn : 0………...……………………………………………………… 53

III.3.4.1. Acides gras saturés non ramifiés ou à chaine linéaire………..…………………….. 53

III.3.4.2. Acides gras saturés à chaine ramifiée………………………………..………….….. 54

III.3.5. Acides gras insaturés…………………………………………………...……...………… 54

III.3.5.1. Acides gras mono-insaturés………………………………………………..……... 54

III.3.5.2. Acides gras polyinsaturés…………………………………………………………. 55

III.4. PROPRIETES PHYTSICO-CHIMIQUES DES ACIDES GRAS……………………. 56

III.4.1. Propriétés physiques…………………………………………………...………………… 56

III.4.1.1. Solubilité…………………………………………………………………………... 56

III.4.1.2. Densité (masse volumique)……………………………………………………….. 57

III.4.1.4. Point de fusion…………………………………………………………………….. 57

III.4.1.4. Point d’ébullition………………………………………………………………….. 57

III.4.2. Propriétés chimiques des acides gras……………………….……………………………. 57

III.4.2.1. Propriétés dues à la présence de COOH…………………………………………... 57

III.4.2.2. Propriétés dues à la présence de la double liaison………………………………… 58

III.5. CLASSIFICATION DES LIPIDES…………………………………………………….. 61

III.5.1. Lipides simples…………………………………..………………………………………. 61

III.5.1.1. Glycerides…………………………………………………………………………. 61

III.5.1.2. Glycéroglycolipides……………………………………………………………….. 65

III.5.1.3. Cérides…………………………………………………………………………….. 65

III.5.1.3. Stérides……………………………………………………………………………. 67

III.5.2. Lipides complexes……………………………………….………………………………. 67

III.5.2.1. Phosphoglycérolipides ou phospholipides………………………………………… 67

III.5.2.2. Sphingolipides…………………………………………………………………….. 70

III.5.2.3. Glycolipides……………………………………………………………………….. 71

III.5.2.4. Stéroïdes…………………………………………………………………………... 72

CHAPITRE 4 : STRUCRURE ET PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES. DES

ACIDES AMI NES, PEPTIDES ET PROTEINES……………………………….………….. 75

IV.1. LES ACIDES AMINES (AA)………………………………………………..………….. 75

IV.1.1. Définition……………………………………………………………….……….………. 75

IV.1.2. Structure et classification des 20 acides aminés naturels…………………..………..….. 75

IV.1.3. Propriétés physiques des acides aminés……………………………………….………… 78

IV.1.3.1. Solubilité et point de fusion………………………………………………………. 78

IV.1.3.2. Propriétés optiques : le pouvoir rotatoire…………………………………………. 78

IV.1.3.3. Absorption lumineuse dans l’ultraviolet………………………………………….. 78

IV.1.4. Propriétés chimiques des acides aminés…………………………….…………………… 79

IV.1.4.1. Propriétés ioniques (ou acido-basiques)………………………………………….. 79

IV.1.4.2. Propriétés dues à la fonction acide carboxylique –COOH……………………….. 82

IV.1.4.3. Propriétés dues à la fonction amine primaire –NH2……………………………… 84

IV.1.4.4. Propriétés dues aux fonctions –COOH et -NH2 conjointes….…………………… 86

IV.1.4.5. Propriétés chimiques dues aux chaînes latérales…………….……………………. 87

IV.1.5. Techniques de séparation des acides aminés…………………………………….………. 88

IV.1.5.1. Electrophorèse…………………………………………………………………….. 88

IV.1.5.2. Chromatographie………………………………………………………………….. 88

IV.2. PEPTIDES……………………………………………………………………………….. 91

IV.2.1. Liaison peptidique………………………………………………………………..……… 91

IV.2.2. Classification des composés protidiques………………………………………………… 91

IV.2.3. Chaînes peptidiques et leur nomenclature………………………………….…………… 92

IV.2.4. Propriétés de la liaison peptidique et des peptides……………………….……………… 93

IV.2.5. Détermination de la séquence d’un peptide………………………….………………….. 94

IV.2.5.1. Détermination de la composition brute en AA d’un peptide……………………… 94

IV.2.5.2. Détermination des extrémités N et C terminales d’un peptide…………….……… 96

IV.2.5.3. Fragmentation de la chaine………………………………………………….…….. 99

IV.2.6. Quelques peptides d’intérêt biologique ou alimentaire……………………………… 100

IV.2.6.1. Peptides hormonaux………………………………………………………………. 100

IV.2.6.2. Glutathion………………………………………………………………..….…….. 101

IV.2.6.3. Peptides antibiotiques……………………………………………………….…….. 101

IV.2.6.4. Peptides d’intérêt alimentaire…………………………………………………….. 101

IV.3. PROTEINES……………………………………………………………………………… 102

IV.3.1. Classification des protéines……………………………………………………………… 102

IV.3.2. Fonctions des protéines…………………………………………………………………. 102

IV.3.3. Structure des protéines………………………………………………………………….. 103

IV.3.3.1. Structure primaire (Iaire)……………………………………………………………….. 103

IV.3.3.2. Structure secondaire (IIaire)……………………………………………………………. 103

IV.3.3.3. Structure tertiaire (IIIaire)……………………………………………………………… 105

IV.3.3.4. Structure quaternaire (IVaire)………………………………………………………….. 106

IV.3.4. Propriétés des protéines……………………………………………………………….... 107

IV.3.4.1. Solubilité…………………………………………………………………………. 107

IV.3.4.2. Dénaturation……………………………………………………………………… 107

IV.3.2.3. Propriétés optiques……………………………………………………………….. 107

IV.3.2.4. Propriétés ioniques……………………………………………………………….. 108

IV.3.4.5. Propriétés chimiques……………………………………………………………… 108

IV.3.4.6. Propriétés antigéniques…………………………………………………………… 108

LISTE DES FIGURES

Page

Figure 01 : niveaux structuraux de l’organisation biologique………………………….…… 1

Figure 02 : molécule d’eau…………………………………………………………………. 3

Figure 03 : organisation des dipôles de l’eau………………………………………………. 4

Figure 04 : classification des glucides……………………………………………………… 6

Figure 05 : description d’un polarimètre……………………………………………………. 8

Figure 06 : voie de synthèse de KILIANI –FISHER……………………………………….. 10

Figure 07 : voie de dégradation de WOHL-ZEMPLEN……………………………………. 11

Figure 08 : filiation des D-Aldoses…………………………………………………………. 11

Figure 09 : filiation des D-Cétose………………………………………………………….. 12

Figure 10 : cyclisation du glucose selon TOLLENS……………………………………….. 17

Figure 11 : cyclisation des Aldoses en C1-C5……………………………………………….. 18

Figure 12 : cyclisation des Aldoses en C1-C4………………………………………………. 18

Figure 13 : cyclisation des Cétoses en C2-C6………………………………………………. 19

Figure 14 : cyclisation des Cétoses en C2-C5………………………………………………. 19

Figure 15 : phénomène de mutarotation du D-Glucopyranose……………………………... 21

Figure 16 : positions principales de la conformation spatiale des D-Aldoses……………… 21

Figure 17 : position principale de la conformation spatiale des D-Cétoses………………… 22

Figure 18 : structure de l’acide oléique…………………………………………………….. 52

Figure 19 : acide élaïdïque………………………………………………………………….. 52

Figure 20 : structure de l’acide palmitoléique………………………………………………. 54

Figure 21 : structure de l’acide oléique……………………………………………………... 55

Figure 22 : structure de l’Acide linoléique…………………………………………………. 55

Figure 23 : structure de l’Acide arachidonïque…………………………………….............. 56

Figure 24 : structure de l’Acide α-linolénique……………………………………................ 56

Figure 25 : disposition en film monocouche et en micelles des acides gras………………... 57

Figure 26 : formule générale d’un acide aminé…………………………………………….. 79

Figure 27 : titration de l’Alanine par la soude……………………………………………… 81

Figure 28 : formation de la cystine…………………………………………………………. 87

Figure 29 : dispositif de l’électrophorèse…………………………………………………… 88

Figure 30 : dispositif de la CCM……………………………………………………………. 89

Figure 31 : chambre de migration de la CCM………………………………………………. 89

Figure 32 : chromatogramme d’élution des acides aminés………………………………… 91

Figure 33 : classification des composés protidiques……………………………………...… 92

Figure 34 : structure Iaire des protéines……………………………………………………… 103

Figure 35 : conformation α de la structure IIaire des protéines……………………………… 104

Figure 36 : feuillet β de la structure IIaire des protéines……………………………………... 104

Figure 37 : interactions impliquées dans la structure tertiaire des protéines……………….. 106

Figure 38 : structure macromoléculaire de l’hémoglobine…………………………………. 106

LISTE DES TABLEAUX

Page

Tableau 01 : classification des sucres simples en fonction du nombre de

carbone et la nature de la fonction carbonyle……………………………..…. 7

Tableau 02 : acides gras saturées les plus courants………………………………………… 53

Tableau 03 : classification des AA selon la composition chimique

et la nature du radical R………………………………………………………. 76

Tableau 04 : exemples d’exopeptidases avec leurs spécificités…………………………….. 95

Tableau 05 : exemples d’endopeptidases avec leurs spécificités……………………………. 96

INTRODUCTION A L’ETUDE DE LA

BIOCHIMIE

Cours de Biochimie Structurale (2ème année LMD) Elaboré par LAMARI Assia Mars 2014

1

INTRODUCTION A L’ETUDE DE LA BIOCHIMIEL’organisation biologique correspond à une hiérarchie de niveaux structuraux. Chacun de ceux-ci

s’édifie sur les niveaux inférieurs. A la base se trouvent les atomes (dérivé du mot grecque atomos =

insécable), unités chimiques de la matière. Elles s’agencent en molécules biologiques simples à partir

des quelles sont formées les molécules organiques complexes, regroupées dans quatre classes

principales : les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques.

Un grands nombre de celles-ci forment des structures minuscules appelées organites (Ex : noyau,

mitochondrie, appareil de golgi, réticulum) qui à leurs tour, sont composantes des cellules (unité

structurale et fonctionnelle des organismes). Les cellules semblables se regroupent en tissus. Les

arrangements particuliers de différents tissus forment des organes (Ex : cœur, poumons, etc.) ; les

organes sont réunis dans des systèmes (Ex : système respiratoire) qui s’assemble pour donner les

organismes (Ex : être humain, un végétal ou un animal), et les organismes constituent le vivant

(Figure 01).

Ainsi, la biochimie peut être définie comme la science des bases chimiques de la vie (en grec bios =

vie). La cellule est l’unité structurale des systèmes vivants. On peut donc définir la biochimie comme

étant la science qui étudie les constituants chimiques des cellules. La biochimie a pour but de décrire et

d’expliquer en termes moléculaires, tous les processus chimiques anaboliques et cataboliques des

cellules vivantes.

Figure 01 : niveaux structuraux de l’organisation biologique


1












(Figure 01).





cellules vivantes.



1












(Figure 01).





cellules vivantes.


CHAPITRE I

LIAISONS CHIMIQUES


2

CHAPITRE I : LIAISONS CHIMIQUES

I.1. INTRODUCTION

La matière est la substance qui forme l’univers. On peut presque toujours la voir et la toucher. Plus

précisément, c’est tous ce qui occupe un volume et possède une masse. Toute matière est constituée de

substances appelées élément. Un élément chimique est constitué d’un seul type d’atomes. On en trouve

92 dans la nature. Quatre éléments (le carbone, l’oxygène, l’hydrogène et l’azote) représentent 96 % de

la matière vivante. Ces quatre éléments : C, O, H, N avec S, P, Cl, Na, K, Ca, Mg constituent 99 %

organismes vivants sont qualifiés d’éléments majeurs ou macroéléments ou encore d’élément

plastiques ; les autre éléments tels que le Fe, Zn, Cu, Mn, F, I, etc.que la matière vivante renferme à

l’état de trace, sont les oligoéléments, dont le rôle est essentiellement catalytique.

Les diverses molécules qui constituent pondéralement l’essentiel de la matière vivante résultent de

l’assemblage de plus de deux atomes, des éléments précédemment invoqués, liés entre eux par des

liaisons chimiques dites interatomiques. Les molécules ainsi formées se lient ensuite entre elles

toujours par des liaisons chimiques dites intermoléculaires.

I.2. CLASSIFICATION DES LIAISONS CHIMIQUES

Il est habituel de considérer deux types de liaisons chimiques : la liaison chimique forte et la liaison

chimique faible.

I.2.1. Liaisons fortes

La construction des liaisons fortes est une conséquence d’un principe de stabilité de la matière connu

sous le nom de principe de l’octet. Au cours de ses combinaisons chimiques, les atomes tendent à

obtenir au niveau de leurs couches électroniques les plus externes (couche de valence), une saturation

électrique égale à celle du gaz rare qui précède ou qui suit chaque élément dans la classification de

MENDELEEV. Pour se faire, ils doivent soit mettre en commun des électrons de valence soit les

transférer complètement.

I.2.1.1. Liaison par transfert d’électrons : liaison ionique

Une liaison ionique est créée lorsque des électrons passent d’un atome à l’autre ce qui conduit à

l’apparition de deux ions de charges opposées. Etant donné que les charges opposées s’attirent, ces

ions tendent à rester voisins. Exemple de liaisons ioniques, le chlorure de sodium (NaCl).

I.2.1.2. Liaison par mise en commun d’électron

Un transfert complet d’électrons n’est pas toujours nécessaire pour que les atomes atteignent un état

stable. Chaque atome peut également compléter sa couche de valence au moins une partie du temps

en partageant des électrons. Ce partage d’électrons entre les atomes peut être soit bilatéral,

unilatéral ou bien anarchique.


3

a. Liaison par mise en commun d’électron bilatérale : liaison de covalence

Les électrons de valence sont mis en commun de manière équilibrée entre les atomes. Les

molécules ainsi formés sont équilibrées électriquement et on les appelle molécules non polaire.

Exemple : la molécule d’hydrogène (H2).

b. Liaison par mise en commun d’électron unilatérale : liaison de coordinance

Encore appelée liaison de coordination qui correspond à une mise en commun unilatérale des

électrons : l’un des atomes fournit des électrons, alors que l’autre offre une orbitale vide, il y a donc

un donneur et un receveur. La répartition des paires d’électrons n’est donc pas équilibrée puisque

ceux-ci passent plus de temps au voisinage de l’atome réceptrice qui est la plus électronégative. Ce

qui conduit à l’apparition de deux pôles et on dit que c’est une molécule polaire.

Exemple : la molécule d’eau (H2O).

Figure 02 : molécule d’eau

I.2.1.3. Liaison par mise en commun d’électron anarchique : liaison métallique

Cette liaison est caractéristique de la structure des métaux et ne présente aucun intérêt particulier

dans la chimie organique.

I.2.2. Liaisons faibles

Les liaisons chimiques faibles jouent un rôle important dans les organismes. Se sont toutes les liaisons

qui se forment entre les molécules : intermoléculaires et celles qui se forment entre différentes régions

d’une même molécule pour donner le statut tridimensionnelle qui la caractérise. Elles comprennent :

I.2.2.1. Liaison hydrogène

La liaison hydrogène est une liaison faible (4 à 8 Kcal/mol) qui apparait entre un atome

d’hydrogène, déjà engagé dans une liaison covalente et porteur d’une charge positive et un atome

accepteur, déjà engagé dans une liaison covalente et porteur d’une charge négative.

Exemple : liaison hydrogène dans l’organisation des dipôles de l’eau.


4

Figure 03 : l’organisation des dipôles de l’eau

I.2.2.2. Liaison de VAN DER WAALS

Même une molécule ayant des liaisons covalente non polaires peut présenter des régions chargées

négativement et d’autres positivement étant donné que les électrons ne sont pas répartis de façon

symétrique dans la molécule et ils peuvent à tout moment se retrouver rassemblée par hasard dans

l’une ou l’autre de ses parties. Les liaisons de VAN DER WAALS n'apparaissent que lorsque les

atomes sont très proches. Elles résultent de l’attraction de ces dipôles transitoire générée par le

mouvement rapides des électrons autour de leur noyau chargé positivement. Ces forces représentent

donc l'attraction électrostatique entre le noyau d'un atome et les électrons d'un autre atome.

I.2.2.3. Liaisons hydrophobes

Les molécules dépourvues de groupes chargés ou d'atomes capables de former des liaisons

hydrogène sont dénommées substances hydrophobes. Les liaisons hydrophobes ne sont pas, à

proprement parler des liaisons chimiques, dans le sens où il n’existe pas d’interaction spécifique et

directe entre deux atomes. Elles se réfèrent à l’auto-association des groupements non polaires dans

un milieu aqueux. Elles résultent de la nécessité de minimiser leurs interactions défavorables du

point de vue énergétique avec l’eau.

CHAPITRE II

STRUCTURES ET PROPRIETES

PHYSICOCHIMIQUES DES GLUCIDES


5

CHAPITRE II : STRUCTURES ET PROPRIETES

PHYSICO-CHIMIQUES DES GLUCIDES

II.1. Caractères généraux des glucides

II.1.1. Définition

Les glucides appelés auparavant hydrates de carbone sont des biomolécules qui ont pour formule brute :

Cn (H2O) n caractérisées par la présence de chaînons carbonés porteurs de groupements hydroxyles

(OH), et d’une fonction carbonyle (aldéhydique ou cétonique), et éventuellement de fonctions

carboxyle (COOH) ou amine (NH2). Ils sont produits dans les plantes par photosynthèse à partir d’eau

et du CO2 de l’air.

II.1.2. Répartition et rôle des glucides dans la nature

Ils sont largement répandus chez tous les êtres vivants ou ils peuvent jouer plusieurs rôles :

- Rôle structural : où ils interviennent comme :

- Eléments de soutien (cellulose), de protection et de reconnaissance dans la cellule.

- Eléments de réserve des végétaux (amidon) et animaux (glycogène).

- Constituants de molécules fondamentales tels que les acides nucléiques, coenzymes, vitamines, etc.

- Ils représentent un fort pourcentage de la biomasse.

- Rôle 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 sous forme de glycogène.

- La place du glucose

- Principal carburant des tissus et du fœtus.

- Tous les glucides alimentaires sont absorbés sons forme de glucose ou convertis en glucose dans le

foie.

- Tous les glucides sont synthétisés à partir du glucose dans l’organisme.

II.1.3. Classification des glucides

Il existe une multitude de types de sucres différents, rendant cette famille de molécules très complexes.

Les fonctions ou applications de chacune sont intimement liées à leurs structures et conformation. On

distingue deux grandes classes : les oses qui sont des monosaccharides (tel que le glucose, le galactose

ou le fructose) et les osides qui sont des polymères d’oses (Figure 04).


6

Figure 04 : classification des glucides

II.2. OSES

II.2.1. Structure linéaire des oses

II.2.1.1. Définition

Les oses appelés aussi sucres simples ou monosaccharides sont des molécules non hydrolysables qui

portent la plupart du temps, de 3 à 7 atomes de carbone et (n-1) fonction alcool ou hydroxyle et une

fonction réductrice carbonylée, soit :

- aldéhyde (-CHO) dans ce cas l'ose est un aldose

- ou cétone (>C=O) dans ce cas l'ose est un cétose

II.2.1.2. Nomenclature de base des oses

Les oses les plus simples ont trois atomes de carbone : le glycéraldéhyde et le dihydroxyacétone qui

sont des isomères de fonction.

Les oses peuvent être classés de deux manières :


7

- Par le nombre de carbones de leur squelette (3 : trioses, 4 : tétroses, 5 : pentoses, 6 : hexoses, etc.)

