GLUCIDES: STRUCTURE CHIMIQUE, CLASSIFICATION ET FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les glucides, glucides ou saccharides, sont des molécules organiques qui stockent l'énergie chez les êtres vivants. Ce sont les biomolécules les plus abondantes et comprennent: les sucres, les amidons et la cellulose, entre autres composés présents dans les organismes vivants.

Les organismes qui réalisent la photosynthèse (plantes, algues et certaines bactéries) sont les principaux producteurs de glucides dans la nature. La structure de ces saccharides peut être linéaire ou ramifiée, simple ou composée, et ils peuvent également s'associer à des biomolécules d'une autre classe.

Par exemple, les glucides peuvent se lier aux protéines pour former des glycoprotéines. Ils peuvent également s'associer à des molécules lipidiques, formant ainsi des glycolipides, les biomolécules qui forment la structure des membranes biologiques. Les glucides sont également présents dans la structure des acides nucléiques.

Au départ, les glucides étaient reconnus comme des molécules de stockage d'énergie cellulaire. Par la suite, d'autres fonctions importantes que les glucides remplissent dans les systèmes biologiques ont été déterminées.

Tous les êtres vivants ont leurs cellules recouvertes d'une couche dense de glucides complexes. Les glucides sont constitués de monosaccharides, petites molécules composées de trois à neuf atomes de carbone attachés à des groupes hydroxyle (-OH), dont la taille et la configuration peuvent varier.

Une propriété importante des glucides est l'énorme diversité structurelle au sein de cette classe de molécules, qui leur permet d'exécuter un large éventail de fonctions telles que la génération de molécules de signalisation cellulaire, la formation de tissus et la génération de l'identité de différents groupes sanguins chez l'homme.

De même, la matrice extracellulaire des eucaryotes supérieurs est riche en glucides sécrétés, essentiels à la survie et à la communication cellulaires. Ces mécanismes de reconnaissance cellulaire sont exploités par divers agents pathogènes pour infecter leurs cellules hôtes.

Les monosaccharides peuvent être liés par des liaisons glycosidiques pour former une grande variété d'hydrates de carbone: disaccharides, oligosaccharides et polysaccharides. L'étude de la structure et de la fonction des glucides dans les systèmes biologiques est appelée glycobiologie.

Structure chimique

Les glucides sont constitués d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. La plupart d'entre eux peuvent être représentés par la formule empirique (CH2O) n, où n est le nombre de carbones dans la molécule. En d'autres termes, le rapport entre le carbone, l'hydrogène et l'oxygène est de 1: 2: 1 dans les molécules de glucides.

Cette formule explique l'origine du terme «glucide» puisque les composants sont des atomes de carbone («carbo») et des atomes d'eau (donc, «hydrate»). Bien que les glucides soient principalement composés de ces trois atomes, certains glucides contiennent de l'azote, du phosphore ou du soufre.

Dans leur forme de base, les glucides sont des sucres simples ou des monosaccharides. Ces sucres simples peuvent se combiner les uns aux autres pour former des glucides plus complexes.

La combinaison de deux sucres simples est un disaccharide. Les oligosaccharides contiennent entre deux et dix sucres simples, et les polysaccharides sont les plus gros glucides, composés de plus de dix unités monosaccharidiques.

La structure des glucides détermine comment l'énergie est stockée dans leurs liaisons lors de leur formation par photosynthèse, et aussi comment ces liaisons sont rompues lors de la respiration cellulaire.

Classification

Les monosaccharides

Les monosaccharides sont les unités élémentaires des glucides, c'est pourquoi ils constituent la structure la plus simple d'un saccharide. Physiquement, les monosaccharides sont des solides cristallins incolores. La plupart ont un goût sucré.

D'un point de vue chimique, les monosaccharides peuvent être des aldéhydes ou des cétones, selon l'endroit où le groupe carbonyle (C = O) est situé dans les glucides linéaires. Structurellement, les monosaccharides peuvent former des chaînes droites ou des anneaux fermés.

Parce que les monosaccharides possèdent des groupes hydroxyle, la plupart sont solubles dans l'eau et insolubles dans les solvants non polaires.

En fonction du nombre de carbones dans sa structure, un monosaccharide aura des noms différents, par exemple: triose (s'il a 3 atomes de carbone), pentose (s'il a 5C) et ainsi de suite.

Disaccharides

Les disaccharides sont des sucres doubles qui se forment en réunissant deux monosaccharides dans un processus chimique appelé synthèse de déshydratation, car une molécule d'eau est perdue au cours de la réaction. Elle est également connue sous le nom de réaction de condensation.

Ainsi, un disaccharide est une substance qui est composée de deux molécules de sucres simples (monosaccharides) liées entre elles par une liaison glycosidique.

