Fiche explicative de la leçon: Les glucides Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la structure de différents glucides et à décrire le rôle des glucides dans les organismes.

Les glucides vous font sûrement penser aux féculents comme le pain, le riz, les pâtes et les pommes de terre. Et vous avez raison ! L'amidon est un type de glucide et constitue une source d'énergie facilement disponible dans l'alimentation humaine, car il est facilement assimilable et décomposé pour produire de l'énergie. L’amidon est contenu dans les aliments qui proviennent des plantes, car les cellules végétales utilisent l’amidon pour stocker les molécules qui génèrent de l’énergie cellulaire.

Les glucides sont des macromolécules biologiques ayant plusieurs fonctions différentes. Ils jouent un rôle important en tant que source d'énergie et représentent une forme de stockage d’énergie dans les cellules. Ce sont également des molécules structurelles importantes dans les parois des cellules végétales et des cellules d’autres organismes. Les glucides comprennent les sucres simples ainsi que les glucides complexes.

Un glucide est une molécule qui contient des atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans un rapport particulier. Les glucides étaient anciennement appelés carbohydrates, carbo- signifiant « carbone » et -hydrate signifiant « eau », dont la formule est . Le rapport appliqué à la plupart des glucides est . Cela signifie qu’il y a le nombre «  » d'atomes de carbone et le nombre «  » de molécules d’eau disposés dans un glucide donné.

Les glucides complexes sont des macromolécules, également appelées polysaccharides. Un polysaccharide est un type de polymère. Vous savez peut-être qu’un polymère est une grande molécule composée de plusieurs petites unités ou parties répétitives, appelées monomères. Les monomères qui composent les glucides complexes sont des sucres, également appelés monosaccharides.

Les glucides les plus simples sont les monosaccharides : Mono- signifie « un seul », donc une molécule monosacchride représente une seule unité de sucre. Les monosaccharides suivent généralement le rapport , où est un nombre compris entre 3 et 7. Par exemple, la plupart des sucres hexose ont la formule chimique , ce qui équivaut à . Les monosaccharides sont généralement solubles dans l’eau. Les monosaccharides peuvent être classés par le nombre d’ atomes de carbone qu’ils possèdent. Les sucres hexose ont chacun 6 atomes de carbone (hex- signifie « six »). Des exemples de monosaccharides hexose comprennent le glucose, le fructose et le galactose. Les sucres pentose ont 5 atomes de carbone chacun (pent- signifie « cinq »). Le ribose et le désoxyribose que l’on trouve dans les acides nucléiques sont des monosaccharides pentose. Vous avez peut-être remarqué que beaucoup de ces termes liés au sucre riment entre eux. En effet , le suffixe -ose fait référence au sucre. Les structures chimiques de certains monosaccharides sont illustrées à la figure 1.

Le glucose est particulièrement important pour les cellules car il est l’un des réactifs de la respiration cellulaire. Un schéma expliquant la respiration cellulaire est illustré dans la figure 2. L’énergie contenue dans les liaisons entre les atomes des molécules glucose est libérée et transférée à l’ATP pour alimenter nos autres processus vitaux : 

Les monosaccharides peuvent être liés entre eux au cours d'une réaction chimique appelée réaction de condensation, également appelée synthèse par déshydratation. Cela se produit lorsque les groupes hydroxyle de deux monosaccharides se réorganisent et se lient par ce qu’on appelle une « liaison glycosidique » ou « liaison osidique », comme le montre la figure 3. La réaction libère une molécule d’eau, d’où la réaction de condensation tire son nom. Pour vous en souvenir, pensez à la façon dont l'eau est libérée de l'air lorsqu'elle se « condense » en gouttelettes.

Deux monosaccharides liés ensemble s’appellent un « disaccharide ». Di- signifie « deux ». Le maltose, le saccharose et le lactose sont des exemples de disaccharides. Les disaccharides ont la formule chimique , où . Le sucrose est le sucre de table couramment utilisé. Il se compose d’une molécule de glucose liée à une molécule de fructose. Le lactose se trouve dans le lait et se compose d’une molécule de glucose liée à une molécule de galactose. Le malt se trouve dans de nombreux grains, tels que le blé et l’orge. Il se compose de deux molécules de glucose liées entre elles. Le tableau 1 résume la composition des disaccharides communs.

Exemple 1: Identifier le type de réaction chimique qui se produit lors de la liaison des monosaccharides

Quel type de réaction se produit lorsque deux ou plusieurs monosaccharides se lient entre eux ? 

Réponse

Les monosaccharides sont les glucides les plus simples. Trois monosaccharides courants sont le glucose, le fructose et le galactose. Mono- signifie « un ». Deux monosaccharides peuvent se réunir pour former un disaccharide. Di- signifie « deux ». Un exemple de disaccharide est le saccharose ou le sucre de table courant. Le sucrose est composé d’une molécule de glucose liée à une molécule de fructose. De nombreux monosaccharides peuvent se rassembler pour former un polysaccharide. Poly- signifie « plusieurs ». Quelques exemples de polysaccharides communs incluent l’amidon, la cellulose et le glycogène. Ces trois polysaccharides sont tous des polymères de monomères glucose. Afin de former un disaccharide ou un polysaccharide, les monosaccharides doivent se rassembler. Les groupes hydroxyle de deux molécules ( ) se réorganisent de sorte que les deux molécules partagent une liaison avec un atome d’oxygène ( ). Cela signifie que deux atomes d’hydrogène ( ) et un atome d’oxygène ( ) sont supprimés. Ces atomes se lient ensemble en une molécule d’eau ( ), qui est libérée. Parce qu’une molécule d’eau est libérée, cette réaction chimique est appelée une « réaction de condensation ».