- Par la nature de la fonction du carbonyle (aldéhyde : aldoses ou cétone : cétoses).

Les deux classifications peuvent être combinées pour donner les différents groupes d’oses rapportés

dans le tableau 01.

Tableau 01 : classification des sucres simples en fonction du nombre de carbone et la nature de la

fonction carbonyle

3C : triose 4C : tétrose 5C : pentose 6C : hexose 7C : heptoses

Aldose aldotriose aldotétrose aldopentose aldohexose aldoheptose

Cétose Cétotriose cétotétrose cétopentose cétohexose cétoheptose

Sur la projection de FICSHER, les atomes de carbone d'un ose sont numérotés d’une extrémité à

l’autre de la chaîne carbonée dans le sens qui donne l’indice ou le nombre le plus faible à l’atome de

carbone le plus oxydé (le carbone qui porte la fonction carbonyle).

II.2.1.3. Isomérie : centre de chiralité

a. Notion de carbone asymétrique

Un carbone est dit asymétrique s’il porte 4 substituants différents. Il est souvent noté C*.

Le cas de l’ose le plus simple est le glycéraldéhyde. Dans la molécule de glycéraldéhyde, le carbone

C2 portant 4 substituants différents : CH2OH, CHO, OH et H. Il est dit carbone asymétrique (C*). Cet

atome de carbone est un centre de chiralité


8

Les substances organiques possédant un carbone asymétrique sont douées d’une activité optique car

leurs molécules sont dépourvues d’un élément de symétrie (axe ou plan). Le Dihydroxyacétone : DHA

(cétotriose) n'a pas de carbone asymétrique et donc aucune activité optique. Il se présente sous une

seule forme.

b. Notion de pouvoir rotatoire

Si un faisceau de lumière monochromatique traverse un cristal de calcite (CaCO3) il en sort deux

rayons. La lumière de l’un des rayons vibre dans un plan qui est perpendiculaire au plan de vibration

de la lumière de l’autre rayon. Si un faisceau lumineux polarisé dans un plan traverse une solution de

certaines substances tels que les glucides, le plan de polarisation est dévié selon un angle qui est

fonction de la longueur d’onde de la lumière utilisée, de la température, de la nature de la substance et

de la nature de la solution. Une telle substance est dite douée d’activité optique. La valeur de l’angle de

déviation du plan de polarisation est mesurée à l’aide d’un polarimètre. La lumière monochromatique

utilisée est le plus souvent la raie D du sodium de longueur d’onde λ =589 nm. Les mesures sont en

général faites à la température de 20 °C (figure 05).

Figure 05 : description d’un polarimètre

Le pouvoir rotatoire est exprimé par la loi de BIOT dont la formule est la suivante :[ ] ° = [ ] ° = ×α : angle de rotation du plan de polarisation, mesuré en degrés ( ° ) au polarimètre

C : concentration de la substance en g/ ml

l : trajet optique = longueur du tube contenant la solution, exprimée en dm[ ] ° : pouvoir rotatoire spécifique (PRS) du sucre en question mesuré en : ° .g-1.cm3.dm-1 ou en :

° .mol-1.cm3.dm-1, dans les conditions standards de : température T° = 20°C et de longueur d’onde λ

=589 nm.

Exemples de valeurs de pouvoir rotatoire spécifiques :

- D-Glucose à l’équilibre : [ ] ° = + 52,5°.g-1.cm3.dm-1


9

- α D-Glucose : [ ] ° = + 112,2°.g-1.cm3.dm-1

- ß D-Glucose : [ ] ° = + 18,7°.g-1.cm3.dm-1

- D-fructose à l’équilibre : [ ] ° = - 92,4°.g-1.cm3.dm-1

NB : lorsqu’une solution contient plusieurs substances optiquement actifs, les angles de déviation du

plan de polarisation de la lumière dus à chaque substance optiquement active s’additionnent et le

pouvoir rotatoire mesuré du mélange est donc égal à la somme des pouvoirs rotatoires de chacune des

substances : = ∑ ([ ] . . )c. Application de la notion de pouvoir rotatoire aux oses

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. Dans le cas du

glycéraldéhyde, la configuration spatiale montre deux formes non superposables mais l’une est l’image

de l'autre dans un miroir : une déviant la lumière polarisée à droite dite Dextrogyre (D) et noté (+)

appelé D-glycéraldéhyde et l’autre déviant la lumière polarisée à gauche dite Lévogyre (L) et noté (-)

appelé L-glycéraldéhyde. On parle alors d’isomères optiques ou énantiomères.

D-glycéraldéhyde : [ ] ° = + 14 ° g-1.cm3.dm-1 L-glycéraldéhyde : [ ] ° = - 14 ° g-1.cm3.dm-1

Un mélange équimolaire de deux énantiomères est optiquement inactif : il est dit racémique.

Les propriétés chimiques et physiques des énantiomères sont en général identiques à l'exception d'une

propriété physique : le pouvoir rotatoire.

Lorsqu'une molécule a plusieurs centres de chiralité, on parle de diastéréoisomérie. De façon générale

pour n carbones asymétriques (C*), nous aurons 2n stéréoisomères.

Exemples :

- Le glucose a 4 C*, il possède 24 = 16 stéréoisoméries. 8 sont de la série D, et 8 de la série L. Parmi

les 8 stéréoisomères de la série D, l’un correspond au D-glucose.

Pour les aldoses à n atomes de carbone on a (n-2) C* et donc 2n-2 stéréoisomères.


10

- le fructose a 3 C*, possède 23 = 8 stéréoisoméries. 4 sont de la série D, et 4 de la série L. Parmi les

4 stéréoisomères de la série D, l’un correspond au D-fructose.

Pour les cétoses à cause de la position de leur groupement carbonyle dans la chaîne carbonée, on a un

C* de moins que leurs aldoses isomères. Donc pour les cétoses à n atomes de carbone on a (n-3) C* et

donc 2(n-3) stéréoisomères.

II.2.1.4. Filiation des oses

A partir du glycéraldéhyde (D ou L) on peut augmenter le nombre d’atomes de carbone de la chaîne,

en allongeant par son extrémité C1 : on passe du triose au tétrose, puis au pentose et enfin à l’hexose.

a. Synthèse cyanhydrique de KILIANI-FISCHER

La voie de synthèse de KILIANI –FISHER permet de passer d’un ose à son homologue supérieur. Les

réactions permettent l’addition d’un carbone asymétrique, porteur d’une fonction alcoolique, sur un

aldose préexistant sous l’action de l’acide cyanhydrique (HCN). L’acide cyanhydrique s’additionne sur

la fonction aldéhyde pour former un cyanhydrine. Par hydrolyse, il est possible de passer à l’amide,

puis à l’acide aldonique et de là par réduction en l’aldéhyde par l’amalgame de sodium en milieu

acide, c'est-à-dire à un nouvel aldose possédant un atome de carbone de plus (Figure 6). Ainsi, à partir

du D-glycéraldéhyde, on obtient : 2 tétroses, 4 pentoses et 8 hexoses.

Figure 06 : voie de synthèse de KILIANI –FISHER

b. Dégradation de WOHL-ZEMPLEN

A l’inverse de la méthode de synthèse cyanhydrique de KILIANI-FISCHER, on peut démontrer la

filiation des oses par dégradation. Dans un premier temps, l’action de l’hydroxylamine en milieu

faiblement alcalin conduit à l’oxime. Dans un deuxième temps, l’action de l’anhydride acétique en

milieu acétate de sodium transforme l’oxime en une cyanhydrine. Dans un troisième temps, l’action du


11

méthylate de sodium (NaOCH3) entraine l’élimination du groupe nitrile et conduit à un ose ayant un

atome de carbone de moins que l’aldose initial (Figure 07).

Figure 07 : voie de dégradation de WOHL-ZEMPLEN

Remarque : La filiation des sucres s’arrête aux hexoses, mais on connaît des cas rares d’heptoses chez

certains microorganismes bactériens, entrant dans la constitution de lipopolysacharides.

Figure 08 : filiation des D-Aldoses


12

Figure 09 : filiation des D-Cétoses

NB : les 16 isomères de l’aldohexose n’existent pas tous dans la nature. On ne connaît que trois

aldohexoses naturels : le glucose, le mannose et le galactose de la série D. Parmi ces trois isomères, le

glucose est de loin le plus abondant soit sous forme libre soit sous forme polymérisée.

II.2.1.5. Nomenclature D et L des oses

- Tous les aldoses seront préfixés par les lettres D ou L en référence à la configuration du

glyceréldéhyde. C’est la position du OH porté sur le C* voisin de la fonction alcool primaire la plus

éloignée de la fonction aldéhyde : (n-1)ème qui détermine la série D ou L (toujours par analogie au D

ou L glycéraldéhyde).


13

- Tous les cétoses seront préfixés par les lettres D ou L en référence à la configuration de l’érythrulose

(un cétotétrose). C’est la position du OH porté sur le C* voisin de la fonction alcool primaire la plus

éloignée de la fonction cétone : (n-1) ème qui détermine la série D ou L (toujours par analogie au D ou

L érythrulose).

L'ose appartient à la série D de Fischer si sur le C* (n-1) le OH est à droite et il appartient à la série L

si sur le C* (n-1) le OH est à gauche.

Les lettres D et L placées avant le nom de l’ose ne sont donc qu’une indication de série et ils ne

présument en rien le sens du pouvoir rotatoire. Celui-ci ne pouvant être déterminé

qu’expérimentalement par le polarimètre. Le sens de déviation de la lumière polarisée est indiqué par

les signes :

(+) : déviation de la lumière polarisée à droite

ou (-) : déviation de la lumière polarisée a gauche.

Exemple : le D-glycéraldéhyde est dextrogyre : D (+) dévient la lumière à droite et le D-fructose est

lévogyre : D (-) dévient la lumière à gauche.

II.2.1.6. Formes d’isomérie

a. Enantiomérie : deux isomères sont dits énantiomères s’ils différant par la configuration absolue de

tous leurs carbones asymétriques et sont images l'un de l'autre dans un miroir.


14

b. Diastéréoisomèrie : deux isomères sont dits diastoisomères si la différence porte sur un nombre de

C* compris entre 1 et leur nombre total n de C*.

Exemple : le D-glucose et le D-gulose sont diastéréoisomères car ils diffèrent par les configurations de

2 sur 4 de leurs C*.

c. Epimérie : deux épimères sont deux isomères ne différant que par la configuration absolue d'un

seul C*.

Exemples :

- Le D-érythrose et le D-thréose sont épimères au niveau du C2

- Le D-glucose et le D-galactose sont épimères au niveau du C4.

II.2.1.7. Epimérisation des oses

Le passage d’un épimère à l’autre, ou EPIMERISATION est possible, soit par voie chimique, soit par

voie enzymatique. L’étude du métabolisme intermédiaire chez l’homme montrera que l’absence


15

d’épimérisation enzymatique du galactose en glucose est à l’origine d’une maladie grave du

nourrisson : la galactosémie congénitale.

II.2.1.8. Interconversion des oses (ou Réarrangement de LOBRY DE BRUYN-VAN EKENSTEIN)

L’interconversion des oses est la réaction équilibrée qui provoque la transformation partielle d’un

aldose en Cn en un cétose en Cn. L’aldose possédant un carbone asymétrique de plus que le cétose

correspondant, l’équilibre s’établit entre le cétose et les deux aldoses épimères.

L’interconversion peut être effectuée, comme l’épimérisation, soit par voie enzymatique’, soit par voie

chimique.

Exemple : La réaction d’interconversion à partir du glucose conduit à un mélange de glucose, de

fructose et de mannose.

II.2.2. Structure cyclique des oses

La structure linéaire de FISHER est une représentation commode de la structure des formules des oses

mais de nombreuses propriétés ne s’expliquent pas dans le cadre d’une formule linéaire dés que le

nombre de carbone est supérieur à 4 et il est nécessaire de faire appel à une formule cyclique.

II.2.2.1. Objections à la formule linéaire des oses

Les objections à la formules linéaire sont au nombre de 5 :

1ère objection : les oses ne colorent pas la fuchsine décolorée par le bisulfite (réactif de schiff) ce qui

est pourtant une propriété générale des aldéhydes et des cétones.

2ème objection : lorsqu’une fonction aldéhydique quelconque sous forme hydratée réagit avec un

alcool, on obtient un acétal, selon la réaction suivante :


16

Les fonctions aldéhydiques des oses ne permettent pas la formation d’acétals, mais seulement d’hémi-

acétals :

3ème objection : dans le cadre de la réaction suivante, le glucose (aldohexose) ne réagit pas avec le

méthanol en milieu acide de la même manière que les autres aldéhydes.

4ème objection : par réaction de méthylation, le glucose ne donne pas ce qui est prévisible

théoriquement (les alcools du C4 ou C5 ne sont pas méthylés).

5ème objection : le pouvoir rotatoire d’une solution de D-glucose fraîchement préparée diminue pour

se stabiliser au bout d’environ une heure. Ce changement traduit une modification de structure appelée

MUTAROTATION qui ne peut pas être expliquée par la forme linéaire.

Pour expliquer ces anomalies, TOLLENS, en 1883 a émit une hypothèse pour les expliquer et arriver à

une représentation cyclique du glucose : un pont osidique s’établit par formation d’une liaison hémi-

acétalique interne entre la fonction aldéhyde et une des fonctions alcool du même ose, formant ainsi

un cycle (figure 10).


17

Figure 10 : cyclisation du glucose selon TOLLENS

En effet un aldéhyde ou une cétone réagit avec un alcool pour former un hémi-acétal. Ici groupement

carbonyle et alcool sont présents dans une même molécule flexible, séparée par 2 ou 3 atomes de

carbone : ils peuvent réagir pour former un hémi-acétal interne pour obtenir une structure en cycles à

5 sommet : furan et on obtient un furanose ou à 6 sommet : pyran et on obtient un pyranose.

II.2.2.2. Conséquence de la cyclisation

La cyclisation fait apparaître un nouveau centre d’asymétrie (carbone asymétrique en position 1) le

groupement hydroxyle (OH) hémiacétalique en C1 des aldoses et C2 des cétoses peut être situé soit au

dessous du plan du noyau, soit au dessus. Cette nouvelle stéréoisomérie est appelée anomérie. Les

deux anomères sont distingués respectivement par les lettres α et ß.

II.2.2.3. Représentation cyclique en perspective de HAWORTH

a. Cyclisation des Aldoses

La réaction d’hémi-acétalisation interne peut avoir lieu avec la paire de carbone C1-C5 pour former un

hétérocycle à oxygène à 6 sommets : pyranose ou avec la paire de carbone C1-C4 pour former un

hétérocycle à oxygène à 5 sommets : furanose.


17

















17

















18

a.1. Formation de pyranose (C1-C5) (c’est une forme stable)

Figure 11 : cyclisation des Aldoses en C1-C5

a.2. Formation de furanose (C1-C4) (c’est une forme instable)


b. Cyclisation des Cétoses

L’hémi-acétalisation intra-moléculaire peut avoir lieu avec la paire de carbone C2-C6 pour former un




18










18










19

b.1. Formation de pyranose (C2-C6) (c’est une forme instable)

Figure 13 : cyclisation des Cétoses en C2-C6

b.2. Formation de furanose (C2-C5) (c’est une forme stable)


c. Règles de passage de la représentation de Tollens (RT) à la représentation d’Haworth (RH)

La représentation d’Haworth est la plus employée actuellement. Le cycle est perpendiculaire au plan

de la feuille ; les liaisons en trait fin sont derrière le plan de la feuille ; celles en trait épais sont en

avant de ce plan.


19








avant de ce plan.


19








avant de ce plan.


20

Les règles pour passer de la représentation de Tollens à celle d’Haworth sont les suivantes :

- les groupements OH qui se tournent à droite dans la représentation de Tollens sont en dessous du

plan horizontal formé par le cycle dans la représentation de Haworth et les groupements OH qui se

trouvent à gauche dans la représentation de Tollens sont au dessus du plan du cycle dans la

représentation de Haworth ;

- quand on cyclise un ose, si le OH entrant dans le pont oxidique est situé à droite, le CH2OH terminal

sera au dessus du plan du cycle. S’il est à gauche, le CH2OH sera au dessous du plan (cette règle est

valable quelque soit le OH entrant dans la cyclisation).

II.2.2.4. La mutarotation

Les oses (aldéhydiques ou cétoniques) en particulier les hexoses et les pentoses, ne se trouvent

pratiquement pas dans la nature sous la forme linéaire (à chaîne ouverte) proposée par FISCHER.

Cette dernière constitue une forme de transition en équilibre avec des formes cycliques appelées

pyranoses qui sont les formes habituelles des glucides.

Exemple du D-glucose :

Les deux glucopyranoses α et ß peuvent être isolés purs à l’état cristallisé, et leurs pouvoirs rotatoires

spécifiques sont différents :

α (D)-Glucose [α] = + 112,2°

ß (D)-Glucose [α] = + 18,7°

Lorsque l’on met en solution l’un et l’autre de ces anomères, on constate une évolution dans le temps

du pouvoir rotatoire de la solution qui, dans les deux cas, se stabilise après quelques heures à la valeur

de + 52.5°. Ce phénomène appelé MUTAROTATION, résulte de l’existence de l’équilibre tautomère

(les différentes formes qui peuvent exister pour une substance quelconque) entre les formes cycliques

et la forme linéaire (ouverte), par suite duquel le deux anomères α et ß se trouvent, en définitive, en

équilibre réciproque par l’intermédiaire de la forme ouverte. Le pouvoir rotatoire final de la

solution : 52.5°, est celui du mélange en équilibre des 2 anomères, contenant environ 64 % de la forme

ß-D-glucopyranose (la plus stable) et 36 % de la forme α-D- glucopyranose, plus une très faible

quantité de la forme ouverte (0,01 %). Cet équilibre ne s’établit qu’en solution, en présence des ions

H+ ou OH- de l’eau qui exercent un rôle catalytique. Toutefois, la configuration devient fixe et

définitive dans le cas des structures polyosidiques (Figure 15).


21

Figure 15 : phénomène de mutarotation du D-Glucopyranose

NB : la distinction entre les anomères α et ß est très importante sur le plan de la biochimie

métabolique. Les animaux supérieurs et l’Homme possèdent les enzymes nécessaires à la dégradation

des polyosides résultant de l’association d’anomères α : l’amidon et le glycogène sont des polymères

d’α-D-glucopyranose. A l’inverse, la cellulose résulte de la condensation de molécules de ß-D-

glucopyranose et, pratiquement, seuls les enzymes bactériens la dégradent, une capacité qui est mise à

profil par les ruminants.

II.2.2.5. Conformation spatiale des structures cycliques

a. Cycle pyrane

L’étude cristallographique a montré que le cycle pyrane n’est pas plan. Il peut adopter 2 principales

positions dans l’espace : forme chaise et bateau.

La conformation la plus stable est la forme chaise et celle-ci sera d'autant plus stable que les

substituants encombrants des carbones anomériques seront en positions équatoriales (Figure 16).

Forme bateau Formes chaises

Instable Stable Encombrante

Figure 16 : positions principales de la conformation spatiale des D-Aldoses


22

Dans le ß-D-glucopyranose, l'OH du carbone anomérique (C1) est en position équatoriale tandis que

dans l'α-D-glucopyranose il est en position axiale : le ß-D-glucopyranose sera plus stable que l'α-D-

glucopyranose.

b. Cycle furane

Les cycles furaniques ne sont pas planaires. La forme la plus probable est une forme à 4 atomes

coplanaires et le 5ème en dehors, donnant à la conformation une forme d’enveloppe.