Les acides ont la capacité de rompre ces liaisons, c'est pourquoi les disaccharides peuvent être digérés dans l'estomac.

Les disaccharides sont généralement solubles dans l'eau et sucrés lorsqu'ils sont ingérés. Les trois principaux disaccharides sont le saccharose, le lactose et le maltose: le saccharose provient de l'union du glucose et du fructose; le lactose provient de l'union du glucose et du galactose; et le maltose provient de l'union de deux molécules de glucose.

Oligosaccharides

Les oligosaccharides sont des polymères complexes constitués de quelques unités de sucre simples, c'est-à-dire entre 3 et 9 monosaccharides.

La réaction est la même que celle qui forme les disaccharides, mais ils proviennent également de la dégradation de molécules de sucre plus complexes (polysaccharides).

La plupart des oligosaccharides se trouvent dans les plantes et agissent comme des fibres solubles, ce qui peut aider à prévenir la constipation. Cependant, la plupart des humains ne disposent pas des enzymes nécessaires pour les digérer, à l'exception du maltotriose.

Pour cette raison, les oligosaccharides qui ne sont pas initialement digérés dans l'intestin grêle peuvent être décomposés par des bactéries qui habitent normalement le gros intestin par un processus de fermentation. Les prébiotiques remplissent cette fonction, servant de nourriture aux bactéries bénéfiques.

Polysaccharides

Les polysaccharides sont les plus grands polymères saccharidiques, ils sont constitués de plus de 10 (jusqu'à des milliers) d'unités monosaccharidiques disposées de manière linéaire ou ramifiée. Les variations de la disposition spatiale donnent à ces sucres leurs multiples propriétés.

Les polysaccharides peuvent être composés du même monosaccharide ou d'une combinaison de différents monosaccharides. S'ils sont formés par des unités répétitives du même sucre, ils sont appelés homopolysaccharides tels que le glycogène et l'amidon, qui sont respectivement les glucides de stockage des animaux et des plantes.

Si le polysaccharide est composé d'unités de différents sucres, ils sont appelés hétéropolysaccharides. La plupart ne contiennent que deux unités différentes et sont généralement associées à des protéines (glycoprotéines, telles que la gamma globuline dans le plasma sanguin) ou à des lipides (glycolipides, tels que les gangliosides).

Caractéristiques

Les quatre principales fonctions des glucides sont: fournir de l'énergie, stocker de l'énergie, construire des macromolécules et empêcher la dégradation des protéines et des graisses.

Les glucides sont décomposés par digestion en sucres simples. Ceux-ci sont absorbés par les cellules de l'intestin grêle et sont transportés vers toutes les cellules du corps où ils seront oxydés pour obtenir de l'énergie sous forme d'adénosine triphosphate (ATP).

Les molécules de sucre qui ne sont pas utilisées dans la production d'énergie à un moment donné sont stockées dans le cadre de polymères de réserve tels que le glycogène et l'amidon.

Les nucléotides, les unités fondamentales des acides nucléiques, ont des molécules de glucose dans leur structure. Plusieurs protéines importantes sont associées aux molécules de glucides, par exemple: l'hormone folliculo-stimulante (FSH), qui est impliquée dans le processus d'ovulation.

Les glucides étant la principale source d'énergie, leur dégradation rapide empêche la dégradation d'autres biomolécules en énergie. Ainsi, lorsque les taux de sucre sont normaux, les protéines et les lipides sont protégés de la dégradation.

Certains glucides sont solubles dans l'eau, ils fonctionnent comme un aliment de base chez presque tout le monde, et l'oxydation de ces molécules est la principale voie de production d'énergie dans la plupart des cellules non photosynthétiques.

Les glucides insolubles s'associent pour former des structures plus complexes qui servent de protection. Par exemple: la cellulose forme la paroi des cellules végétales avec les hémicelluloses et la pectine. La chitine forme la paroi cellulaire des champignons et l'exosquelette des arthropodes.

En outre, le peptidoglycane forme la paroi cellulaire des bactéries et des cyanobactéries. Le tissu conjonctif animal et les articulations squelettiques sont constitués de polysaccharides.

De nombreux glucides sont liés de manière covalente à des protéines ou à des lipides formant des structures plus complexes, appelées collectivement glycoconjugués. Ces complexes agissent comme des balises qui déterminent la localisation intracellulaire ou le devenir métabolique de ces molécules.

