Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons découvrir la structure et la fonction des différents glucides et leurs rôles dans les cellules des organismes. Nous allons également apprendre comment les sucres simples se lient entre eux pour former des polysaccharides et comment la structure et la fonction des glucides sont liées.
Un glucide est une molécule qui contient des atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans une proportion particulière. Ils étaient autrefois appelés « hydrates de carbone », où carbo- signifie carbone et hydrate signifie eau, qui comme nous le savons contient de l’hydrogène et de l’oxygène. La formule brute de la plupart des glucides est C𝑚H2O𝑛, ce qui signifie qu’il y a un nombre 𝑚 d’atomes de carbone et un nombre 𝑛 de molécules d’eau agencées dans un glucide particulier. Certains glucides appelés glucides complexes sont des macromolécules, également appelées polymères. Un polymère est une grande molécule composée de plusieurs petites unités répétitives appelées monomères. Les monomères qui composent les glucides complexes sont appelés des glucides simples.
Les différents types de glucides jouent différents rôles dans les êtres vivants. Les glucides ont de nombreuses fonctions. Dans les cellules animales, les glucides sont utilisés pour le transfert d’énergie et le stockage d’énergie. En outre, les glucides sont attachés aux protéines insérées à la membrane cellulaire. Celles-ci sont appelées glycoprotéines et jouent un rôle important dans la manière dont les cellules communiquent entre elles. En plus de ces rôles, dans les cellules végétales, les glucides sont également responsables de la rigidité et de la structure de la paroi cellulaire. En biologie, nous savons que la structure est toujours directement liée à la fonction. Donc, différents types de glucides composés d’éléments différents agencés dans des arrangements différents ont des propriétés différentes.
Les glucides les plus simples sont les sucres simples. Ceux-ci sont également appelés monosaccharides. Mono- est un préfixe qui signifie un et saccharide est un autre mot pour dire sucre. Les monosaccharides ont généralement comme formule brute CH2O𝑛, où 𝑛 est un nombre compris entre trois et sept. Les monosaccharides peuvent également être classés en fonction du nombre d’atomes de carbone qu’ils possèdent. Des exemples de monosaccharides sont le glucose, le galactose et le fructose. Ce sont tous des sucres hexoses, car ils ont chacun six atomes de carbone. Ces trois sucres simples sont également des isomères l’un de l’autre. Ils ont la même formule chimique, ce qui signifie qu’ils possèdent les mêmes atomes dans des arrangements légèrement différents. Les sucres ribose et désoxyribose présents dans les acides nucléiques sont également des monosaccharides. Et ce sont des sucres pentoses, car ils ont chacun cinq atomes de carbone.
À ce stade, vous avez probablement remarqué que beaucoup de ces mots semblent faire des rimes. -ose est un suffixe qui signifie sucre. Le glucose est particulièrement important pour les cellules, car c’est le sucre qui sert de réactif dans la respiration cellulaire. Au cours de la respiration cellulaire, l’énergie des liaisons entre les atomes composant la molécule de glucose est libérée et transférée à l’ATP, qui alimente nos processus biologiques. Les monosaccharides, comme le glucose, sont également solubles dans l’eau, ce qui signifie que leur concentration dans la cellule doit être étroitement surveillée et contrôlée.
Ensuite, jetons un coup d’œil à la polymérisation des glucides. Les monosaccharides se combinent ensemble au cours d’un processus chimique appelé réaction de condensation. Une réaction de condensation a lieu lorsque les groupes hydroxyle de deux monosaccharides se réorganisent pour ne partager qu’un seul atome d’oxygène dans ce que l’on appelle une liaison glycosidique. Pour former cette liaison glycosidique, deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène doivent être éliminés. Ceux-ci se lient ensemble pour former une molécule d’eau, qui est libérée. C’est cette libération d’une molécule d’eau qui donne son nom à la réaction de condensation. Vous pouvez vous le rappeler en pensant à la manière dont l’eau est libérée de l’air lorsqu’elle se condense en gouttelettes. Quand deux monosaccharides seulement se lient entre eux, ils forment un disaccharide, qui est un autre type de sucre simple. Di- est un préfixe qui signifie deux.