Figure 17 : position principale de la conformation spatiale des D-Cétoses

II.2.2. Propriétés physico-chimiques des oses

II.2.2.1. Propriétés physiques

a. Solubilité

a.1. Les oses sont des molécules qui présentent plusieurs groupements hydroxyles (OH), ce qui

leur confère des propriétés polaires capable de multiples liaisons hydrogènes :

- avec l’eau : ce sont des molécules très hydrosolubles jusqu’à 3 M c-à-d 540 g/l qui donnent

des solutions aqueuses très visqueuses appelées des sirops.

- avec d’autres biomolécules : comme les protéines.

a.2. La solubilité des glucides dans les solvants organique est variable. Cependant, ils sont soluble

dans la pyridine, peu solubles dans l’éthanol et insolubles dans l’éther.

b. Cristallisation

Les oses cristallisent difficilement en solutions aqueuses. Toutefois, elle est facilitée par l’ajout

d’alcool (méthanol ou éthanol).

c. Thermodégradabilité

La structure des oses est thermodégradable et aboutit à une caramélisation.

II.2.2.2. Propriétés spectrales

Les oses n’absorbent pas dans le visible ou l’ultraviolet mais ils absorbent dans l’infra rouge où ils

présentent un spectre caractéristique.

II.2.2.3. Propriétés optiques

Elles se limitent au pouvoir rotatoire et à l’indice de réfraction. Ainsi :


22



glucopyranose.

b. Cycle furane






a. Solubilité








b. Cristallisation











22



glucopyranose.

b. Cycle furane






a. Solubilité








b. Cristallisation











23

- Chaque ose a un pouvoir rotatoire spécifique qui permet de l’identifier ;

- l’indice de réfraction de l’eau par rapport à l’air est de 1,333 à 20°C. si on y dissout un ose ou un

oside cet indice de réfraction va augmenter et continuera à augmenter avec la concentration de la

solution glucidique.

II.2.3. Propriétés chimiques des oses

On peut distinguer :

- Les propriétés dues à la fonction hémiacétalique ou carbonylée ;

- Les propriétés dues aux fonctions alcools ;

- Les propriétés dues à l’influence réciproques de la fonction hémiacétalique et des fonctions alcools.

II.2.3.1. Propriétés dues à la fonction carbonyle

a. Réduction des oses

Le groupement carbonyle des aldoses et les cétoses peut se transformer en fonction alcool par

traitement chimiques avec un borohydrure alcalin (NaBH4 ou LiBH4) pour obtenir des polyalcools

appelés : Alditols.

Exemple : la réduction de la fonction carbonyle du D-glucose conduit au D-glucitol (D-sorbitol)

Les noms des alditols s'obtiennent en remplaçant le suffixe -ose par le suffixe -itol.

- Le D-glucose donne le D-glucitol (D-sorbitol)

- Le D-mannose donne le D-mannitol

La réduction du D-fructose par NaBH4 donne un mélange équimoléculaire de D-glucitol et de D-

mannitol, alditols épimères en C2.

b. Oxydation des oses

b.1. Oxydation douce en milieu alcalin : oxydation ménagée


23
























23
























24

- Cas des Aldoses

Les oxydants doux comme le Brome (Br2), l’iode (I2) et l’acide nitrique dilué (NHO3) en milieu

alcalin oxydent la fonction aldéhydique des aldoses en groupement carboxyliques conduisant à la

formation d’acides aldoniques.

Exemple : le D-glucose est transformé en acide D-gluconique.

En solution aqueuse et après cyclisation en (1-4) ou en (1-5), l’acide D-gluconique est en équilibre

avec les deux lactones correspondantes : δ-gluconolactone et γ-gluconolactone.

- Cas des Cétoses

La fonction cétonique des cétoses n’est pas oxydée par l’iode ou le brome en milieu alcalin.

b.2. Oxydation par les sels de métaux lourds : pouvoir réducteur des oses

Certaines molécules d’oses possèdent un pouvoir réducteur (fournisseur d’électrons e- et de protons

H+). En milieu alcalin, les sels métalliques (cuivre, fer, argent, mercure, etc.) sont réduits par la

fonction pseudo-aldéhydique. C’est le cas de la liqueur de Fehling obtenue en mélangeant des

solutions de sulfate de cuivre (CuSO4), de tartrate double de sodium et de potassium et de potasse

(KOH). En présence de la liqueur de Fehling, il y a oxydation de l’ose par l’oxyde cuivrique (bleu),

qui se réduit à l’état d’oxyde cuivreux (rouge brique) insoluble qui se dépose ultérieurement, tandis

que l'aldose s'oxyde en acide aldonique selon la réaction suivante :

b.3. Oxydation forte ou oxydation nitrique : oxydation poussée

L'oxydation forte d'un aldose conduit à l'attaque simultanée de l'alcool primaire terminal et de

l'aldéhyde. On obtient un di-acide carboxylique appelé acide aldarique.


24

- Cas des Aldoses







- Cas des Cétoses














24

- Cas des Aldoses







- Cas des Cétoses














25

L'oxydation des cétoses par le HNO3 conduit à la coupure oxydante du squelette carboné.

c. Réaction d’addition et de substitution

c.1. Action des alcools et des phénols (addition) : formation d’osides

L’action des alcools conduit à la formation de méthyloses appelés les O-Hétérosides.

Exemple : Action du méthanol sur le glucose.

Avec un phénol, on aura :

Un O-glycoside n'a pas de pouvoir réducteur (il ne réduit pas les oxydes métalliques) et il n'est

pas capable d’effectuer la mutarotation.


25










25










26

c.2. Action de l’acide cyanhydrique (addition)

C’est la première étape de l’allongement des oses selon la méthode de Kiliani-Fischer (cf synthèse de

Kiliani-Fischer).

c.3. Action de l’ammoniac et des amines (substitution)

Les aldoses et les cétoses se condensent avec les amines primaires pour donner des imines cycliques

ou des N-Hétérosides.

c.4. Action des thiols (substitution)

En milieu acide, le groupement aldéhydique des aldoses se combine avec des thiols (R-SH) pour

donner naissance à des S-Hétérosides. Le groupement cétonique des cétoses par contre ne se

combinent pas.

II.2.3.2. Propriétés liées à la fonction alcool

a. Formation d’esters phosphoriques

Les fonctions alcool primaire et alcool secondaire des oses peuvent être estérifiées par l’acide

phosphorique (H3PO4) pour donner des esters phosphoriques. Ces composés sont très importants sur le

point de vue biologique car ils interviennent dans la majorité des réactions métaboliques. L’acide


26



Kiliani-Fischer).







combinent pas.







26



Kiliani-Fischer).







combinent pas.







27

phosphorique réagit avec l’alcool primaire du glucose pour donner le glucose -6-phosphate. Ce qui

correspond en fait à une énergisation du glucose.

b. Méthylation et formation d’éthers

Il s’agit d’une éthérification. La méthylation permet de fixer un - CH3 sur un OH pour donner des

éthers (R-O-CH3). Au laboratoire, la méthylation des oses se fait par des agents méthylants tels que

l’iodure de méthyle (ICH3) avec l’oxyde d’argent (Ag2O) ou bien avec du sulfate de diméthyle

(CH3)2SO4 en milieu alcalin (NaOH).

La méthylation peut être :

- ménagée : seul le OH de l’hémiacétal est alors méthylé ;

- complète (totale, prolongée) : appelée également la perméthylation où tous les OH libres de l’ose

(qu’ils soient alcoolique ou hémiacétalique) sont méthylés.

Parmi les hydroxyles, se trouve l’hydroxyle hémiacétalique dont les propriétés diffèrent de celles des

hydroxyles d’alcools (primaire ou secondaire). Sa méthylation conduit à la formation réversible d’un

acétal qui contrairement aux éthers, sont sensibles à l’hydrolyse acide.

Cette technique de méthylation a deux applications principales :

- détermination de la structure des cycles (pyranose ou furanose) ;

- détermination de l’enchaînement des oses dans un oside car les groupements OH engagés dans la

formation de liaisons osidiques ne peuvent pas être méthylés.

Exemple : pour la détermination de la structure des cycles, on méthyle complètement un ose cyclique,

puis on hydrolyse la liaison osidique en milieu acide (HCl) dilué.


28

c. Formation de dérivés furfuraliques

En milieu acide concentré et à chaud, les oses (à partir de 5 C) subissent une déshydratation interne,

avec cyclisation pour donner un furfural ou dérivé du furfural.

Ainsi les pentoses (oses à 5 carbones) donnent le furfural :

et les hexoses (oses à 6 carbones) donnent l’hydroxyméthyl furfural :

Le furfural et ses dérivés peuvent se condenser avec des phénols (α-naphtol,résorcinol, orcinol…) ou

des amines cycliques pour former des dérivés colorés caractéristiques dont la couleur est fonction de

l’ose de départ. Selon les conditions d’utilisation de ces réactions, elles permettront soit une analyses

qualitative (exemple : révélation de la présence d’ose sur une CCM), soit une analyse quantitative (par

exemple : sous forme d’un dosage colorimétrique). Les réactions couramment utilisées sont :

- La réaction de Molisch

Elle permet la caractérisation de tous les glucides à partir de 5 carbones (révélation non spécifique des

glucides). Le furfural formé réagit avec l’α-naphtol en milieu sulfurique et à chaud pour donner un


29

composé coloré en brun violet se prêtant à une analyse qualitative (par exemple : chromatographie sur

couche mince en gel de silice).

- La réaction de Bial

Cette réaction permet la caractérisation des pentoses (révélation spécifique des pentoses). En milieu

acide chlorhydrique et à chaud, les pentoses sont furfuralisés et se condensent avec l’orcinol donnant

une coloration verte.

- La réaction de Sélivanoff

Cette réaction permet la caractérisation des cétoses (révélation spécifique des pentoses). En milieu

acide chlorhydrique et à chaud, les cétoses sont déshydratés rapidement (alors que les aldoses réagiront

lentement) et se condensent avec le résorcinol donnant une coloration rouge qui apparaît en moins de 5

minutes.

- La réaction de l’ortho-toluidine

En milieu acétique concentré et à chaud, les aldohexoses (révélation spécifique des aldohexoses) sont

furfuralisés et se condensent à l’ortho-toluidine en donnant une coloration verte qui peut donner lieu à

un dosage colorimétrique. Actuellement cette méthode est abandonnée à cause des propriétés

cancérigènes de l’ortho-toluidine.

d. Oxydation par l’acide périodique (HIO4)

L’acide périodique sous forme hydratée (IO6H5=métaperiodate) possède la propriété de couper la

chaine carbonée en provoquant la rupture de la liaison covalente porteuse de α glycol libre (OH). Il

apparaît deux groupements carbonyliques comme suit :

Dans une chaine carbonée quant il existe plusieurs fonctions alcooliques contigües (voisines) libres, la

coupure par des molécules d’HIO4 entre :

- une fonction alcool primaire et une autre fonction alcool secondaire donne de l’aldéhyde formique =

formol (HCHO) ;

- une fonction alcool secondaire et une autre fonction alcool secondaire donne soit de l’acide formique

(HCOOH) ou un aldéhydique (RCHO).


30

L’oxydation à l’acide périodique est utilisée pour déterminer l’emplacement du pont osidique c à d la

structure du cycle. Le glucose est d’abord méthylé pour protéger l’hydroxyle anomérique en C1 et on

le soumet à l’action de l’IO4H. En étudiant les produits de réaction et le nombre d’IO4H consommés,

on peut déduire le nombre, la nature et la position des groupements hydroxyles libres. Les fonctions

alcools secondaires (IIaire) donnent soit des aldéhydes soit de l’acide formique et les fonctions alcools

primaires (Iaire) donnent du formol.

II.3. DERIVES D’OSES

II.3.1. Désoxyoses

Les désoxyoses sont des oses dans lesquels un OH est remplacé par un H. C’est le cas du désoxyribose

que nous rencontrons dans la constitution de l’acide désoxyribonucléique (ADN).

II.3.2. Dérivés amines : Osamines

Ce sont des oses dans lesquels une fonction alcool a été substituée sur le C2 par une amine (NH2). Les

plus importantes sont des hexosamines. Deux osamines ont un intérêt biologique : la Glucosamine

dérivés du glucose et la Galactosamine dérivés du galactose où souvent le -NH2 est acétylé (radical

acétyl) pour donner une N-acétylglucosamine ou une N-acétylgalactosamine.


31

La lettre N est indiquée pour montrer que le radical acétyl est fixé sur l’azote de la fonction amine de

l’osamine. On ne trouve jamais ces composés à l’état libre, mais incorporés à de grosses molécules

comme les glycolipides et les glycoprotéines.

Les osamines sont des constituants des glycolipides, des glycosaminoglycanes et des glycoprotéines.

Ils 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 :

- la chitine (squelette des arthropodes) sous forme polymérisée ;

- dans la muréine (paroi des bactéries) ;

- dans les glycoprotéines.

II.3.3. Dérivés acides d’oses biologiques

II.3.3.1. Acides aldoniques

Les acides Aldoniques s’obtiennent par oxydation de la fonction hémiacétalique des aldoses par les

halogènes (l’iode I2 ou le brome Br2) en milieu faiblement alcalin et à froid. Ainsi, le glucose donne

l’acide gluconique, le mannose l’acide mannonique, le galactose l’acide galactonique. Par ailleurs,

les cétoses ne réagissent pas (voir propriétés physico-chimiques des oses – oxydation ménagée).

II.3.3.2. Acides uroniques

Les Acides uroniques s’obtiennent par oxydation de la fonction alcool primaire portée sur le C6.

Ainsi, le glucose donne l’acide glucuronique, le galactose donne l’acide galacturonique, etc. Les

acides uroniques sont des constituants des Glycosaminoglycanes. Leur rôle biologique est essentiel

dans la détoxification hépatique.


31






















31






















32

II.3.3.2. Acide sialique ou Acide N-acétylneuraminique (NANA)

L’acide neuraminique est le produit de condensation de l’acide pyruvique avec le D-mannosamine. Ce

sont des constituants des glycoprotéines et glycolipides de la paroi des cellules eucaryotes. L’acide

sialique est l’acide N-acétylneuraminique (NANA).

II.3.3.3. Acide L-ascorbique (ou vitamine C)

La vitamine C est indispensable car elle n’est pas synthétisée par l’organisme chez l’Homme. Sa

carence conduit au scorbut (anomalies de la synthèse du collagène et fragilité des parois vasculaires).

C’est une vitamine hydrosoluble. Seule la forme L est active. C’est un monoacide car elle a un seul H

mobile. Sa fonction ène-diol est caractéristique. Elle possède un pouvoir très réducteur. Elle est donc

facilement oxydable en acide déhydroascorbique qui est aussi biologiquement actif.

II.4. OSES D'INTERET BIOLOGIQUE

Hormis de rares exceptions, les oses naturels et leurs dérivés sont de la série D.

II.4.1. Trioses

Il existe :

- deux aldotrioses : D et L glycéraldéhyde. le D-glyceraldéhyde existe surtout sous la forme de 3-

phosphate-D-glycéraldéhyde.


32













II.4.1. Trioses

Il existe :




32













II.4.1. Trioses

Il existe :




33

- un cétotriose : le dihydroxyacétone souvent à l’état de phospho- dihydroxyacétone.

Le 3-phosphate-D-glycéraldéhyde et le phospho- dihydroxyacétone sont des étapes fondamentales du

métabolisme glucidique de tous les être vivants résultant de la dégradation du fructose-1-6-

bisphosphate par l’aldolase.

II.4.2. Tétroses

Le seul tétrose qui a un intérêt biologique est le D-érythrose présent sous la forme de D-érythrose-4-

phosphate comme intermédiaires dans le cycle des pentoses phosphates.

II.4.3. Pentoses

Ceux qui ont un intérêt biologique sont :

II.4.3.1. D-ribose

Il est un des composants fondamentaux des nucléosides et des acides ribonucléiques (ARN) et fait

partie de la structure de nombreux coenzymes. Il est pratiquement toujours sous la forme ß-D-

ribofuranose.


33





II.4.2. Tétroses



II.4.3. Pentoses


II.4.3.1. D-ribose



ribofuranose.


33





II.4.2. Tétroses



II.4.3. Pentoses


II.4.3.1. D-ribose



ribofuranose.


34

II.4.3.2. Désoxy-2-D-ribose

C’est un l’homologue du D-ribose dans lequel la fonction alcool en C2 a disparu pour être

remplacée par un groupement méthylénique (CH2). Ils entrent dans la composition des acides

désoxyribonucléiques (ADN).

II.4.3.3. D-xylose

Il se trouve dans le bois et aussi dans les polyosides de matrices extracellulaires animales.

II.4.3.4. L-arabinose

C'est l'un des rares sucres naturels de la série L. On le trouve dans toutes les plantes. Il n’est pas

métabolisé par l’homme qui l’absorbe au niveau de l’intestin et l’élimine par les urines.


35

II.4.3.5. D-arabinose

Il est très largement répondu dans la nature. Dans la filiation des oses, le D-arabinose est le

précurseur immédiat du D-glucose et du D-mannose.

II.4.3.6. D-ribulose

Il se trouve à l'état de ribulose-5- phosphate et de ribulose 1,5-diphosphate. Il est un élément

fondamental dans le "cycle des pentoses" et des réactions de photosynthèse.

II.4.4. Hexoses

Les hexoses importants, isomères de la série D, sont le glucose, deux de ses épimères : le galactose et

le mannose ainsi qu'un cétose, le fructose et des dérivés aminés.

II.4.4.1. D-glucose

Le D-glucose est la "molécule carburant" du monde vivant et par là le prototype ou le modèle des

études de structure et des propriétés des oses. Il est abondant à l'état libre dans le miel et les fruits. Il

est hydrosoluble dans les liquides biologiques. Sous forme polymérisée à partir de l'α-D-

glucopyranose, il constitue les réserves énergétiques (amidon et glycogène) de la plupart des

organismes supérieurs.


36

II.4.4.2. D-galactose

Le plus répandu après le glucose, il entre dans la constitution du lactose du lait des mammifères. On

le trouve combiné dans certains oligosides, hétérosides et glycoprotéines. Son PRS :[α] = + 80.5°

II.4.4.3. D-mannose

Il entre dans la constitution des glycoprotéines humaines et des de polyosides surtout chez les

végétaux (les mannanes). Son PRS : [α] = +14.6°

II.4.4.4. Fructose (lévulose)

Il porte aussi le nom de lévulose car il est lévogyre. Il est très abondant dans les plantes, les fruits et

le saccharose. Il entre dans la composition du miel auquel il donne sa consistance à cause de sa

cristallisation difficile. Chez l’homme, il n’existe en quantité importante que dans les sécrétions des

vésicules séminales : c’est l’aliment de base des spermatozoïdes. La forme la plus stable du D-

fructose est la forme furanique. Son PRS : [α] = − 93°


37

II.4.5. Heptoses

Un seul présente un intérêt biologique important : le sedoheptulose

C’est un intermédiaire important du cycle des pentoses et des réactions de la photosynthèse, sous la

forme de sédoheptulose-7-phosphate.

II.4. OSIDES

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, on a les oligosides et les polyosides dont la différence se situe au niveau

du nombre de monomères formant le polymère (voir classification des glucides).