Les aliments qui contiennent des glucides

Les glucides sont un élément essentiel d'une alimentation saine, car ils sont la principale source d'énergie. Cependant, certains aliments contiennent des glucides plus sains qui offrent une plus grande quantité de nutriments, par exemple:

Amidons

Les féculents sont la principale source de glucides. Ces amidons sont généralement des glucides complexes, c'est-à-dire qu'ils sont constitués de nombreux sucres réunis pour former une longue chaîne moléculaire. Pour cette raison, les amidons prennent plus de temps à digérer.

Il existe une large gamme d'aliments contenant des amidons. Les céréales comprennent les aliments riches en amidon, par exemple: les haricots, les lentilles et le riz. Les céréales contiennent également ces glucides, par exemple: avoine, orge, blé et leurs dérivés (farines et pâtes).

Les légumineuses et les noix contiennent également des glucides sous forme d'amidons. De plus, les légumes comme: les pommes de terre, les patates douces, le maïs et la courge sont également riches en amidon.

Surtout, de nombreux glucides sont une source de fibres. En d'autres termes, les fibres sont essentiellement un type de glucide que le corps ne peut digérer que partiellement.

Semblables aux glucides complexes, les fibres de glucides ont tendance à être digérées lentement.

Fruits et légumes

Les fruits et légumes sont riches en glucides. Contrairement aux amidons, les fruits et légumes contiennent des glucides simples, c'est-à-dire des glucides avec un ou deux saccharides attachés l'un à l'autre.

Ces glucides, étant simples dans leur structure moléculaire, sont digérés plus facilement et plus rapidement que les complexes. Cela donne une idée des différents niveaux et types de glucides dans les aliments.

Ainsi, certains fruits ont plus de glucides par portion, par exemple: les bananes, les pommes, les oranges, les melons et les raisins contiennent plus de glucides que certains légumes comme les épinards, le brocoli et le chou frisé, les carottes, champignons et aubergines.

Lait

Semblables aux légumes et aux fruits, les produits laitiers sont des aliments qui contiennent des glucides simples. Le lait a son propre sucre appelé lactose, un disaccharide au goût sucré. Une tasse équivaut à environ 12 grammes de glucides.

Il existe de nombreuses versions de lait et de yaourt sur le marché. Que vous consommiez une version entière ou réduite en gras d'un produit laitier particulier, la quantité de glucides sera la même.

Les sucreries

Les bonbons sont une autre source bien connue de glucides. Ceux-ci incluent le sucre, le miel, les bonbons, les boissons artificielles, les biscuits, la crème glacée, parmi de nombreux autres desserts. Tous ces produits contiennent des concentrations élevées de sucres.

D'autre part, certains aliments transformés et raffinés contiennent des glucides complexes, par exemple: pain, riz et pâtes blanches. Il est important de noter que les glucides raffinés ne sont pas nutritifs comme les glucides présents dans les fruits et légumes.

Le métabolisme des glucides

Le métabolisme des glucides est l'ensemble des réactions métaboliques qui impliquent la formation, la dégradation et la conversion des glucides dans les cellules.

Le métabolisme des glucides est hautement conservé et peut être observé même à partir de bactéries, le principal exemple étant le Lac Operon d'E. Coli.

Les glucides sont importants dans de nombreuses voies métaboliques, notamment la photosynthèse, la réaction de formation des glucides la plus importante de la nature.

À partir du dioxyde de carbone et de l'eau, les plantes utilisent l'énergie du soleil pour synthétiser des molécules de glucides.

De leur côté, les cellules animales et fongiques décomposent les glucides, consommés dans les tissus végétaux, pour obtenir de l'énergie sous forme d'ATP grâce à un processus appelé respiration cellulaire.

Chez les vertébrés, le glucose est transporté dans tout le corps par le sang. Si les réserves d'énergie cellulaire sont faibles, le glucose est décomposé par une réaction métabolique appelée glycolyse pour produire de l'énergie et des intermédiaires métaboliques.

Les molécules de glucose non nécessaires à la production d'énergie immédiate sont stockées sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, par le biais d'un processus appelé glycogenèse.

Certains glucides simples ont leurs propres voies de dégradation, comme certains des glucides les plus complexes. Le lactose, par exemple, nécessite l'action de l'enzyme lactase, qui rompt ses liaisons et libère ses monosaccharides fondamentaux, le glucose et le galactose.

Le glucose est le principal glucide consommé par les cellules, il constitue environ 80% des sources d'énergie.

Le glucose est distribué aux cellules, où il peut entrer par des transporteurs spécifiques pour être dégradé ou stocké sous forme de glycogène.

Selon les besoins métaboliques d'une cellule, le glucose peut également être utilisé pour synthétiser d'autres monosaccharides, acides gras, acides nucléiques et certains acides aminés.

La fonction principale du métabolisme des glucides est de maintenir le contrôle de la glycémie, c'est ce que l'on appelle l'homéostasie interne.

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