Par conséquent, le type de réaction qui se produit lorsque deux ou plusieurs monosaccharides se lient est une réaction de condensation.

Exemple 2: Identifier les monosaccharides parmi différents glucides

Lequel des énoncés suivants est un exemple de monosaccharide ? 

1. le lactose
2. le sucrose
3. le glucose
4. le maltose

Réponse

Un monosaccharide est un type de sucre simple. Les disaccharides sont également considérés comme des sucres simples, mais ils sont constitués de deux monosaccharides liés ensemble. Mono- signifie « un seul » et di- signifie « deux ». Les monosaccharides peuvent également être généralement reconnus grâce à leur formule chimique , tandis que les disaccharides suivent la formule chimique , où .

Le lactose est composé de deux monosaccharides liés ensemble, le glucose et le galactose (chacun ).

Le sucrose est composé de deux monosaccharides liés ensemble, le glucose et le fructose (chacun ).

Le maltose est composé de deux monosaccharides glucose liés ensemble (chacun ).

Cela est résumé dans le schéma suivant : 

Donc, un exemple de monosaccharide est la réponse du glucose.

Les monomères monosaccharides peuvent également se polymériser en des glucides polymères plus gros appelés polysaccharides. Les polysaccharides sont insolubles dans l'eau, ce qui les rend adaptés au stockage de l'énergie et comme composants structurels dans la cellule. Les exemples de polysaccharides comprennent l’amidon, le glycogène et la cellulose. Ces trois polysaccharides sont constitués de plusieurs molécules de glucose liées entre elles selon des arrangements spécifiques.

Les monomères de l’amidon et du glycogène sont un isomère du glucose différent des monomères de la cellulose. Un isomère est une molécule ayant la même formule chimique mais avec un arrangement des atomes différent. Les monosaccharides glucose, galactose et fructose sont en fait tous des isomères de formule chimique . Les isomères de glucose présents dans l’amidon, le glycogène et la cellulose sont appelés « glucose alpha » et « glucose bêta », que l’on peut voir dans la figure 4. Le glucose alpha et le glucose bêta sont presque exactement les mêmes, sauf que l’hydrogène et l’hydroxyle attachés au premier carbone (également appelé -1) sont inversés.

La cellulose est un polysaccharide composé de monomères de glucose bêta, illustré à la figure 5. En raison de leur structure, les molécules de glucose bêta se lient entre elles selon une orientation alternée. Des liaisons glycosidiques se forment entre le premier ( -1) et le quatrième ( -4) atome de carbone dans les monomères de glucose bêta, on les appelle donc des « liaisons bêta 1,4 glycosidiques ». Cette orientation crée de longues chaînes rigides et non ramifiées. Ces chaînes forment facilement des liaisons hydrogène entre elles, ce qui leur permet de s'empiler pour former des structures plus grandes. La cellulose est un élément extrêmement résistant et difficile à décomposer. C’est pour cela que la cellulose est bien adaptée à sa fonction de polysaccharide structural au sein des parois cellulaires végétales.

L’amidon et le glycogène sont faits de monomères de glucose alpha, illustrés dans la figure 6. Les monomères de glucose alpha forment également des liaisons 1,4 glycosidiques, mais les molécules sont toutes orientées dans la même direction. L'amidon est fabriqué par les cellules végétales et peut se présenter sous forme de longues chaînes ramifiées ou non. Le glycogène est fabriqué par les cellules animales et se présente sous forme de complexes très ramifiés. Lorsqu’il y a des ramifications dans ces molécules, un monomère formera une liaison 1,4 glycosidique et une liaison 1,6 glycosidique avec deux autres monomères, ce qui permet à deux chaînes de s'assembler.

L’amidon et le glycogène fonctionnent tous deux comme des molécules de stockage d’énergie. Afin de libérer cette énergie, les polysaccharides doivent d'abord être décomposés en monosaccharides au cours d'un processus appelé hydrolyse. Les réactions d’hydrolyse, illustrées dans la figure 7, utilisent une molécule d’eau pour rompre une liaison. C'est en fait l'exact opposé d'une réaction de condensation. Une fois décomposés les monosaccharides peuvent être utilisés comme réactifs pour la respiration cellulaire.

Les glucides sont des molécules qui jouent un rôle dans le stockage et le transfert d'énergie et qui fournissent une structure à certains types de cellules. Les différentes compositions des différents glucides sont adaptées à leurs différentes fonctions. Ces structures et fonctions sont résumées dans le tableau 2.

Passons en revue ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.