II.4.1. Holosides

II.4.1.1. Oligosides

Les oligosides ou oligoholosides sont des holosides qui résultent de la condensation de 2 à 10

molécules d'oses ou de dérivés d'ose par formation entre chacune d'elles d'une liaison éther appelé

liaison osidique ou O-glycosidique.

a. La liaison osidique ou O-glycosidique

La liaison osidique est formée par condensation entre l'hydroxyle réducteur d'un ose (OH hémi-

acétalique) porté par le carbone anomérique (C1 pour les aldoses et C2 pour les cétoses), en

position α ou ß avec un hydroxyle d'un autre ose.


38

Elle aboutit à la formation d’oligosaccharides : les disaccharides (formés de 2 oses), les

trisaccharides (formé de 3 oses), etc.

Trois types de liaisons peuvent se former :

- OH hémi-acétalique avec un OH alcool Iaire (diholoside réducteur, 1’OH hémi-acétalique libre)

- OH hémi-acétalique avec un OH alcool IIaire (diholoside réducteur, 1’OH hémi-acétalique libre)

- OH hemi-acétalique avec un OH hémi-acétalique (diholoside non réducteur, pas de OH hémi-

acétalique libre).

Exemple : différentes possibilités pour lier l’α D-glucopyranose par son –OH hémiacétalique à

l’α D-galactopyranose

b. Conventions et nomenclature d'écriture

La liaison O-glycosidique bloque la forme anomère de l'ose dans une conformation α ou ß. L’ose

en question perd ainsi son pouvoir réducteur et devient non réducteur. Si la liaison n'engage pas la

fonction hémi-acétalique du 2ème ose, il y à conservation des propriétés réductrices de ce 2ème ose.

Le diholoside formé sera donc réducteur.

La nomenclature se fait de droite à gauche ou de haut en bas.

- Cas des aldéhydes

Pour les aldéhydes, la forme générique d’écriture est la suivante :


38







acétalique libre).












38







acétalique libre).












39

- Nom 1er ose + osyl/osido (α/ß 1 (anomère) →n) nom du 2ème + ose (n différent du carbone

anomérique = 2, 3, 4, 5 ou 6)

- Nom 1er ose + osyl /osido (α/ß 1 (anomère) → α/ß 1 (anomère)) nom du 2ème + oside

Exemples :

ß-D- Galactopyranosyl-(1→4)-D-glucopyranose

α-D-glucopyranosyl-(1→2)-D-Fructofuranoside


40

α-D-Galactopyranosyl-(1→6)-α-D-glucopyranosyl-(1→2)-ß-D-fructofuranoside

- Cas des cétoses

Pour les cétoses le carbone anomérique est en position 2, il suffit d'adapter cette formule générique

en remplaçant le 1 par un 2.

c. Stabilité de la liaison O-glycosidique

La liaison O-glycosidique (ou éther) est relativement stable à pH 7. Les liaisons éthers sont

rompues par hydrolyse chimique ou enzymatique et on retrouve les molécules de départ avec

leurs deux fonctions hydroxyles.

c.1. Hydrolyse chimique

Elle est catalysée par l'ion H+ et 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.

c.2. Hydrolyse enzymatique

Elle se fait par des catalyseurs enzymatiques d’hydrolyse (hydrolases), spécifiques des liaisons

glycosidiques (glycosidases). La spécificité est telle qu’une glycosidase peut agir uniquement sur un

seul substrat (spécificité principale) qui est l’ose engagé par son –OH hémiacétalique dans la liaison

osidique et parfois présenter une stéréospécificité concernant la position (α ou ß) ou et même un

seul type de liaison α 1 – 4 ou α 1 – 6 (spécificité secondaire). Ainsi nous aurons des glycosidases,

des α ou ß-glycosidases, des α ou ß-glucosidases, etc.

Exemple : la ß-galactosidase = ß-galactosidase hydrolase

→ Spécificité de réaction : hydrolyse d’une liaison osidique


41

→ Spécificité de substrat : tous les ß-galactosides = osides constitués d’un galactose engagé par

son –OH hémiacétalique en position ß dans la liaison osidique, quelque soit la nature de la molécule

qui apporte le 2ème groupement engagé dans la liaison osidique → Spécificité de substrat large.

d. Diholosides

Il existe 3 diholosides à l’état libre : le lactose (lait animal), le saccharose (végétal) et le thréalose

(hémolymphe des insectes, champignons). Les autres proviennent de l’hydrolyse de polyosides

résultant de la condensation avec élimination d’eau de 2 hexoses, leur formule brute est C12H22O11.

La classification des diholosides est basée sur leur caractère réducteur (réaction avec la liqueur de

Fehling). Ainsi, il existe des diholosides réducteurs et d’autres non réducteurs.

d.1. Disaccharides réducteurs

Un disaccharide réducteur est un osyl / osido-ose qui possède une fonction OH hémi-acétalique

libre : le diholoside est réducteur et se présente sous deux formes anomères et une structure linéaire

en équilibre pour l'ose réducteur. Parmi ces diholosides, nous citons :

d.1.1. Lactose

C'est le sucre du lait des mammifères à une concentration d'environ 50 g/L. Une lactase intestinale,

ancrée dans la membrane des entérocytes, 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.


42

d.1.2. Maltose

C'est un produit de dégradation de l'amidon et du glycogène. Par hydrolyse, il donne 2 molécules de

glucose.

A coté du maltose, il existe aussi l’isomaltose, lui aussi produit de dégradation de l’amidon et du

glycogène. Il est formé de 2 glucoses reliés par une liaison de type (α1→6).

D.1.3. Cellobiose

C'est un produit de dégradation de la cellulose. Par hydrolyse, il donne 2 molécules de glucose.


43

d.2. Disaccharides non réducteurs

Un disaccharide non réducteur est un osyl / osido-oside où le type de liaison (carbone anomérique -

carbone anomérique) bloque les 2 oses dans l’une des formes anomères cycliques (α ou ß). Aucun

OH hémi-acétalique n’est libre et le diholoside n’a aucun pouvoir réducteur. Les plus importants

sont :

d.2.1. Saccharose

C’est un osyl / osido-oside que l’on trouve dans les végétaux. Produit intermédiaire de la

photosynthèse, il est le vecteur glucidique dans les plantes. Il est mis en réserve dans les tiges de la

canne à sucre et dans les racines des betteraves.

d.2.2. Tréhalose

C’est un osyl / osido-oside que l’on trouve dans les champignons, les bactéries ou encore dans

l’hémolymphe d’insectes. De nombreux organismes l'accumulent en réponse à des chocs

thermiques (froid) ou à la dessiccation.

d.3. Disaccharidases

Les disaccharidases les plus importantes sont :

- Lactase : ß-galactosidase spécifique de la liaison (ß1→4) du lactose.


44

- Maltase ou saccharase : α-glucosidase spécifique de la liaison (α1→4) ou (α1→ß2) retrouvée

dans le maltose et le saccarose, mais elle n’agit pas sur l’isomaltose, ni sur le thréalose.

- Isomaltase : ß-glucosidase spécifique de la liaison (α1→6) retrouvée dans l’isomaltose, mais elle

n’agit pas sur le maltose, le saccharose ou le thréalose.

- Invertase : ß-fructosidase spécifique de la liaison (ß2→α1) du saccharose.

- Cellobiase : ß-glucosidase spécifique de la liaison (ß1→4) du cellobiose.

- Thréalase : α-glucosidase spécifique de la liaison (α1→α1) retrouvée dans le thréalose.

e. Triholosides

Deux triholosides sont trouvés à l’état naturel :

e.1. Raffinose

Il présent dans la betterave est éliminé lors du raffinage du sucre.

e.2. Gentianose

Il est isolé à partir des racines de la gentiane.

II.4.1.2. Polyosides

a. Polyosides homogènes ou homopolyosides

Un polyoside homogène est constitué d’un seul ose répétitif.


45

a.1. Amidon

L’amidon est un polyoside végétal le plus abondant comme réserve glucidique. Il est synthétisé dans

les grains d'amyloplastes des cellules végétales. Son poids moléculaire est variable selon l'espèce

végétale et peut atteindre plusieurs millions. Il est constitué d'une chaîne principale faite de glucoses

unis en (α1→4) : l’amylose et de ramifications (ou branchements) faites de glucoses unis en (α1→6) :

l’amylopectine. L’amidon est constitué de 20 % d’amylose et de 80 % d’amylopectine.

a.1.1. Amylose

Son poids moléculaire est de 150 000 à 600 000. L’hydrolyse acide ou par attaque des amylases

conduits à la formation de maltose qui par hydrolyse acide ou par attaque par la maltase donne

2 molécules de Glucose. L’amylose prend une structure hélicoïdale stabilisée par des liaisons

hydrogène et contenant 6 à 7 résidus glucosyl par tour de spire.

a.1.2. Amylopectine

Son poids moléculaire est de 106 et présente une structure ramifiée. La longueur de la chaine est de 20

à 25 unités glucosyl. Les amylases et maltases donnent le même résultat que pour l’amylose.

Cependant, l’enzyme : amylo (1-6) glucosidase (enzyme débranchant) coupe la liaison 1-6 et libère le

glucose.


46

a.2. Glycogène

Il représente la forme de réserves chez les insectes et les mollusques et chez les mammifères au niveau

du foie et du muscle. Son poids moléculaire varie de 106 à 5×106. Sa structure est voisine de celle de

l’amylopectine ; La longueur moyenne d’une chaine est de 10 à 15 résidus glucosyl.

Le glycogène alimentaire est dégradé comme l'amylopectine. Dans le foie et le muscle, une glycogène-

phosphorylase activée le glucagon dans le foie, ou l’adrénaline dans le muscle, dégrade

séquentiellement le glycogène en libérant un résidu α-glucose-1-phosphate.


47

a.3. Cellulose

Joue un rôle structural dans les membranes végétales. C’est un polymère linéaire de ß-D-Glucose unis

par des liaisons ß(1- 4) stabilisées par des liaisons hydrogène contenant 1 500 à 10 000 résidus. Leur

hydrolyse totale fournit du ß-D-glucose alors que l’hydrolyse partielle donne du cellobiose.

La liaison osidique est bloquée dans une configuration « tête-bêche » stabilisée par des liaisons

hydrogène entre l’oxygène hétérocyclique d’un monomère et la fonction alcool portée par le C3 du

monomère suivant.

Ces macromolécules s’organisent en complexes fibrillaires rigides stabilisés par des liaisons

hydrogène. Ainsi, des liaisons hydrogènes s’établissent latéralement entre différentes chaînes pour

former des feuilles qui elles même s’empilent ensuite parallèlement en microfibrilles stabilisées par

des liaisons hydrogènes.

La cellulose est hydrolysée en cellubiose par les cellulase ou ß-glucosidases qui sont très peu

répandues : uniquement chez les insectes xylophages, les escargots et certaines moisissures et bactéries

(dites bactéries cellulolytiques).

a.4. Dextranes

Formés d’unités d’α-D-glucopyranose liés entre eux par des liaisons 1-6 ; ils sont utilisés comme tamis

moléculaire en Chromatographie d’Exclusion Moléculaire.


48

a.5. Chitine

C’est un polymère de N-Acétylglucosamine unies par des liaisons ß (1→4) glucosidique. Elle

constitue l’exosquelette des Arthropodes.

b. Polyosides hétérogènes ou les hétéropolyosides

Leur hydrolyse libère au moins deux monosaccharides neutre différents mais aussi des acides

uroniques, des osamines et des acides sialiques.

b.1. Gelose ou Agar Agar

Se compose de D et L galactose estérifiés par l’H2SO4. Elle est extraite à partir d’algue elle est utilisé

comme milieu de culture des microorganismes.

b. Acide hyaluronique

Il joue le rôle de barrière pour les substances étrangères.


48

a.5. Chitine












48

a.5. Chitine












49

c. Héparine

C’est une polycondensation de l’acide α D-glucuronique et le D-glucosamine N-Sulfate. C’est un

anticoagulant physiologique.

II.4.2. Hétérosides

Ils résultent de la combinaison du groupement carbonyle d’un ose ou d’un oligoside avec une fraction

non glucidique appelée aglycone qu’on désigne très souvent sous le terme de glycoconjugués :

- Les glycolipides : polyosides liés à des lipides.

- Les protéoglycannes (PG) : polyosides très longs (les glycosaminoglycannes ou GAG) associés à

une protéine en restant très majoritaires (> 90%). Ils se trouvent dans la matrice extracellulaire (tissu

conjonctif), dans les membranes plasmiques et quelques-uns sont intracellulaires.

- Les glycoprotéines (GP) : protéines portant des chaînes glucidiques courtes (1 à 20 %). Les osides

sont fixés sur les protéines par deux types de liaisons formées par condensation :

- la liaison N-osidique : qui s’établit en général entre le dérivé N-acétylglucosamine et la fonction

amide d’un acide aminé : l’asparagine. L’hétéroside est appelé N-hétérisides.

- la liaison O-osidique : elle est plus diverse. Elle s’établit par le dérivé N-acétylgalactosamine et la

fonction alcool d’un acide aminé : la sérine ou de la thréonine. L’hétéroside est appelé O-hétérisides.

- la liaison S-osidique : l’hétéroside est appelé S-hétérisides.

CHAPITRE III

STRUCRURES ET PROPRIETES

PHYSICOCHIMIQUES DES LIPIDES


50

CHAPITRE III : STRUCRURES ET PROPRIETES


III.1. DEFINITION

Les lipides sont des substances insolubles en milieu aqueux, mais solubles dans les solvants

organiques : éthanol, chloroforme, éther, etc. Ce sont les huiles (liquides) et les graisses (gélifiées ou

solides).

III.2. ROLE BIOLOGIQUE

Les lipides naturels jouent de nombreux rôles dans le monde vivant :

- Les lipides représentent environ 20 % du poids du corps.

- Ils constituent une réserve énergétique mobilisable (les TG) : 1 g de lipides donne 9 Kcal.

- Ils ont un rôle de précurseurs : stéroïdes, vitamines, prostaglandines.

- Deux acides gras polyinsaturés sont des facteurs nutritionnels essentiels car ils ne sont pas

synthétisés par l’organisme et doivent lui être apportés par l’alimentation. Ce sont des acides gras

indispensables : l’acide linoléique et l’acide linolénique.

- Les membranes ont une structure lipidique.

III.3. ACIDES GRAS (AG)

III.3.1. Définition

Les acides gras sont des acides carboxyliques R-COOH dont le radical R est une chaîne aliphatique

de type hydrocarbure contenant un nombre pair de carbone de longueur variable (4-30) qui donne à

la molécule son caractère hydrophobe (gras).

La grande majorité des acides gras naturels présentent les caractères communs suivants :

- monocarboxylique (un seul COOH)

- chaîne linéaire avec un nombre pair de carbones variant entre 4 et 30

- saturés ou en partie insaturés avec un nombre de double liaisons maximal de 6

III.3.2. Numérotation des carbones des acides gras

Le premier carbone est le carbone du carboxyle COOH


50



III.1. DEFINITION



solides).






















50



III.1. DEFINITION



solides).






















51

III.3.3. Nomenclature

III.3.3.1. Cas des acides gras saturés

Pour les acides gras saturés, le symbole est Cn:0 (0 indique que la chaîne est saturée) et le nom

courant rappelle son origine. Le nom de l’acide gras saturé est déterminé de la manière suivante :

Exemple : Acide palmitique (n-hexadécanoique) C16H32O2 : C16 :0

III.3.3.2. Cas des acides gras insaturés

a. Numérotation

Dans les acides gras insaturés Deux numérotations coexistent, l'une systématique et l'autre utilisée

en diététique qui permet de regrouper les acides gras insaturés en séries.

- Numérotation systémique : la position de la première double liaison s’exprime en partant du

carboxyle (1er carbone) et le symbole est delta : ∆. La nomenclature est Cn : m ∆ (p, p',..)

(cis/trans)

- Cn : nombre de carbones

- m ∆ : nombre de doubles liaisons

- (p, p',…) : positions des doubles liaisons en numérotation normale

- (cis ou trans) : configurations des double liaisons

Les acides gras insaturés sont nommés ainsi :

Exemple : Acide linoléique C18 : 2 ∆ 9,12 : acide n-octadéca ∆ 9, 12 –diènoique

CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH


52

- Numérotation utilisée en diététique : la position de la double liaison s’exprime en partant du

méthyl (dernier carbone). Le symbole est de la forme ɷ n où n est la position de la première double

liaison notée par rapport à la position du dernier carbone de la chaîne aliphatique. Il existe 4 séries

principales : ɷ 3, ɷ 6, ɷ 7 et ɷ 9 (d’autres secondaires comme par exemple ɷ 4 et ɷ 5).

Dans la série ɷ 3, la première classe aura une double liaison en ɷ 3, la deuxième classe aura

2 doubles liaisons, l'une en ɷ 3 et l'autre en ɷ 6, etc.

La notation symbolique qui mélange la notation systématique et la notion de série est quelquefois

rencontrée.

Exemple : acide arachidonïque est le C20 : 4 (5, 8, 11, 14), ou encore C20 : 4 ɷ 6

b. Configuration Cis et Trans

Les termes de configuration Cis et Trans sont dus au fait que la double liaison carbone-carbone peut

adopter deux organisations différentes dans l’espace :

– lorsque les hydrogènes H sont du même côté, la liaison est dite cis.

Figure 18 : structure de l’acide oléique

C18 : 2 ∆ 9: Cis-9-octadécénoïque ou acide n-octadéca ∆ 9–monoènoique (Cis)

– lorsqu’ils sont de part et d’autre de la double liaison, la liaison est dite Trans.

Figure 19 : Acide élaïdïque

C18 : 2 ∆ 9 : acide trans-9-octodécénoïque ou acide n-octadéca ∆ 9–monoènoique (Trans)


53

L’orientation Cis ou Trans va modifier la structure tridimensionnelle des acides gras. Une double

liaison Cis crée un coude dans la chaîne carbonée, tandis que la double liaison Trans a plutôt une

structure étendue. Dans la nature, les acides gras ont très majoritairement une orientation Cis. La

double liaison s’isomérise en trans, lentement à température ordinaire, très vite si on chauffe.

Exemple : L’acide oléique (cis) s’isomérise en acide élaïdique (trans) qui confère un mauvais goût

aux lipides.

III.3.4. Acides gras saturés Cn : 0

III.3.4.1. Acides gras saturés non ramifiés ou à chaine linéaire

Ils répondent à la formule générale CnH2nO2

CH3-----------------------------COOH

Exemple : Acide palmitique (n-hexadécanoïque) C16H32O2

Il existe une série d'acides gras de nombre de carbones pair (4 à plus de 30) isolée des lipides de

source animale, végétale et microbienne. Le nombre de carbones, le nom systématique et courant des

acides gras naturels ainsi que leur localisation (source d’appartenance) est récapitulée dans le

tableau 2.

Tableau 2 : acides gras saturées les plus courants

longueur

relativenC symbole

Nom de l’acide gras saturélocalisation

systématique courant

chaîne

courte

4 C4 : 0 n-butanoïque butyrique beurre

6 C6 : 0 n-hexanoïque caproique

lait de chèvre8 C8 : 0 n-octanoïque caprylique

10 C10 : 0 n-décanoïque caprique

chaîne

moyenne

12 C12 : 0 n-dodécanoïque laurique (laurier)huile, graisses

animales et

végétales

14 C14 : 0 n-tétradécanoïque myristique (muscade)

16 C16 : 0 n-hexadécanoïque palmitique (palmier)

18 C18 : 0 n-octadécanoïque stéarique (suif)


54

chaîne

longue

20 C20 : 0 n-icosanoïque arachidique

graines22 C22 : 0 n-docosanoïque béhénique

24 C24 : 0 n-tétracosanoïque lignocérique

26 C26 : 0 n-hexacosanoïque cérotique cires des

plantes

bactéries

insectes

28 C28 : 0 n-octacosanoïque montanique

30 C30 : 0

n-triacontanoïque

n-dotriacontanoïque

mélissique

lacéroique

III.3.4.2. Acides gras saturés à chaine ramifiée

Exemple : l’acide tuberculo-stearique fabriqué par les bacilles de KHOCK.