Quand une molécule de glucose se lie à une autre molécule de glucose, le disaccharide formé est appelé maltose. Quand c’est le galactose qui se lie au glucose, le disaccharide formé s’appelle le lactose, qui comme vous vous en rappelez peut-être est un sucre présent dans le lait. Et quand le glucose se lie au fructose, le disaccharide formé s’appelle saccharose, que vous connaissez peut-être sous le nom de sucre de table. Les disaccharides ont généralement comme formule chimique C𝑚H2O𝑛, où 𝑛 est égal à 𝑚 moins un, puisqu’une molécule d’eau a été libérée pendant la réaction de condensation. Ces trois disaccharides ont la même formule chimique C12H22O11.
Plus de deux monosaccharides peuvent également se lier pour former de grandes macromolécules appelées polysaccharides. Poly- est un préfixe qui signifie plusieurs. Les polysaccharides sont insolubles dans l’eau, ils sont donc idéaux pour remplir des fonctions de structure et de soutien, ainsi que pour le stockage d’énergie à long terme. Les polysaccharides peuvent être présents en concentrations plus élevées, car ils n’affectent pas l’équilibre hydrique de la cellule. Lorsqu’une cellule doit libérer une partie de cette énergie de stockage, le polysaccharide doit d’abord être décomposé en monosaccharides par un processus chimique appelé réaction d’hydrolyse.
Hydro- est un terme qui signifie eau et lyse est un suffixe qui signifie détacher. La réaction d’hydrolyse consomme une molécule d’eau et rompt la liaison glycosidique. C’est fondamentalement l’inverse de la réaction de condensation dont nous avons parlé un peu plus tôt. Une fois détachés, les monosaccharides peuvent être utilisés dans des processus de transfert d’énergie tels que la respiration cellulaire. Quelques exemples de polysaccharides sont l’amidon, le glycogène et la cellulose, et ces trois macromolécules diffèrent par leur structure et leur fonction. Les monomères composant l’amidon et le glycogène sont un isomère de glucose différent de celui des monomères composant la cellulose.
Rappelons qu’un isomère est une molécule ayant la même formule chimique mais un arrangement des atomes différent. Ces deux isomères sont appelés alpha-glucose et bêta-glucose. Et la différence se trouve ici dans les atomes attachés au premier carbone. Dans l’alpha-glucose, le groupe hydroxyle attaché au premier atome de carbone est du côté opposé de la molécule de ce groupe CH2OH que vous voyez ici. Et dans le bêta-glucose, cet hydroxyle est du même côté que le groupe CH2OH. J’ai donc ajouté un peu plus de détails aux schémas de chacun de ces monomères pour nous aider à les distinguer.
L’amidon et le glycogène sont constitués de monomères d’alpha-glucose. Ils servent tous les deux de molécules de stockage d’énergie. Mais l’amidon n’est synthétisé que par les cellules végétales, alors que le glycogène est synthétisé par les cellules animales. L’amidon peut contenir des longues chaînes ramifiées ou non ramifiées, tandis que le glycogène est toujours hautement ramifié. La cellulose est composée de monomères de bêta-glucose. En raison de leur structure, les molécules de bêta-glucose se lient ensemble dans une orientation alternée, ce qui forme de longues chaînes rigides non ramifiées. Et ces chaînes forment facilement des liaisons hydrogène entre elles, ce qui leur permet de s’empiler dans des structures plus grandes. Pour cette raison, la cellulose est utilisée dans la structure des parois des cellules végétales et non pour le stockage de l’énergie.
Maintenant que nous avons étudié les monosaccharides, les disaccharides et les polysaccharides et que nous nous sommes familiarisés avec leur structure et leur fonction, passons à un exercice pratique.