III.3.5. Acides gras insaturés

La plupart des acides gras insaturés ont des longueurs de chaînes de 16 à 20 carbones. Ils possèdent

soit :

- une seule double liaison : c’est les acides gras monoéniques ou monoinsaturés.

- ou plusieurs doubles liaisons : c’est les polyéniques ou polyinsaturés.

III.3.5.1. Acides gras mono-insaturés

a. Structure

b. Principaux acides gras mono-insaturés

b.1. Acide palmitoléique C16 :1 ω 7

- Nom systématique : acide cis-9-hexadécénoïque ou acide n hexadéca ∆ 9–monoènoique (Trans)

- Notation : C16:1 Δ9 ou C16:1 ω 7

Figure 20 : Structure de l’acide palmitoléique

b.2. Acide oléique C18 : 1 ω 9

Le nom l’acide oléique vient de l’huile d’olive dont il constitue 55 à 80%.

- Nom systématique : acide cis-9-octadécénoïque ou acide n-octadéca ∆ 9–monoènoïque (Trans)


54

chaîne

longue





plantes

bactéries

insectes


30 C30 : 0

n-triacontanoïque


mélissique

lacéroique





soit :




a. Structure










54

chaîne

longue





plantes

bactéries

insectes


30 C30 : 0

n-triacontanoïque


mélissique

lacéroique





soit :




a. Structure










55

- Notation : C18:1 Δ9 ou C18:1ω 9


III.3.5.2. Acides gras polyinsaturés

a. Principaux acide gras poly-insaturés

a.1. Famille linoléique (ω6)

a.1. Acide linoléique C18 : 2 ω6

L’acide linoléique est un acide gras indispensable (besoins quotidiens : 3 à 4 g). Il est dit essentiel car

c’est le précurseur des Acides Gras de la famille des oméga-6 (ω 6).

- Nom systématique : acide cis-cis-9,12-octadécadiénoïque ou acide n-octadéca ∆ 9,12–diènoïque

(Trans)

- Notation : C18:2 Δ9, 12 ou C18:2 ω 6

Figure 22 : structure de l’Acide linoléique

a.2. Acide arachidonique C20 :4 ω6

- Nom systématique : tout cis-5,8,11,14-éicosatétraènoïque ou acide n-oéicosa ∆5,8,11,14–

tétraènoïque (Trans).

- Notation : C20 :4 Δ5, 8, 11, 14 ou C20 :4 ω-6

Il possède 4 doubles liaisons en ɷ6, 9, 12, 15. C’est l’acide linoléique qui donne naissance dans

l’organisme à l’acide arachidonïque. En l’absence d’acide linoléique dans l’alimentation, l’acide

arachidonïque devient indispensable.


55










(Trans)

- Notation : C18:2 Δ9, 12 ou C18:2 ω 6





- Notation : C20 :4 Δ5, 8, 11, 14 ou C20 :4 ω-6





55










(Trans)

- Notation : C18:2 Δ9, 12 ou C18:2 ω 6





- Notation : C20 :4 Δ5, 8, 11, 14 ou C20 :4 ω-6





56

Figure 23 : Structure de l’Acide arachidonïque

b. Famille linolénique (ɷ3)

b.1. Acide α-linolénique C18: 3 ɷ 3

L’acide α-linolénique est un acide gras essentiel, c’est le principal acide gras du groupe des oméga-3

(ω 3).

- Nom systématique : acide cis-cis-9,12-octadécadiénoïque ou acide n-octadéca ∆ 9,12–diènoïique

(Trans).

- Notation : C18:3 Δ 9,12,15 ou C18 : 3; ω 3

Figure 24 : structure de l’Acide α-linolénique

III.4. PROPRIETES PHYTSICO-CHIMIQUES DES ACIDES GRAS

III.4.1. Propriétés physiques

III.4.1.1. Solubilité

a. Dans l’eau

La solubilité des AG varie selon deux paramètres :

- la longueur de la chaine carbonée ;

- la présence ou non d’une ou plusieurs liaisons insaturées

La fonction acide carboxylique est polaire et donne un caractère hydrophile à la molécule (soluble

dans l’eau) alors que la chaine carbonée est apolaire et donne un caractère hydrophobe à la

molécule (insoluble dans l’eau). Les acides gras sont donc amphiphiles.


56





(ω 3).


(Trans).

- Notation : C18:3 Δ 9,12,15 ou C18 : 3; ω 3





a. Dans l’eau








56





(ω 3).


(Trans).

- Notation : C18:3 Δ 9,12,15 ou C18 : 3; ω 3





a. Dans l’eau








57

- Les acides gras à courte chaines jusqu’à 4 carbones sont miscibles dans l’eau (Ex : acide

butyrique à 4 C), puis la solubilité des acides gras baisse progressivement pour devenir insolubles

à partir de 10 C. Ils s’organisent en film moléculaire monocouche à l’interface eau-air ou en

micelles (assemblages sphériques de molécules amphiphiles, délimitant un espace intérieur

lipophile et une couronne polaire) les micelles apparaissent lorsque la concentration en molécules

amphiphiles dépasse un certain seuil. Dans un solvant organique, par exemple de l’huile,

l’arrangement est inversé.

Figure 25 : disposition en film monocouche et en micelles des acides gras

b. Dans les solvants organiques

Les acides gras sont solubles dans les solvants organiques apolaires tels que : le benzène, le

chloroforme, l’éther, l’hexane, etc.

III.4.1.2. Densité (masse volumique)

La densité des AG est faible, l'huile flotte sur l'eau.

III.4.1.3. Point de fusion

Le point de fusion est la température à laquelle une molécule passe de l’état solide à l’état liquide.

Celui-ci augmente avec l’augmentation du nombre de carbone de l’acide gras. Toutefois, la présence

d’une ou plusieurs insaturations font baisser le point de fusion diminue quand le nombre de doubles

liaisons augmente.

Les acides gras sont liquides à 20°C quand le nombre de carbone est inférieur à 10 et ils sont solides

quand le nombre de carbone dépasse 10.

III.4.1.4. Point d’ébullition

Le point d’ébullition d’un acide gras est d’autant plus élevé que le nombre de carbone est important.

Par ailleurs, la présence de doubles liaisons n’a aucune influence sur le point d’ébullition.

III.4.2. Propriétés chimiques des acides gras

III.4.2.1. Propriétés dues à la présence de COOH

a. Neutralisation par les bases : la saponification


58

Un acide gras soumit à l’action d’une base (NaOH, KOH) voie sa fonction carboxylique se

neutraliser et donner un sel d’acide gras, que l’on appelle savon.

CH3------------------COO- + NaOH CH3--------------COONa

Les savons sont ionisables totalement grâce à la fonction carboxylique. Ils se dissocient en :

Na+ + R-COO¯ .

b. Esterification

L’action d’un alcool sur un acide gras conduit à la formation d’un ester.

L’action du méthanol par exemple conduit à la formation d’ester méthylique utilisé lors de la

séparation des acides gras en chromatographie en phase gazeuse.

Les acides gras sont presque toujours présents dans les êtres vivants sous forme d’esters, unis à

divers types d’alcools.

c. Amidation

L’action d’un amine sur un acide gras conduit à la formation d’un amide.

III.4.2.2. Propriétés dues à la présence de la double liaison

a. Réduction ou Hydrogénation

La fixation d’hydrogène sur la double liaison transforme l’acide gras insaturé en acide gras saturé. Il

s’agit de réaction de saturation des doubles liaisons. Cette réaction se fait en présence d’un catalyseur

métallique (platine, nickel de Raney, palladium, etc.).

L’hydrogénation des huiles est importante dans l’industrie agro-alimentaire car elle permet la

transformation des huiles (végétales ou animales) en graisses solides (margarine) et évite leur

oxydation pendant leur utilisation (formation d’odeurs et de produits toxiques...).

b. Fixation d’halogènes : Halogénation

Les acides gras insaturés fixent les halogènes sur les doubles liaisons par une réaction d’addition :


59

Cette réaction est surtout exploitée avec l’iode et le brome pour évaluer le degré d’insaturation des

acides gras. Il s’agit en fait d’une évaluation de l’aptitude des acides gras à rancir : plus il y’a des

insaturations sur l’acide gras, plus il serait sensible à l’O2.

c. Oxydation

À cause des doubles liaisons, les acides gras insaturés sont sensibles à l’oxydation. Les produits

formés par oxydation sont différents selon le nombre d’insaturations de l’acide gras et selon la nature

de l’oxydant. Ainsi, si l’oxydant est :

- un peracide comme l’acide performique l’acide gras insaturé est oxydé en époxyde :

- un acide minéral à 50°C ou l’acide gras insaturé est oxydé en un diol (deux fonctions OH

adjacentes au carbone de la double liaison).

- un oxydant puissant telle qu’une solution concentrée de permanganate de potassium (KMnO4),

l’acide gras insaturé traité conduit à la formation de deux acides par coupure de la double liaison.


60

Exemple : Oxydation de l’acide oléique par le KMnO4

- l’oxygène atmosphérique O2

Les acides gras insaturés s’oxydent sous l’action de l’O2 atmosphérique (facilitée à température

élevée, 60 °C) et a pour résultat le rancissement, qui produit des peroxydes puis, par rupture de la

chaîne carbonée, des composés volatils (aldéhydes ou cétones) responsables de l’odeur désagréable,

et même des acides toxiques qui est à l’origine :

- des altérations lors de la conservation des produits alimentaires riches en matière grasse ;

- des dégradations au niveau biologique des lipides insaturés des membranes lors d’agressions

oxydatives (UV, radicaux libres, etc.).

Il y à encore d’autre exemple d’oxydation :

- par l’ozone (03)

- par les oxydases (oxydation enzymatique intracellulaire)

d. Détermination des indices

Les indices sont des caractéristiques, des constantes. Pour un lipide, ce sont des nombres qui sont

donnés sans unité.

Indice d’acide I A: l’indice d’acide d’un lipide est la quantité de potasse (KOH) en mg

(déterminé à froid) nécessaire pour neutraliser l’acidité libre contenue dans 1 g de corps gras. La

teneur en acides libres des corps gras augmente avec le temps : l’indice d’acide permet donc de


61

juger de leur état de détérioration. Quand il est déterminé sur un acide gras pur, il permet de

déterminer sa masse molaire (donc sa structure).

Indice de saponification I S: l’indice de saponification d’un lipide est la masse de potasse

(KOH) exprimée en mg nécessaire pour neutraliser les acides gras libres et saponifier les acides

gras estérifiés contenus dans 1 g de matière grasse.

Indice d’ester I E: c’est le nombre de mg de potasse nécessaire pour saponifier les esters

contenus dans 1g de lipide. IE= IS – IA

Indice d’iode I i : l’indice d’iode d’un lipide est la masse du di-iode (I2) (exprimée en g) capable

de se fixer sur les double liaisons des acides gras de 100 g de matière grasse.

III.5. CLASSIFICATION DES LIPIDES

Il existe plusieurs classifications des lipides mais la plus usitée est celle basée sur la structure :

- Les lipides simples ou les homolipides

Ce sont de structure ternaire (C,H,O). Ils sont neutres et classés selon l’alcool qui estérifie l’acide

gras :

- les glycerides estérifiés par le glycérol

- les cérides estérifiés par des alcools à longue chaine (alcool gras)

- les stérides estérifiés par un alcool polycyclique

- Les lipides complexes ou hétérolipides

Ils sont polaire et contiennent des groupe phosphate, sulfate, azote ou glucidique. Ils sont classés en

fonction de la molécule qui fixe les acides gras :

- Les phosphoglycérolipides fixant l’acide phospatidique

- Les sphingolipides fixant de la sphingosine

- Les glycéroglycolipides fixant un glucide

- Les stéroïdes

III.5.1. Lipides simples

III.5.1.1. Glycerides

a. Définition et nomenclature

Ce sont des esters d’acides gras et de glycerol. Les fonctions alcool du glycerol se trouvent

estérifiées par des acides gras. On distingue selon le nombre de fonction alcool estérifiées du

glycérol :

- les monoglycerides ou monoacylglycerol

- les diglycerides ou diacylglycerol

- les triglycerides ou triacylglycerol


62

Il y a deux façon de distinguer les atomes du glycerol. Soit 1, 2, 3 soit α, ß, α’. La nomenclature

actuelle retient 1, 2, 3.

Lorsque les molécules d'acides gras constituant le di ou triglycéride sont identiques, on parlera de

diacylglycérol ou triacylglycérol homogènes, dans le cas contraire de diacylglycérol ou

triacylglycérol mixtes. Les triacylglycérols sont des lipides neutres.

Les matières grasses naturelles sont principalement composées de triglycerides mixles (heterogènes).

Les mono et les diglycerides n’existent qu’en faible quantité car sont des intermédiaires dans la

biosynthèse des triglycerides.

a.1. Rôles biologiques

Les acylglycérols servent principalement de réserve chez les animaux et les végétaux. Leur

catabolisme par oxydation libère une énergie deux fois plus forte que celle du glycogène.

Les acylglycérols servent aussi d’isolants thermiques dans les tissus adipeux sous-cutanés,

d’émulsifiants et de messagers.

a.2. Nomenclature

On donne aux glycérides des noms officiels basés sur le principe que les radicaux acyl sont les

substituants du glycérol. On indique sur quelle fonction alcool du glycérol a lieu l’estérification par

chaque type d’acide gras en précisant à l’aide des numéros des atomes de carbone (dans la

nomenclature internationale on n’utilise pas les lettres grecques α, ß et α’ ).

Exemple : 1,3-distréaryl-2-palmitylglycérol ou 1,3-dioctadecanoyl-2-hexadecanoylglycérol.


63

NB : Les radicaux stéaryl, palmiyl, oléyl, palmitoléyl sont le plus souvent rencontrés.

b. Configuration spaciale

la configuration spatiale des triglicérides est fonction de celle de la chaine carboné du glycérol et que

de ce fait, les 3 chaine d’acides gras estérifiant les troits fonction alcooliques du glycérol se disposent

dans l’espace en formant entre elles des angles d’environ 120° selon le schéma qui suit :

c. Propriétés physiques des triglycérides (TG)

Ils sont insolubles dans l’eau mais soluble dans les solvants peu polaires ou apolaires comme

l’acétone. Agités dans l'eau, ils forment des émulsions très instables qui se transforment en système

biphasique. Les tensioactifs, comme les savons, les dispersent et stabilisent ces émulsions où les TG

se mettent en suspension sous forme de micelles.

d. Propriétés chimiques des triglycérides (TG)

d.1. Hydrolyse

Deux types d’hydrolyse sont possibles : chimique et enzymatique.

d.1.1. Hydrolyse chimique

Le traitement acide libère les constituants du TG : les acides gras et du glycérol mais en général de

façon incomplète.


64

d.1.1. Hydrolyse enzymatique

Elle se fait par les lipases pancréatiques qui donne le même résultat final que l’hydrolyse chimique.

Elle est cependant progressive et passe par des intermédiaires di et mono glycérides. C’est de cette

façon que l’absorption intestinale se fait.

d.2. Saponification

Sous l’action de la potasse (KOH) ; le glycerol est libéré et il se forme des sels d’acides gras : les

savons :

Indice de saponification : c’est le nombre de milligramme de potasse nécessaire pour transformer

en savon les acides gras et les glycérides en 1 gramme de corps gras. Cette indice est proportionnel à

leur poids moléculaire (beurre =225, huile d’olive = 185).

d.3. Alcoolyse

L’action des alcools (méthanol ou éthanol) sur les glycérides libère les AG sous forme d’esters

méthyliques ou éthyliques.


65

d.4. Rancissement des TG (voir oxydation des AG)

Ce phénomène est la conséquence de l’oxydation des liaison éthylénique des acides gras insaturés

des glycérides. Il apparait dans un premier temps des peroxydes. Ceux-ci peuvent secondairement se

polymériser. L’oxydation des acides gras peut conduire à la rupture de la chaîne au niveau de la

double liaison, libérant des aldéhydes et des acides gras volatils qui sont à l’origine de l’odeur rance,

désagréable, des corps gras oxydés. Cependant, cette dégradation peut conduire à des acides

cétoniques, qui libèreront, par décarboxylation des méthyl-cétones.

III.5.1.2. Glycéroglycolipides

Les carbones C1et C2 du glycérol sont estérifiés par des acides gras. L’alcool du carbone C à la

différence des acylglycérols n’est pas estérifié mais lié à un ose par une liaison osidique.

Ces lipides sont très rares dans le monde animal mais sont beaucoup plus nombreux dans le monde

végétal. Ils sont également présents chez certaines bactéries.

III.5.1.3. Cérides

Ce sont des esters d’acides gras et d’alcool gras de poids moléculaire élevé. Le plus répandu est

l’alcool cérylique (CH3—(CH2)24—CH2OH). La longueur des chaînes carbonées varie de 14 à

30 carbones pour l'acide gras et de 16 à 36 carbones pour l'alcool gras.


66

Les cérides sont des lipides des cires animales (blanc de baleine, cire d’abeilles) et végétales

(cuticule des feuilles) et aussi de certaines parois bactériennes.

a. Rôle biologique

Leur rôle biologique est variable selon les espèces. Mais dans l’ensemble, se sont surtout des

revêtements de protection et, beaucoup plus rarement, des substances de réserve. Par ailleurs, les

animaux supérieurs et l’Homme ne peuvent métaboliser les cérides.

Exemple : le palmitate de cétyle (92 % du blanc de baleine).

b. Propriété physiques des cérides

- Ils sont solides à température ordinaire

- Ils ont une température de fusion élevée (60 à 100°C)

- Ils ont une très forte insolubilité dans l'eau (très apolaires) : ils sont seulement solubles à chaud

dans les solvants organiques.

c. Propriété chimiques des cérides

Ils sont inertes chimiquement car ils résistent aux acides et à la plupart des réactifs et sont

difficilement saponifiables.


67

III.5.1.3. Stérides

Ce sont des esters d’acides gras et d’alcool cycliques : les sterols.

Les stérols : sont des alcools saturés ou non dérivant du noyau stéroïde, produit de la condensation

de 4 cycles dont l'hydroxyle est une fonction alcool secondaire toujours à la même position. Le plus

représentatif est le cholestérol.

Exemple : palmitate de cholestéryle

III.5.2. Lipides complexes

III.5.2.1. Phosphoglycérolipides ou phospholipides

a. Acide phosphatidique

C’est le plus simple et le plus proche de la structure des TG. Isolé principalement des végétaux. Il est

insoluble dans l’acétone et soluble dans le benzène et le chloroforme. Il est composé d’un glycérol,

2 acides gras et un acide phosphorique (H3PO4).

Les acides phosphatidiques n'existent que très rarement à l'état naturel, ce sont leurs dérivés, où une

fonction acide estérifiée par un alcool de l'acide phosphorique que l'on trouve.

L'acide phosphorique est estérifié par un alcool qui peut être un alcool aminé ou un polyol sans

azote.


68

a.1. Classification des glycérophospholipides

Ils sont habituellement classés en fonction du deuxième alcool qui leur confère leurs propriétés

spécifiques en :

a.1.1. Glycerophospholipides azotés : l'acide phosphorique est estérifié par un alcool aminé qui

peut être de la sérine, son produit de décarboxylation, l'éthanolamine, la choline (dérivé N-

triméthyle).

a.1.2. Glycerophospholipides non azoté : l'acide phosphorique est estérifié par des polyols non

azotés comme le glycérol, un stéréoisomère de l'inositol (le myo-inositol) ou de ses ester-phosphates

(le biphosphatidylglycérol : cardiolipide).


69

a.3. Propriétés physiques des glycérophospholipides

Les glycérophospholipides sont des corps amphiphiles dotés :

- d’une tête polaire et ionisée : le phosphoglycérol substitué


70

- d’une partie apolaire : les deux queues constituées par les chaînes hydrocarbonées des acides

gras.

Ils sont solubles dans des mélanges de solvants organiques [chloroforme (apolaire) + méthanol (plus

polaire)], mais insolubles dans l'acétone.

Leur solubilité dans l'eau est très limitée, ils s'organisent en micelles ou en couches (bicouche

lipidique sphérique) dont la face externe est hydrophile ainsi que la face interne.

Cette organisation joue un rôle fondamental dans la constitution des membranes biologiques. Ce sont

des molécules tensio-actives.

a.4. Propriétés chimiques des glycérophospholipides

- Un traitement acide à chaud agit sur les liaisons esters et libère les acides gras et les autres

constituants du phosphoglycéride.

- L'action à chaud des bases en solution alcoolique hydrolyse aussi les liaisons esters

(saponification).

- L'hydrolyse enzymatique est réalisée par les phospholipases (PL) spécifiques des différentes

liaisons esters : PLA1 pour la liaison ester sur le carbone 1, PLA2 sur le carbone 2 et PLC et PLD

pour la liaison ester avec l'acide phosphorique.

III.5.2.2. Sphingolipides

L’alcool est la sphingosine qui est un aminoalcool à longue chaine de carbone (18 carbones et une

double liaison).

Le principal sphingolipide est la sphingomyeline. Ce sont des lipides membranaires du tissu nerveux.


71

L’hydrolyse de la sphingomyeline donne : 1 mole de sphingosine ; 1 mole de H3PO4 ; 1 mole de

choline et 1 mole d’acide gras. La principale différence avec les autres lipides est que la liaison de

l’acide gras avec l’alcool (ici la sphingosine est une liaison amide ; alors que la fonction alcool

primaire de la sphingosine est estérifiée par le phosphoryl choline.

III.5.2.3. Glycolipides

Ce sont des lipides non phosphorés, caractérisés par la présence dans leur molécule d’un ose :

monoglycolipides ou de plusieurs oses les polyglycolipides.

Exemple de monoglycolipides : les cérébrosides

L’hydrolyse des cérébrosides donne :

- une mole de sphingosine

- une mole de D-galactose

- une mole d’acide gras

Si l’acide gras est l’acide lignocerique : c’est la cerasine

Si l’acide gras est l’acide cerbronique : c’est la phenosine

Si l’acide gras est l’acide nervonique : c’est la nevrone


72

Exemple de polyglycolipides : les gangliosides

Sphingosine—Hexose—Hexose—Hexose—Ac neuraminique (sialique)

III.5.2.4. Stéroïdes

Leur squelette est un carbure tétracyclique : le stérane (cyclopentanoperhydrophénantrène), résultant

de la condensation du cyclohexane sur le phénantrène réduit.

Les stéroïdes diffèrent les uns des autres par la nature et la position des différents groupements portés

par ce noyau, par la présence éventuelle de doubles liaisons et leur nombre.

a. Classification des stéroïdes

Les stéroïdes naturels sont répartis en quatre séries :

a.1. Stérols

Ils ont déjà été mentionnés dans le sous-groupe des stérides des lipides simples. Le principal stérol

est le cholestérol qui est d’origine animale.

Le cholestérol : C'est un monoalcool secondaire, polycyclique et insaturé de formule brute

C27H45OH. Il dérive du noyau stérane par substitution de groupement méthyles (en 10 et 13), d'un

hydroxyle en 3, d'une double liaison dans le cycle B en 5-6 et enfin d'une chaîne latérale à 8 atomes

de carbones en 17.


73

Il est présent dans les structures membranaires en association avec des lipides simples et complexes

(tissu nerveux, rein, peau, foie, hématies…). Il est aussi le précurseur de nombreuses substances

stéroides, hormones sexuelles et cortico-surrénaliennes, d'acides et sels biliaires, et de la vitamine D.

a.2. Acides et sels biliaires

Les acides biliaires interviennent au cours de la digestion des lipides. Ce sont des molécules

tensioactives qui émulsionnent les lipides et activent les lipases. Leur synthèses se fait dans le foie à

partir du cholestérol qui devient actif par association avec la taurine (dérivé d’acide aminé) ou avec

la glycine (acide aminé).

Le plus abondant dans la bile est l’acide cholique.

a.3. Stéroïdes hormonaux

Le cholestérol est le précurseur du pregnenolene qui est à l’origine de la synthèse de la progestérone

et d’autres hormone (l’aldosterone, la testostérone, l’œstradiol, le cortisol).

a.4. Vitamines D et autres dérivés

Les deux substances naturelles abondantes que l'on trouve sont la vitamine D2 ou ergocalciférol,

formée à partir de l'ergostérol (végétaux), et la vitamine D3 ou cholécalciférol formée à partir du 7-

déhydrocholestérol (huiles de poissons).


74

CHAPITRE IV

STRUCRURES ET PROPRIETES

PHYSICOCHIMIQUES DES ACIDES AMINES,

PEPTIDES ET PROTEINES


75

CHAPITRE IV : STRUCRURE ET PROPRIETES PHYSICOCHIMIQUES

DES ACIDES AMI NES, PEPTIDES ET PROTEINES

IV.1. LES ACIDES AMINES (AA)

IV.1.1. Définition

Un acide aminé ou aminoacide est un composé comportant toujours une chaîne carbonée plus ou

moins longue, une fonction acide carboxylique (-COOH) et une amine qui, à une exception près est

une amine primaire (-NH2). Dans les AA naturels, qui constituent les peptides et protéines, ces deux

fonctions sont supportées par le même carbone, noté carbone α, d’où le terme d’acides α aminés.

La formule générale est donc :

Figure 26 : formule générale d’un acide aminé

Les 20 AA naturels se distinguent entre eux par la structure de R qui est nommé radical ou chaîne

latérale. R peut être un radical purement hydrocarboné ou comporter un groupement fonctionnel.

Les 20 AA sont symbolisés soit par un code à trois lettres (en général les trois premier du nom)

commençant par une majuscule, soit par un code à une seule lettre (voir tableau 3).

Il est important de noter que 8 de ces acides aminés sont indispensables (Ind*) chez l’adulte et 9 chez

l’enfant, ce sont : histidine (enfant), leucine, isoleucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine,

tryptophane et valine.

IV.1.2. Structure et classification des 20 acides aminés naturels

Suivant la nature du radical : R et les propriétés qui en découlent plusieurs critères de classification des

acides aminés (AA) peuvent être retenus :

1) Selon la structure linéaire ou cyclique de R

- AA aliphatiques (R non cyclique)

- AA aromatiques (R cyclique de type benzénique)

- AA hétérocycliques (R cyclique avec un atome autre que le carbone dans le cycle)

2) Selon la présence ou non dans R d’un groupement pouvant prendre une charge électrique

- AA neutres

- AA acides (charge potentielle négative)

- AA basiques (charge potentielle basique)

3) Selon la présence ou non dans R d’un groupement polaire

- AA polaires


76

- AA non polaires

4) Présence ou non d’un groupement fonctionnel dans R

- AA aliphatiques (pas de groupement fonctionnel dans R, chaîne aliphatique ou)

- AA aromatiques (R est un cycle aromatique)

- AA acides (présence d’un groupement acide carboxylique dans R)

- AA amidés (dérivent des précédents par amidification)

- AA hydroxylés (présence d’un groupement alcool ou phénol dans R)

- AA soufrés (présence d’un groupement thiol ou thiol-éther dans R)

- AA basiques (présence d’un groupement azoté, amine ou autre, dans R)

Cette dernière classification est basée sur la composition chimique et la nature du radical R. C’est cette

classification que nous retenons dans le cadre de notre cours (Tableau 3).

Tableau 03 : Classification des AA selon la composition chimique et la nature du radical R

AA aliphatiques (hydrophobes)

Glycine ou glycocolle (Gly; G) Alanine (Ala; A)

Le plus simple des AA

et pas de C*

pKa = 2,3, pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,3

pKb = 9,7

pHi = 6,0

Valine (Val; V) Ind* Leucine (Leu; L) Ind*

pKa = 2,3

pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,4

pKb = 9,6

pHi = 6,0

Isoleucine (Ile; I) Ind Proline (Pro; P)

pKa = 2,4

pKb = 9,7

pHi = 6,1

2 C* carbone

alpha et bêta.

pKa = 2,0

pKb = 10,6

pHi = 6,3

AA aromatiques (hydrophobes)

Phénylalanine (Phe; F) Ind* Tryptophane (Trp ; W) Ind*


76

- AA non polaires















et pas de C*

pKa = 2,3, pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,3

pKb = 9,7

pHi = 6,0


pKa = 2,3

pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,4

pKb = 9,6

pHi = 6,0


pKa = 2,4

pKb = 9,7

pHi = 6,1

2 C* carbone

alpha et bêta.

pKa = 2,0

pKb = 10,6

pHi = 6,3




76

- AA non polaires















et pas de C*

pKa = 2,3, pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,3

pKb = 9,7

pHi = 6,0


pKa = 2,3

pKb = 9,6

pHi = 6,0

pKa = 2,4

pKb = 9,6

pHi = 6,0


pKa = 2,4

pKb = 9,7

pHi = 6,1

2 C* carbone

alpha et bêta.

pKa = 2,0

pKb = 10,6

pHi = 6,3




77

pKa = 1,8

pKb = 9,1

pHi = 5,5

pKa = 2,4

pKb = 9,4

pHi = 5,9

Tyrosine (Tyr; Y)

pKa = 2,2 pKb = 9,1

pKr = 10,1 pHi = 5,7

OH lié au cycle aromatique est ionisable, mais

non ioinisée au pH physiologique =7,4

AA acides

Aspartate ou acide aspartique (Asp; D) Glutamate ou acide glutamique (Glu; E)

pKa = 2,2

pKb = 9,8

pKr = 3,9

pHi = 3,0

pKa = 2,2

pKb = 9,7

pKr = 4,3

pHi = 3,2

AA amidés

Asparagine (Asn/Asp; N) Glutamine (Gln/Glu; Q)

pKa = 2,0

pKb = 8,8

pHi = 5,4

pKa = 2,2

pKb = 9,1

pHi = 5,7

AA hydroxylés (hydrophiles)

Sérine (Ser; S) Thréonine (Thr; T) Ind*

pKa = 2,2

pKb = 9,2

pHi = 5,7

OH est polaire mais

non-ionisable.

pKa = 2,6

pKb = 10,4

pHi = 6,5

2 C* alpha et bêta.

AA soufrés

Cystéine (Cys; C) Méthionine (Met; M) Ind*

pKa = 1,7

pKb = 10,8

pKr = 8,3

pHi = 5,0

pKa = 2,3

pKb = 9,2

pHi = 5,8

AA basiques


77

pKa = 1,8

pKb = 9,1

pHi = 5,5

pKa = 2,4

pKb = 9,4

pHi = 5,9

Tyrosine (Tyr; Y)

pKa = 2,2 pKb = 9,1

pKr = 10,1 pHi = 5,7



AA acides


pKa = 2,2

pKb = 9,8

pKr = 3,9

pHi = 3,0

pKa = 2,2

pKb = 9,7

pKr = 4,3

pHi = 3,2

AA amidés


pKa = 2,0

pKb = 8,8

pHi = 5,4

pKa = 2,2

pKb = 9,1

pHi = 5,7



pKa = 2,2

pKb = 9,2

pHi = 5,7

OH est polaire mais

non-ionisable.

pKa = 2,6

pKb = 10,4

pHi = 6,5


AA soufrés


pKa = 1,7

pKb = 10,8

pKr = 8,3

pHi = 5,0

pKa = 2,3

pKb = 9,2

pHi = 5,8

AA basiques


77

pKa = 1,8

pKb = 9,1

pHi = 5,5

pKa = 2,4

pKb = 9,4

pHi = 5,9

Tyrosine (Tyr; Y)

pKa = 2,2 pKb = 9,1

pKr = 10,1 pHi = 5,7



AA acides


pKa = 2,2

pKb = 9,8

pKr = 3,9

pHi = 3,0

pKa = 2,2

pKb = 9,7

pKr = 4,3

pHi = 3,2

AA amidés


pKa = 2,0

pKb = 8,8

pHi = 5,4

pKa = 2,2

pKb = 9,1

pHi = 5,7



pKa = 2,2

pKb = 9,2

pHi = 5,7

OH est polaire mais

non-ionisable.

pKa = 2,6

pKb = 10,4

pHi = 6,5


AA soufrés


pKa = 1,7

pKb = 10,8

pKr = 8,3

pHi = 5,0

pKa = 2,3

pKb = 9,2

pHi = 5,8

AA basiques


78

Lysine (Lys; K) Ind* Arginine (Arg; R)

pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 10,5

pHi = 9,8

pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 12,5

pHi = 10,8

Histidine (His; H) Ind*

pKa = 1,8

pKb = 9,2

pKr = 6,0

pHi = 7,6

IV.1.3. Propriétés physiques des acides aminés

IV.1.3.1. Solubilité et point de fusion

Les AA sous forme solide sont en général des poudres blanches cristallisées. Ils ont une solubilité plus

ou moindre dans l'eau et dans les solvants organiques selon la nature du radical R :

- Si R est polaire ou ionique la solubilité dans l’eau est importante,

- Si R est apolaire la solubilité dans l’eau est plus faible.

Les acides aminés ont un point de fusion élevé supérieur à 200 °C. Ce qui nécessite une somme

d’énergie importante pour rompre les liaisons ioniques du réseau cristallin.

IV.1.3.2. Propriétés optiques : le pouvoir rotatoire

Tous les AA sauf le glycocolle possèdent au moins un carbone asymétrique C*, qui est le carbone α.

Les AA existent donc sous forme de plusieurs stéréoisomères, dont deux énantiomères symétriques

l’un par rapport à l’autre.

Exemple : l’Alanine CH3–CH (NH2)—COOH

L’énantiomère où le NH2 est à gauche en projection de Fischer appartient à la série L, celui où il est à

droite appartient à la série D.

La plupart des AA naturels sont de la série L.

IV.1.3.3. Absorption lumineuse dans l’ultraviolet

Tous les AA absorbent les radiations ultraviolettes à des longueurs d’ondes inférieures à 230 nm. Les

AA ayant un radical aromatique (Tyr, Trp, Phe) absorbent vers 280 nm.


78


pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 10,5

pHi = 9,8

pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 12,5

pHi = 10,8


pKa = 1,8

pKb = 9,2

pKr = 6,0

pHi = 7,6





















78


pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 10,5

pHi = 9,8

pKa = 2,2

pKb = 9,0

pKr = 12,5

pHi = 10,8


pKa = 1,8

pKb = 9,2

pKr = 6,0

pHi = 7,6





















79

IV.1.4. Propriétés chimiques des acides aminés

IV.1.4.1. Propriétés ioniques (ou acido-basiques)

De nombreux composés biochimiques se dissocient en ions dans les solutions aqueuses et se

comportent comme des électrolytes (ampholytes). Les électrolytes en solution n’ont pas la même

tendance en se dissociant : les électrolytes forts se dissocient totalement.

Exemple : CaCl2 Ca2+ + 2Cl¯

Alors que les électrolytes faibles sont partiellement dissociés et sont soumis à un équilibre.

Exemple : CH3COOH CH3COO¯ + H+

Les AA font partie des électrolytes faibles. Grace à la présence simultanée d’une fonction acide et

d’une fonction amine, les AA se comportent à la fois comme des acides ou comme des bases. Ce sont

des ampholytes doués de propriétés amphotères.

En milieu très acide (en excès d’H+) : l’AA est essentiellement sous forme de cation (charge +).

En milieu très basique (en excès d’OH¯ ) : l’AA est essentiellement sous forme d’anion (charge -).

En milieu neutre : l’AA est sous une forme neutre (charge 0) qu’on appelle ion mixte ou amphion ou

encore zwitterion.


80

a. Titration : neutralisation des groupements fonctionnels par une base forte

Quand un AA cristallisé est dissous dans l’eau il peut agir à la fois comme acide : donneur de protons,

soit comme une base : accepteur de protons selon la terminologie de BRONSTED-LOWRY :

R-COOH R-COO¯ + H +

On mesure la capacité d’un acide à céder des protons par la constante de dissociation K.

K =− − ×[ +][ ]

Quand la concentration de la forme acide (R-COO¯ ) est égale à la concentration de sa base conjuguée

(R-COOH), la concentration en proton H+ est égale à K.

K = [H ]- log K = -log [H+]

pK = pH

Le pK d’un groupement acide est le pH ou la forme associée (R-COOH) et la forme dissociée

(R ˗ COO-) sont présentent en concentration égale.

Exemple de l’Alanine

L’Alanine est un AA mono-carboxylique, mono-aminé. C’est donc un diacide dans sa forme

entièrement protonisée. Il peut libérer 2 protons durant sa titration complète avec une base. Cette

titration en deux étapes est représentée par les équations suivantes :

La titration de l’Alanine par la soude (NaOH) montre un tracé de segments de courbes séparés

(Figure 27). Chaque segment correspond à une modification minimale de pH lorsque des petites

quantités de NaOH sont ajoutées.


80






K =− − ×[ +][ ]



K = [H ]- log K = -log [H+]

pK = pH











80






K =− − ×[ +][ ]



K = [H ]- log K = -log [H+]

pK = pH











81

Figure 27 : titration de l’Alanine par la soude

- Au pH=2,34 : point de ½ titration de la première étape. Des concentrations équimoléculaires des

formes du donneur et de l’accepteur sont présentes.

- Au pH=9,69 : les concentration équimoléculaires de NH3+—CH(CH3)—COO¯ et

NH2—CH(CH3)—COO¯ sont présentes. Ce point correspond au pH de ½ titration de la fonction

amine.

- Au pH=6,02 : existe un point d’inflexion entre les 2 segments de courbe de titration de l’Alanine. Il

n’y a pas de charge électrique à ce pH, la molécule ne peut migrer dans un champ électrique. C’est le

pHi (pH isoélectrique ou point d’équivalence des charges positives (+) et négatives (-).

Le pHi est égal à la moyenne arithmétique des deux pK ou le pH de demi titration des deux fonctions :

pHi =

Cette courbe de titration expérimentale peut être exprimée mathématiquement par l’équation

d’ANDERSON-HASSELBACH : AH A¯ + H+

La capacité d’un acide faible à céder des protons est mesurée par la constante K :

K =RCOO− ×[H+][COOH] = A− ×[H+][AH]

A- : forme basique

AH : forme acide

D’où :× [ ][ ] = [H ]

D’où : −log[H ] = −log K − log [ ][ ]


82

pH = pK + log [ ][ ]Si [AH] = [A ] le pH = pK

b. Quelques exemples de calcul du pHi

- AA neutre : l’Alanine

pHi =, , = ,

- AA acide : l’Acide Aspartique

pHi = = , , = ,- AA basique : Lysine

pHi = = , = ,c. Règle pour écrire les équations dissociées

- écrire d’abord la formule la plus protonisée ;

- écrire les équations en fonction de l’échelle de pH croissant ;

- l’ordre chronologique de dissociation est donné par les valeurs de pK ;

- évaluer les charges globales de la molécule ;

- les valeurs des pK de part et d’autre de la charge 0 doivent être utilisées pour le calcul du pHi.