La structure des monosaccharides et des disaccharides peut être déterminée en utilisant des formules générales. Quelle est la formule moléculaire générale d’un monosaccharide? Un monosaccharide a comme formule C6H12O6. Deux de ces monosaccharides se lient par une réaction de condensation. Quelle est la formule moléculaire du disaccharide ainsi formé?
Cette question nous demande de nous rappeler ce que nous savons des formules chimiques des monosaccharides et des disaccharides, qui sont deux types de glucides. Concentrons-nous d’abord sur la première partie de cette question. Ici, nous nous intéressons à la formule moléculaire générale d’un monosaccharide. Et comme il s’agit de la formule moléculaire générale, elle devrait pouvoir s’appliquer à plus d’un type de monosaccharides. Prenons également un moment pour nous rappeler que mono- est un préfixe qui signifie un et que saccharide signifie sucre. Nous cherchons donc la formule moléculaire générale d’un sucre.
Nous savons que les sucres sont un type de glucide, et leur ancien nom « hydrate de carbone » nous donne un indice sur leur formule chimique. Carbo- est un terme qui désigne le carbone et hydrate signifie eau. Nous savons donc que ces molécules sont constituées de carbone et d’H2O. Un monosaccharide que vous connaissez probablement déjà est le glucose. Le glucose est le sucre simple que nous utilisons dans la respiration cellulaire. Une molécule de glucose ressemble à ceci et sa formule chimique est C6H12O6, car le glucose possède 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène.
Donc, comme le montre le rapport des glucides, il y a deux fois plus d’atomes d’hydrogène que de carbone et d’oxygène. Mais le glucose contient six fois plus d’atomes que notre formule de base. Donc, pour compléter notre formule générale, nous devons multiplier la formule entière par une variable, que nous appellerons 𝑛. En continuant notre exemple, lorsque 𝑛 est égal à six, cela signifie que nous avons six fois les atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans notre molécule, ce qui donne C6H12O6. Et c’est la formule chimique correcte pour notre exemple de monosaccharide, le glucose. La formule moléculaire générale d’un monosaccharide est donc CH2O𝑛.
Passons maintenant à la deuxième partie de cette question. Elle nous demande quelle molécule de disaccharide se forme lorsque deux monosaccharides se lient. Di- est un préfixe qui signifie deux. Voyons donc ce qui se passe lorsque deux monosaccharides se lient entre eux pour former un disaccharide. Nous utiliserons le glucose comme monosaccharide dans notre exemple, car sa formule chimique est C6H12O6 et nous connaissons déjà sa structure.
Lorsque deux molécules de glucose se lient, le disaccharide formé s’appelle maltose. Au cours de la réaction de condensation, deux des groupes hydroxyle sont réarrangés de sorte que les deux molécules partagent maintenant un atome d’oxygène. Ce processus libère deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène, qui se lient pour former une molécule d’eau. La libération de cette molécule d’eau est la raison pour laquelle la réaction s’appelle une réaction de condensation. Donc, pour déterminer la formule chimique, nous pourrions compter le nombre d’atomes dans notre molécule de maltose. Ou nous pouvons nous rappeler que cette molécule de maltose a été créée par la liaison de deux molécules de glucose, ce qui a libéré une molécule d’eau. Quel que soit le procédé, vous arriverez à la même réponse. La formule moléculaire du disaccharide résultant est C12H22O11.
Terminons notre leçon en récapitulant ce que nous avons appris. Dans cette vidéo, nous avons découvert la structure des glucides et leur importance dans les organismes vivants. Nous avons appris comment plusieurs monosaccharides se lient entre eux par des réactions de condensation pour former des disaccharides et des polysaccharides. Nous avons appris trois exemples de polysaccharides – le glycogène, l’amidon et la cellulose – et comment leur structure est liée à leur fonction.