IV.1.4.2. Propriétés dues à la fonction acide carboxylique -COOH

a. Salification ou formation de sels

Les acides aminés réagissent avec les bases en formant des sels. Le groupement carboxyle perd un

proton.


83

Ce sel a pour nom : (nom de l’acide aminé terminé par ate) de sodium.

Exemple : glycinate de sodium.

A l’inverse la fonction –COO¯ réagit avec un acide pour redonner –COOH.

b. Réduction

In vitro et en présence de Nickel, l’hydrogénation de la fonction carboxylique conduit à la formation

d’un alcool.

c. Estérification

Les acides aminés réagissent avec les alcools en formant des esters.

d. Amidation

Cette réaction aboutit à la formation d’amides par condensation de la fonction acide des AA avec

NH2—R′.

e. Décarboxylation

Cette réaction est intéressante d’un point de vue biochimique. Elle aboutit à la formation d’une amine

par décarboxylation de l’AA.

Cette décarboxylation peut se faire par :

- voie chimique : chauffage de l’AA en présence de baryte dans une solution inerte ;


83




b. Réduction


d’un alcool.

c. Estérification


d. Amidation


NH2—R′.

e. Décarboxylation






83




b. Réduction


d’un alcool.

c. Estérification


d. Amidation


NH2—R′.

e. Décarboxylation






84

- Voie enzymatique : sous l’action d’enzymes, les décarboxylases.

IV.1.4.3. Propriétés dues à la fonction amine primaire –NH2

a. Salification ou formation de sels

Les AA réagissent avec les acides en formant des sels. Le groupement amine capte un proton.

Ce sel a pour nom : chlorhydrate d’acide aminé.

A l’inverse la fonction –NH3+ réagit avec une base pour redonner –NH2.

b. Réaction de substitution par un radical R

Un hydrogène porté par la fonction amine peut être remplacé par un radical organique R′.

R′ peut être un radical :

- Aliphatique : c’est l’alkylation

- Aromatique : c’est l’arylation

- Acyl : c’est l’acylation (réaction au cours de laquelle un groupement acyle est ajouté à une

molécule)

b.1. Réaction d’alkylation (ou methylation)

L’exemple le plus connu est la methylation de la Glycine qui se fait dans les organismes vivants et

in vitro. Dans certaines protéines végétales on rencontre du methyglycine. La methylation de la

Glycine en trimethylglycine, après réduction aboutit à la formation de la choline.

b.2. Réaction d’arylation

La réaction avec le réactif de SANGER (2, 4-dinitrofluorobenzène : DNFB) est utilisée pour les

mesures quantitatives et les détections d’AA. La substitution des hydrogènes de NH2 de l’AA par le

réactif de SANGER a été surtout utilisée pour déterminer le résidu AA terminal des chaines peptidique

et pour la séparation des AA par chromatographie.


85

b.3. Réaction d’acylation

Exemple 1 : Substitution par le Phénylisothiocyanate (PITC) : réaction d’EDMAN

Le PITH agit en milieu basique avec NH2 terminal pour former l’acide Phénylthiohydantoϊque

aminoacide. Après une légère action acide le Phénylthiohydantoϊque aminoacide est cyclisé en

Phénylthiohydantoine aminoacide (PTH-AA) et le reste de la chaine peptidique n’est pas scindée et

peut être utilisé pour un autre cycle.

Cette réaction d’EDMAN a été automatisée et l’appareil est appelé : SEQUAMATOR. Il permet de

déterminer la séquence des 20 à 40 premiers AA des protéines.

Exemple 2 : substitution par le Chrorure de DANSYL (Chlorure de Diméthyl Amino1-Sulfonyl 5-

Naphtalène).

C’est une réaction utilisée pour déterminer l’acide aminé N terminal des peptides. Le principe de cette

méthode est semblable à la méthode de SANGER mais on utilise le chlorure de DANSYL et elle est

plus sensible.

c. Réaction d’addition

Exemple : action du formaldéhyde ou formol.


86

Ce dérivé hydroxymethyl a gardé sa fonction COOH mais sa fonction amine s’est transformée ; l’acide

aminé n’est plus amphotère mais il est acide. On peut le titrer par alcalimétrie en présence de

phénophtaléine. C’est la méthode de la formoltitration de SORENSEN.

d. Désamination

C’est une réaction importante d’un point de vue analytique (titration des AA). L’acide nitreux réagit

sur les acides aminés en libérant du diazote qui peut être dosé. C’est la méthode gazométrique de

VANSLYKE. L’azote dégagé provient à volume égal de l’AA et de l’acide nitreux.

Une désamination in vivo existe également. Elle est catalysée par des déshydrogénases dépendante de

NAD+ ou d’oxydases dépendantes de FAD ou FMN.

IV.1.4.4. Propriétés dues aux fonctions –COOH et –NH2 conjointes

a. Réaction avec la ninhydrine

La ninhydrine est un réactif oxydant très utilisé pour caractériser et doser les AA. Grace à son pouvoir

oxydant la ninhydrine entraine une décarboxylation et une désamination de l’AA et sa transformation

en CO2 ; NH3 et un aldéhyde. Cette réaction se fait en deux temps :

1) La ninhydrine libère de l’aldéhyde, du CO2, du NH3 et se transforme en hydrindantine.

2) L’ammoniac (NH3) réagit à son tour sur l’hydrindantine et une autre molécule de ninhydrine pour

donner un composé coloré appelé le pourpre du RUHMANN qui présente une coloration violette

avec tous les AA (lecture de la densité optique à λ max = 540 nm), sauf avec la Proline avec laquelle il

sera jaune (lecture de la densité optique à λ max = 440 nm).


87

IV.1.4.5. Propriétés chimiques dues aux chaînes latérales

a. Acides aminés aromatiques

a.1. Absorption dans UV

Les acides aminés aromatiques absorbent les radiations lumineuses dans l’UV. Les λ max des trois

acides aminés aromatiques (Trp, Tyr, Phe) sont différentes.

a.2. Réaction de Folin

L’acide phosphotungstomolybdique est réduit par la Tyrosine et le Tryptophane et forme différents

composés colorés en bleu violacé.

a.3. Réaction xanthoprotéique

Les noyaux aromatiques forment des dérivés nitrés jaunes avec l’acide nitrique.

b. Acides aminés soufrés

Ils réagissent avec l’acétate de plomb en milieu alcalin pour former du sulfure de plomb noir.

b.1. Cystéine

Les groupements thiol de la cystéine s’oxydent facilement en créant un pont disulfure formant la

cystine : 2 cystéines ⇒ cystine + 2H+ + 2 e-

Figure 28 : formation de la cystine

b.2. Tyrosine

Les groupements phénoliques substitués réagissent avec le mercure en donnant une coloration rouge

(Réaction de Millon).

b.3. Tryptophane

Les aldéhydes réagissent avec le noyau indole du tryptophane pour former des composés violets

(Réaction d’Adamkiéwich-Hopkins).


88

b.4. Arginine

L’α-naphtol en présence d’hybobromite et en milieu basique réagit avec le groupement guanidine

(NH=C—NH2) pour former un composé rouge (Réaction de Sakaguchi).

b.5. Proline

Donne une coloration particulière avec la ninhydrine (jaune). Réagit avec l’isatine pour former un

composé bleu intense.

IV.1.5. Techniques de séparation des acides aminés

IV.1.5.1. Electrophorèse

Les AA se déplacent lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique selon leur charge nette à un pH

donné. Le mélange d’AA est placé au milieu d’une feuille de papier. On place la feuille dont les

extrémités trempent dans la solution tampon. On établit le courant. Les acides aminés chargés

positivement (+) migrent vers la cathode et les AA chargés négativement (-) migrent vers l’anode.

Pour établir leur localisation caractéristique, des échantillons d'AA témoins sont traités dans les mêmes

conditions. Après plusieurs heures, le papier filtre est séché et les AA sont révélés à la ninhydrine.

Figure 29 : dispositif de l’électrophorèse

IV.1.5.2. Chromatographie

a. Chromatographie sur papier des acides aminés

Le principe de cette méthode est le suivant : une phase mobile (solvant) se déplace par capillarité dans

une cuve hermétique et saturée de solvant (phase stationnaire). Le mélange à analyser (quelques µl) est

déposé sur une ligne de départ situé le plus près de l’extrémité de la feuille qui plonge dans le solvant

mobile. Les AA à séparer sont chromatographiés en présence de témoins. Après migration et

coloration le rapport frontal (Rf) de chaque AA inconnu ou témoin est calculée selon la formule

suivante :

Rf =é ( )


88

b.4. Arginine



b.5. Proline



















suivante :

Rf =é ( )


88

b.4. Arginine



b.5. Proline



















suivante :

Rf =é ( )


89

Le Rf est une caractéristique d’un composé dans un système donnée pour des conditions opératoires

définies.

Les AA inconnus sont identifiés par comparaison de leurs Rf avec les Rf des témoins.

Figure 30 : dispositif de la CCM

La Chromatographie sur papier peut être bidimensionnelle : le dépôt du mélange à analyser se fait dans

un angle, sans témoin, la migration dans la 1ère dimension se fait avec un premier solvant organique

puis le papier est tourné d’un ¼ de tour et une nouvelle migration se fait avec un autre solvant

organique de polarité différente.

b. Chromatographie sur couche mince des acides aminés (CCM)

C’est une chromatographie d’adsorption avec une phase stationnaire polaire (cellulose ou silice) étalée

en fine couche sur un support rigide inerte (verre ou feuille de plastique) et une phase mobile qui est

un solvant organique moins polaire.

Figure 31 : chambre de migration de la CCM

Les AA à séparer sont chromatographiés en présence de témoins.

Après migration et coloration le Rf de chaque AA inconnu ou témoin est calculée. Les AA inconnus

sont identifiés par comparaison de leurs Rf avec les Rf des témoins.

La Chromatographie sur couche mince peut être également bidimensionnelle.


89


définies.

















89


définies.

















90

c. Chromatographie ioniques sur colonne des AA

C'est le procédé le plus utilisé pour séparer, identifier et quantifier chaque AA dans un mélange. Elle

est basée sur les différences de comportement acido-basique des AA.

Une colonne en verre (un long tube) rempli d'une résine synthétique sur laquelle sont fixés des

groupements chargés :

- Une résine avec des groupements anioniques est un échangeur de cations.

- Une résine avec des groupements cationiques est un échangeur d'anions.

Les groupements anioniques sont en général :

Les groupements cationiques sont en général :

Pour la séparation des AA, une résine échangeuse de cations est généralement utilisée.

Dans le cas de la résine sulfonique, l’équilibrage de la résine (neutralisation) se fait par de la soude

(NaOH). Ce qui permet d’avoir tous les SO3¯ occupés par Na+. Elle se fait en deux temps :

Premier temps : filtration du mélange à analyser à travers la résine

Ca consiste à placer un mélange d'AA au sommet de la colonne au pH acide (pH = 3). A ce pH acide

par rapport au pHi, tous les AA se trouvent sous la forme cationique (mais diffèrent par leur degré

d'ionisation) et se lient au groupement SO3¯ . Plus ils sont basiques et plus ils sont liés fortement (car

plusieurs charges +).

Exemple : les AA (His, Lys, Arg) déplacent en premier les Na+ et seront solidement fixés alors que les

AA (Glu, Asp) seront les moins fixés.


91

Deuxième temps : élution des AA

Par augmentation du pH des solutions tampon d’élution les charges positives (+) des AA sont

neutralisés (deviennent soit des zwiterion ou des anions) et les liaisons sulfoniques sont rompues. Les

AA sont élués de la colonne en fonction de leur acidité et ils se retrouvent bien séparés dans l’effluent.

Dans cette chromatographie échangeuse de cations, l’ordre d’élution ou de sortie dans l’effluent des

AA est le suivant : AA acides (les moins fixés), AA neutres (moyennement fixés) puis les AA basiques

(les fortement fixés).

Après addition de ninhydrine en proportion constante à l’effluent de la colonne, le mélange circule

dans un bain-marie bouillant et la réaction colorée se développe. Ils passent ensuite dans un

colorimètre qui mesure la densité optique (DO) à 440 nm pour les immino acides et à 570 nm pour les

autres AA. Les mesures sont inscrites sur un enregistreur sous la forme de pics sur un

chrommatogramme.

Figure 32 : chromatogramme d’élution des acides aminés

Les AA sont identifiés par leur pic respectif comparativement à une solution connu d’AA représentant

le même temps de rétention et leur quantité est donnée par la surface du pic.

IV.2. PEPTIDES

IV.2.1. Liaison peptidique

Un peptide est une molécule résultant de la condensation de deux ou plusieurs acides aminés liés les

uns aux autres par des liaisons peptidiques. Cette liaison résulte de la réaction entre la fonction :

–COOH du 1er AA et la fonction : –NH2 du 2ème AA avec élimination d’une molécule d’eau.

IV.2.2. Classification des composés protidiques

Dans les peptides le nombre d’AA est inférieur à 100 :

- un petit peptide dont le nombre d’AA est inférieur à 10 (n AA<10) est appelé un oligopeptide.


91












chrommatogramme.




IV.2. PEPTIDES









91












chrommatogramme.




IV.2. PEPTIDES









92

Exemple : un tétrapeptide

- Un peptide dont le nombre d’AA est compris entre 10 et 100 (10< n AA <100) est un polypeptide.

Dans les protéines, qui sont des polypeptides, le nombre d’AA est supérieur à 100 (Figure 33). Elles

sont subdivisées en deux groupes :

- les holopeptides, composées uniquement de protéines ;

- les hétéroprotéines composées en plus des protéines de molécules non protéiques : glucides

(glycoprotéines), lipides (lipoprotéines), acides nucléotidiques (nucléoprotéines), etc.

Figure 33 : classification des composés protidiques

IV.2.3. Chaînes peptidiques et leur nomenclature

Les liaisons peptidiques attachent les acides aminés dans un ordre spécifique. Les conventions sont les

suivantes :

- les aminoacides engagés dans une chaîne peptidique sont appelés résidus. Leur nom est celui de

l'aminoacide auquel on ajoute le suffixe yl.

Exemple : écriture du tétrapeptide ci desous : glutamyl--cystényl—lysyl—glycine


93

- les deux aminoacides aux extrémités de la chaîne sont appelés : N-terminal pour celui qui a sa

fonction α-aminée libre et C-terminal pour celui qui a sa fonction α-COOH libre.

- on numérote les aminoacides en écrivant l'enchaînement de gauche (G) à droite (D) à partir de

l'extrémité N-terminal.

On distingue trois types de peptides :

- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire :

- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et cyclique :

Une liaison covalente (pont S-S) intra-chaîne est réalisée par l'oxydation de deux fonctions thiol de

deux cystéines.

- peptide formé de plusieurs chaînes (polycaténaire) :

Une liaison covalente (pont S-S) inter-chaînes est réalisée par l'oxydation de deux fonctions thiol de

deux cystéines appartenant à deux chaînes peptidiques différentes.

IV.2.4. Propriétés de la liaison peptidique et des peptides

- Le caractère de la liaison peptidique est légèrement acide, ce qui contribue à créer de nouvelles

propriétés, différentes de celles des acides aminés.


94

- La liaison peptidique est hydrolysable en milieu acide concentré et à chaud.

- Un peptide possède de nombreux groupements ionisables libres (extrémités N et C terminales,

groupements ionisables des groupements latéraux R). Il va donc exister sous de nombreuses formes

ioniques différentes, il possède un pHi. Le pHi est, comme pour les AA, la demie somme des pK qui

entourent la forme amphionique (˗).

Exemple : le peptide Ala-Lys-Leu-Met-Asp-Ile

Fonctions ionisables :

pHi = = . . = .- Les peptides à partir de 4 AA peuvent être mis en évidence par le réactif de GORNALL (de couleur

bleue) dans la réaction du biuret, qui est caractéristique de la liaison peptidique. Le peptide, en milieu

très alcalin, réagit avec le cuivre Cu2+ pour donner un complexe rose.

- L’angle des liaisons autour des atomes fait que la chaîne peptidique n’est pas plane mais possède une

structure spatiale du type :

La chaîne peptidique est donc une succession des groupements -CH, -C=O, -NH. Les groupements R

des résidus d’acides aminés sont rejetés à l’extérieur.

IV.2.5. Détermination de la séquence d’un peptide

Pour déterminer la structure d’un peptide, il faut connaître sa composition brute en acides aminés,

puis en déterminer sa séquence (l'ordre d'enchaînement des résidus d’AA dans la macromolécule).

IV.2.5.1. Détermination de la composition brute en AA d’un peptide

La première étape consiste à séparer les différentes chaines polypeptidiques s’il y on a plusieurs on

rompant les ponts disulfures. Ceci est possible de deux façons :


95

- soit avec un agent oxydant :

- soit par un agent réducteur, le 2-mercaptoéthanol qui transforme la cystine en deux cystéines :

La deuxième étape consiste à faire une hydrolyse chimique ou enzymatique pour couper les liaisons

peptidiques.

a. Hydrolyse chimique acide

Elle est conduite avec l’HCl 6N (mol/l) pendant 24 h à 72 h en chauffant jusqu’à 120°C et présente les

inconvénients suivants :

- elle est lente car elle nécessite plusieurs jours pour hydrolyser totalement les polypeptides ;

- conduit à la destruction totale du tryptophane ;

- la glutamine et l’asparagine sont transformées en acide glutamique et acide aspartique.

b. Hydrolyse basique

Elle est conduite avec le KOH 4N à 100°C pendant 6 à 10 heures.

c. Hydrolyse enzymatique (protéases ou encore peptidases)

Elle utilise deux types de peptidases :

- les exopeptidases qui s’attaquent aux extrémités de la chaine pour la raccourcir. Il existe :

- les carboxypolypeptidases qui attaquent la chaine par le bout –COOH ;

- les aminopolypeptidases qui attaquent par le bout –NH2.

Tableau 04 : exemples d’exopeptidases avec leurs spécificités

Type Nom Source Spécificités

aminopeptidase

Leucine aminopeptidase Animale - Sauf proline

Aminopeptidase M animale

Aminopeptidase K microbienne - attaque les liaisons autres

que basique

- Arrêté par Pro

carboxypeptidaseCarboxypeptidase A animale - attaque les liaisons autres

que basique sauf Glycocolle


96

- Arrêté par Pro

Carboxypeptidase B animale -attaque les liaisons de la

glycine et des AA basiques

Carboxypeptidase C Végétale

(Feuilles

citronnier)

-

Carboxypeptidase P microbienne - Sauf ser et Gly

- les endopeptidases qui rompent les liaisons peptidiques situées à l’intérieur de la chaine.

Tableau 05 : exemples d’endopeptidases avec leurs spécificités

Type Source Spécificités

pepsine Animale - attaque les liaisons proches de Tyr et Phe

Trypsine animale - attaque les liaisons proches de Lys et Arg

Chymotripsine animale - attaque les liaisons proches de Tyr, Phe et Trp

PapaineVégétale

(Latex de palmier)

- utilisée en industrie pour remplacer l’hydrolyse

acide car elle préserve la Try

Après ces hydrolyses, les AA sont séparés et identifiés par chromatographie ionique.

IV.2.5.2. Détermination des extrémités N et C terminales d’un peptide

Le principe consiste par des méthodes chimiques à faire fixer sur le COOH ou le NH2 terminal libre un

réactif, puis on réalise une hydrolyse du produit qui permet de donner un mélange d’AA et un dérivé

réactif acide aminé terminal.

a. Détermination du COOH terminal d’un peptide

a.1. Méthodes chimiques

- Réduction de COOH terminal en CH2OH (Fromageot)


97

- hydrazynolyse (Akabori) : un traitement à l'hydrazine à 100°C hydrolyse toutes les liaisons

peptidiques, et libère des hydrazides de tous les AA sauf le C terminal, qui se présente comme un AA

libre normal. Il est alors facile à isoler et à identifier.

a.2. Méthodes enzymatiques

Les carboxypolypeptidases (exopeptidases) rompent les liaisons de l’AA terminal COOH ; il existe

deux enzymes : la carboxypolypeptidase A (rompt toutes les liaisons sauf celles du glycocolle et celle

des AA basiques) et la carboxypolupeptidases B (qui rompt les liaisons de la glycine et des AA et

basiques) l’action de ces enzymes est récurrentes, en effet l’enzyme peut continuer à attaquer un

nouvel AA devenu COOH terminal. Il convient donc de mesurer le temps d’hydrolyse.

b. Détermination du NH2 terminal d’un peptide

b.1. Méthodes chimiques

- Dégradation de SANGER : qui utilise le 1-Fluoro-2,4 dinitrobenzène (NDFB) comme réactif (cf.

propriétés chimiques des AA). Sur un peptide, il forme avec l'extrémité aminée libre (N terminale) un

dérivé avec libération d'acide fluorhydrique. L'hydrolyse du peptide coupe les liaisons peptidiques

mais pas la liaison DNP-NH. Ainsi le premier acide aminé modifié qui présente des caractéristiques


98

propres de coloration et de migration en chromatographie ou en électrophorèse est récupéré et identifié

en comparant le résultat de l'analyse aux standards connue.

- Méthode au chlorure de DANSYL (1-Dinéthyl-Amino-Naphtalène-5-Sulfonyle =DANS) qui réagit

avec le NH2 terminal et donne un dérivé (dansyl-amino-acide) décelable par sa fluorescence jaune. La

méthodologie est la même que dans le cas de la méthode de Sanger, mais la réaction est 100 fois plus

sensible (cf. propriétés chimiques des AA). La dansylation est utilisée pour doser les acides aminés par

HPLC car elle permet une meilleure détection et une meilleure quantification.

- Méthode de la dégradation récurrente d'EDMAN fait appel au phénylisothiocyanate PITC (cf.

propriétés chimiques des AA.).


99

Le composé formé se cyclise spontanément en un cycle à 5 éléments, cela entraîne la rupture d'une

seule liaison peptidique pour donner une phénylthiodantoine et permet ainsi de réitérer l'opération sur

la partie restante. Ce procédé a pu être automatisé et autorise en routine des séquençages de 50 acides

aminés.

b.2. Méthodes enzymatiques

Il s’agit des aminopolyeptidases qui attaquent aux liaisons NH2 terminal. Leur fonctionnement est

récurrent donc pour libérer seulement le premier AA, l’enzyme doit agir pendant un temps très court.

L’AA libéré est identifié par chromatographie.

IV.2.5.3. Fragmentation de la chaine

Si le peptide à étudier comporte plus de 50 AA il sera réduit en peptides plus courts par coupures

spécifiques avant d’être séquencé par la méthode d’EDMAN. Des endopeptidases ou des composés

chimiques possédant des sites de coupure spécifique seront alors employés :

- la trypsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide

aminé basique (Lys, Arg) engage sa fonction acide

- la chymotrypsine qui est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles

un acide aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe ainsi que Met) engage sa fonction acide.

- la pepsine qui est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide

aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe) engage sa fonction amine.

Certains réactifs hydrolysent une liaison peptidique avec une spécificité sur un des aminoacides

participant à la liaison :

- le bromure de cyanogène (BrCN) hydrolyse la liaison peptidique du côté carboxyle de la

méthionine : cette dernière devient alors un résidu C-terminal transformé en résidu homosérine

lactone.

- le 2-nitro-5-thiocyanobenzoate (NTCB) hydrolyse la liaison peptidique du côté amine de la

cystéine.


100

IV.2.6. Quelques peptides d’intérêt biologique ou alimentaire

IV.2.6.1. Peptides hormonaux

De nombreuses hormones synthétisées par diverses glandes sont de nature peptidique, voici quelques

exemples :

- La Vasopressine : synthétisée par l’hypophyse, est une hormone diurétique, dont l'extrémité se

termine par une fonction amide -CO-NH2 sur la glycine et non par un acide libre -COOH.

- L’angiotensine II : une hormone du sang d’origine hépatique qui régule la pression sanguine :

Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe

- Le glucagon : une hormone pancréatique hyperglycémiante comportant 29 AA.

- L’insuline : une hormone pancréatique hypoglycémiante comportant 51 AA en deux chaînes unies

par deux ponts disulfures (5A-5B et 20A-19B).


100




exemples :









100




exemples :









101

IV.2.6.2. Glutathion

Le glutathion est un tripeptide comprenant trois AA : acide glutamique, cystéine et glycocolle. La

cystéine et le glycocolle sont liés par une liaison peptidique. La liaison entre l'acide glutamique et la

cystéine est une liaison amide entre la fonction acide du radical de glutamique et la fonction amine

de la cystéine. En somme le glutathion est le γ-glutamyl-cystéinyl-glycocolle. Par la fonction thiol du

radical de la cystéine, le glutathion peut exister sous une forme réduite (représentée ici) ou sous une

forme oxydée dans laquelle deux molécules de glutathion sont liées par un pont disulfure.

IV.2.6.3. Peptides antibiotiques

- La gramicidine S : un peptide cyclique formé de dix acides aminés, dont la structure est la suivante :

- La bacitracine A : un peptide partiellement cyclique formé de douze acides aminés.

- La tyrocidine : est également un peptide cyclique formé de dix acides aminés.

IV.2.6.4. Peptides d’intérêt alimentaire

Les édulcorants de synthèse à haut pouvoir sucrant sont souvent de nature peptidique.

Exemple : structure de l'aspartame qui est un dipeptide méthylé : l’aspartyl-phénylalanine méthyl.


102

IV.3. PROTEINES

Les protéines sont des constituants fondamentaux des organismes vivants, ce sont des polymères

d’acides aminés (nombre d’AA < 100), de haut poids moléculaire pouvant atteindre 1 000 000 D, (la

plupart entre 25 000 D et 200 000 D). Une protéine peut être formée d’une seule chaîne polypeptidique

(monomère) ou de plusieurs (dimère, tétramère, …)

IV.3.1. Classification des protéines

Suivant leur composition, les protéines se distinguent en :

- Holoprotéines qui sont formées uniquement d’unité(s) polypeptidique(s).

- Hétéroprotéines auxquelles un groupement non protidique est associé. Il peut être constitué par

un enchaînement glucidique, des lipides, un ion métallique, un acide nucléique, un coenzyme, un

hème.

Suivant leur forme, les protéines se distinguent en :

- Scléroprotéines ou protéines fibreuses, de forme allongée, peu solubles, très résistantes, ce sont

des molécules de structure (fibres musculaires).

- Sphéroprotéines ou protéines globulaires, de forme compacte, solubles, fragiles, ce sont des

molécules possédant une fonction biologique active.

Suivant leur solubilité, les protéines se distinguent en :

- Globuline : insoluble dans l’eau pure, solubles dans les solutions salines diluées (NaCl à 5 %).

Précipitent sous l’action du sulfate d’ammonium [SO4(NH4)2] Ce sont des glycoprotéines et des

lipoprotéines.

- Albumines : soluble dans l’eau. Elles précipitent sous l’action de SO4(NH4)2 (ex : la

sérumalbumine et l’ovalbumine).

- Protamines et histones : protéines solubles de faible poids moléculaire. Elles ont un caractère

basique à cause de la présence de beaucoup de Lysine et Arginine.

- Globines : très riches en histidine (10 %). Constitue la partie protéique des hémoglobines et des

myoglobines.

- Prolamines et glutélines : ce sont des protéines végétales insolubles dans l’eau mais solubles

dans les acides et les bases.

- Scléroprotéines : insolubles dans l’eau, solubles dans les solutions salines, acides ou alcalines

diluées.

IV.3.2. Fonctions des protéines

Les protéines ont des fonctions très diverses :


103

- Enzyme : Ce sont les catalyseurs des réactions biologiques et permettent à ces réactions, de la plus

simple à la plus compliquée, de se produire à 37°C. Citons la chymotrypsine enzyme pancréatique

constituée par une séquence de 246 AA.

- Protéines de structure : Elles constituent la charpente des tissus vivants (peau, cheveux, muscles).

Citons les collagènes, les kératines et la myosine.

- Protéines de défense : Citons les immunoglobulines, protéines de la coagulation (fibrinogène,

thrombine).

- Protéines régulatrices : exemple de certaines hormones telles que l'insuline, hormone du pancréas,

avec une séquence de 51 AA, qui régule le taux de sucre dans le sang.

- Protéines de transport : Protéines du plasma fixant et transportant des molécules ou des ions d'un

organe à un autre, comme par exemple l'hémoglobine des érythrocytes, le sérumalbumine, etc.

- Protéines contractiles ou motrices : Elles peuvent se contracter et modifier leur forme, comme par

exemple l’actine et la myosine dans les fibres musculaires.

- Protéines de stockage : l'ovalbumine, principale protéine du blanc d’œuf, caséines, principales

protéines du lait, et des protéines existant dans les graines de nombreux végétaux (blé, maïs, riz).

IV.3.3. Structure des protéines

Les caractéristiques spatiales des protéines sont la clé de leurs fonctions. Il existe quatre niveaux

structuraux chez les protéines, de la structure primaire à la structure quaternaire.

IV.3.3.1. Structure primaire (Iaire)

La structure primaire d’une protéine correspond à la séquence peptidique c'est-à-dire à l’ordre

d’enchainement des résidus d’AA entre eux.

Figure 34 : structure Iaire des protéines

IV.3.3.2. Structure secondaire (IIaire)

La structure secondaire d’une protéine correspond à l’arrangement dans l’espace de la chaine protéique

par repliement ou par enroulement. Le type le plus caractéristique est la conformation ß en feuilles

plissés ou la confirmation α hélice de PAULING et COREY ou conformation au hasard.

a. Conformation α (hélice de PAULING et COREY)

Cette conformation se forme lorsque le groupe CO contracte une liaison avec le groupe NH en formant

des assemblages stable. La protéine se présente sous forme de spire régulière d’un pas de 0,54 nm à


104

chaque tour comptant 3,6 résidus. Toutes les protéines ne se trouvent pas entièrement sous forme

d’hélice. On parle alors de taux d’hélicité (18 % pour la ribonucléase et 80 % pour l’hémoglobine).

Ceci est dû à la présence de la proline qui entraine une courbure de l’hélice.

Figure 35 : conformation α de la structure IIaire des protéines

b. Feuillet ß

Les feuillets ß se forment quand des parties de la longue chaîne polypeptidique se replient et se longent

l'une l'autre, côte à côte, en formant des ponts hydrogènes avec la voisine. La direction des angles

alternés dans un feuillet ß donne à la chaîne une allure en zigzag.

On parle de feuillets ß parallèles quand les chaînes vont dans le même sens et d'antiparallèles quand

elles vont dans des directions opposées. La distance entre deux résidus est de 0,335 nm; chaque chaîne

est séparée de sa voisine de 0,465 nm.

Figure 36 : feuillet β de la structure IIaire des protéines


105

IV.3.3.3. Structure tertiaire (IIIaire)

a. Définition

La structure tertiaire est la disposition ou l’assemblage tridimensionnel des structures secondaires et

des chaînes latérales d’une protéine pour former le plus de liaisons possible pour accroitre leur

stabilité. Certains assemblages de structures secondaires sont connus sous le nom de superstructures.

Les plus connues sont :

- Motif ßαß : deux feuillets bêta parallèles reliés par une hélice alpha.

- Motif en épingle à cheveux : un feuillet bêta antiparallèle formé de chaînes polypeptidiques et relié

par des tournants en épingle à cheveux.

Motif αα : deux hélices alpha antiparallèles reliées ensemble ayant un axe incliné afin de favoriser

des interactions.

- Barils ß : feuillets ß qui s’enroulent pour former des structures cylindriques.

b. Maintien de la structure

La complexité de la structure des protéines est le la résultante d’un assemblage de forces de liaisons de

nature diverse. Ces liaisons mises en jeu sont de plusieurs types ; il s’agit de :

b.1. Interactions électrostatiques

On les distingue en :

- interactions charge-charge entre résidus de charge inverse (-NH3+ contre COO¯ ). Quand une

telle interaction est enfouie dans une protéine globulaire, à l'abri de l'eau, on dit qu'il s'agit d'un pont

de sel (salt bridge).

- Interactions charge-dipôle quand une chaîne latérale ionisée interagit avec le dipôle d'une

molécule d'eau. Cette interaction aide aussi à l'hydratation et à la solubilisation de la protéine.

- Pont hydrogène entre CO et NH de deux liaisons peptidiques distinctes, un CO d’un radical avec

OH d’un radical de la serine, de la thréonine ou de la tyrosine. Les protéines peuvent bien sûr

former des ponts hydrogènes avec des molécules de solvant comme l'eau, et de telles interactions

peuvent aussi contribuer à la stabilité de la structure globale.

b.2. Interactions hydrophobes : entre groupes hydrophobiques comme les groupements cycliques de

la phénylalanine et de la tyrosine. De telles interactions excluent les molécules d'eau.

b.3. Forces de VAN DER WAALS : il s'agit de liaison entre groupement apolaire. Ce sont des forces

qui unissent les radicaux hydrophobes à forte condensation carbonée (valine, leucine isoleucine

phénylalanine) donnant naissance à des dipôles temporaires.

b.4. Ponts disulfures : où une cystéine oxydée peut former un lien covalent avec une autre cystéine.


106

Figure 37 : interactions impliquées dans la structure tertiaire des protéines

IV.3.3.4. Structure quaternaire (IVaire)

Deux ou plusieurs chaines polypeptidiques peuvent être associées entre elles par des liaisons non

covalentes (liaisons de faibles énergie : pont hydrogène ou liaisons entre AA acides et AA basiques)

les protéines de ce type sont appelées des oligomères ; une sous unité est appelée un monomère. Ces

protéines peuvent être sous forme de dimère, trimère ou tétramère. L’agrégat est certainement stabilisé

par des liaisons non covalentes autres que les forces hydrophobes.

Exemples :

- Le meilleur exemple de ce type de protéine est l’hémoglobine. C’est un tétramère hétérogène

(2 chaines identiques α et 2 chaines identiques ß : α2ß2). α est formée de 141 AA et ß de 146 AA.

Chaque chaine est associée à un groupement prosthétique appelé HEME.

Figure 38 : structure macromoléculaire de l’hémoglobine


106








Exemples :






106








Exemples :






107

- un autre exemple est celui des phosphorylases (enzymes de dégradation du glycogène) qui se

trouvent à l’état de tétramères actives quant elles sont phosphorylées ou bien à l’état de dimère

inactives quant elles sont déphosphorylées.

IV.3.4. Propriétés des protéines

IV.3.4.1. Solubilité

Les protéines fibrillaires sont généralement peu solubles dans l’eau alors que les protéines globulaires

sont solubles. Cette solubilité est fonction de la composition du milieu en particulier du pH et de la

force ionique :

- influence du pH: la solubilité d’une protéine est minimale au voisinage de son pHi.

- influence de la force ionique: les sels neutres interviennent sur la solubilité des protéines en

fonction de la concentration et de la charge en ions c’est à dire la force ionique µ. L’augmentation de

la force ionique provoque dans un premier temps un effet dissolvant (salting in) puis au-delà d’une

limite variable selon la protéine un effet inverse qui fait précipiter la protéine (relargage ou salting

out)

IV.3.4.2. Dénaturation

Le maintient des structures secondaire, tertiaire, quaternaire des protéines est responsable de leur

activité biologique, il est assuré par des liaisons de faible énergie. Si ces liaisons sont rompues, la

protéine va perdre son activité et certaines de ses propriétés. Cet état constitue la dénaturation. Cette

dénaturation entraîne souvent la précipitation des protéines, elle peut être réversible ou irréversible.

Les principaux agents dénaturants sont :

- la chaleur : les températures élevées détruisent les liaisons hydrogènes et hydrophobes ;

- les acides et les bases : qui agissent sur les liaisons électrostatiques en introduisant des charges

nouvelles ;

- les solvants organiques : qui détruisent les liaisons hydrophobes ;

- les détergents anioniques : qui forment des liaisons électrostatiques avec les groupements ˗NH3+

et des liaisons hydrophobes avec les chaînes latérales non polaires ;

- l’urée : qui forme de nombreuses liaisons hydrogènes avec les liaisons peptidiques ;

- les agents réducteurs ou oxydants : qui provoquent la rupture des ponts disulfure ;

- les sels de métaux lourds ;

- les rayons UV ;

- les ultrasons.

IV.3.2.3. Propriétés optiques

- Les protéines absorbent dans l’UV lointain (190 nm) à cause des liaisons peptidiques et à 280 nm si

elles contiennent des AA aromatiques en particulier du tryptophane.


108

- Les protéines sont douées de pouvoir rotatoire.

- Les protéines diffusent la lumière, ainsi leurs solutions sont souvent troubles.

IV.3.2.4. Propriétés ioniques

Les protéines, comme les peptides possèdent de nombreux groupements ionisables libres (extrémités N

et C terminales, groupements ionisables des groupements latéraux R), qui leur confèrent un caractère

amphotère. Lorsque le nombre de groupement chargés positivement est égal au nombre de ceux

chargés négativement la protéine est au point isoionique ; ce point isoionique est voisin du point

isoélectrique où la charge totale de la protéine est nulle (= 0) en tenant compte des autres ions en

solution.

IV.3.4.5. Propriétés chimiques

Les protéines possèdent les propriétés des liaisons peptidiques et des chaînes latérales des résidus

d’acides aminés.

IV.3.4.6. Propriétés antigéniques

Les protéines animales, végétales, bactériennes ou virales possèdent des propriétés antigéniques, c’est

à dire que lorsqu’elles sont injectées à un organisme étranger, elles provoquent chez cet organisme la

fabrication d’anticorps.

Les protéines étant de grosses molécules, elles possèdent plusieurs épitopes ou sites antigéniques

capable chacun d’induire la fabrication d’un type d’anticorps.

Il est à noter que les anticorps sont eux mêmes de nature protéique.

OUVRAGES DE REFERENCE

OUVRAGES DE REFERENCE

- Pierre LOUISOT. Biochimie générale et médicale, structure, métabolisme, sémiologie.

Edition SIMEP 1983, 1008 p.

- Claude AUDIGIE et François ZONSZAIN. Biochimie structurale. Collection

Biosciences et Techniques. Edition Doin (Paris) 1991, 7e tirage Wolters Kluwer (France)

2009, 263 p.

- Kouadri BOUDJELTIA Abderrahmane. Cours de biochimie, glucide : structure et

métabolisme. OPU (Alger) 2003, 47 p.

- Gilles OLIVE. Biochimie, Tome 2 – Biochimie. Ecole Industrielle et Commerciale de

NAMUR, 2008, 294 p.

- Murray KENNELLY, Bender RODWELL et Botham WEIL. Biochimie de

HARPER. De Boeck 2011, 693 p.

- Charles ALAIS, Guy LINDEN et Laurent MICLO. Biochimie alimentaire. Dunod

(Paris) 2003, 2008, 6e édition, 260 p.

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