POLYSACCHARIDES: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, CLASSIFICATION, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Les polysaccharides, souvent appelés glycanes, sont des composés chimiques de haut poids moléculaire formés par plus de 10 unités de sucres individuels (monosaccharides). En d'autres termes, ce sont des polymères monosaccharidiques liés entre eux par des liaisons glycosidiques.

Ce sont des molécules très communes dans la nature, comme on les trouve chez tous les êtres vivants, où elles remplissent une grande variété de fonctions, dont beaucoup sont encore à l'étude. Ils sont considérés comme la plus grande source de ressources naturelles renouvelables sur terre.

Structure de la cellulose, un homopolysaccharide (Source: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) via Wikimedia Commons)

La paroi des cellules végétales, par exemple, est constituée de l'un des polysaccharides les plus abondants de la biosphère: la cellulose.

Ce composé, composé d'unités répétées d'un monosaccharide appelé glucose, sert de nourriture à des milliers de micro-organismes, champignons et animaux, en plus des fonctions qu'il a dans le maintien de la structure des plantes.

L'homme, avec le temps, a réussi à tirer parti de la cellulose à des fins pratiques: il utilise le coton pour fabriquer des vêtements, la «pulpe» des arbres pour fabriquer du papier, etc.

L'amidon est un autre polysaccharide très abondant, également produit par les plantes et d'une grande importance pour l'homme, car il est l'une des principales sources de carbone et d'énergie. C'est dans les grains de céréales, dans les tubercules, etc.

Caractéristiques des polysaccharides

- Ce sont des macromolécules de très haut poids moléculaire

- Ils sont composés principalement d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène

- Ils sont très divers sur les plans structurel et fonctionnel

- Ils existent chez pratiquement tous les êtres vivants sur terre: plantes, animaux, bactéries, protozoaires et champignons

- Certains polysaccharides sont très solubles dans l'eau et d'autres non, ce qui dépend généralement de la présence de branches dans leur structure

- Ils travaillent dans le stockage d'énergie, dans la communication cellulaire, dans le support structurel des cellules et des tissus, etc.

- Son hydrolyse entraîne généralement la libération de résidus individuels (monosaccharides)

- Ils peuvent être trouvés dans le cadre de macromolécules plus complexes, comme la partie glucidique de nombreuses glycoprotéines, glycolipides, etc.

Structure

Comme nous l'avons vu au début, les polysaccharides sont des polymères de plus de 10 résidus de sucre ou de monosaccharide, qui sont liés entre eux par des liaisons glucosidiques.

Bien qu'il s'agisse de molécules extrêmement diverses (il existe une variété infinie de types structurels possibles), les monosaccharides les plus courants trouvés dans la structure d'un polysaccharide sont les sucres pentose et hexoses, c'est-à-dire des sucres à 5 et 6 atomes de carbone, respectivement.

La diversité

La diversité de ces macromolécules réside dans le fait qu'en plus des différents sucres qui peuvent les constituer, chaque résidu de sucre peut se présenter sous deux formes cycliques différentes: le furanose ou le pyranose (uniquement les sucres à 5 et 6 atomes de carbone).

De plus, les liaisons glycosidiques peuvent être en configuration α ou β et, comme si cela ne suffisait pas, la formation de ces liaisons pourrait impliquer la substitution d'un ou plusieurs groupements hydroxyle (-OH) dans le résidu adjacent.

Ils peuvent également être formés par des sucres à chaînes ramifiées, par des sucres sans un ou plusieurs groupements hydroxyles (-OH) et par des sucres à plus de 6 atomes de carbone, ainsi que par différents dérivés de monosaccharides (courants ou non).

Représentation graphique d'un polysaccharide linéaire et ramifié (Source: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), modifiée par Raquel Parada Puig

Les polysaccharides à chaîne linéaire s'entassent généralement mieux dans des structures rigides ou inflexibles et sont insolubles dans l'eau, par opposition aux polysaccharides ramifiés, qui sont hautement solubles dans l'eau et forment des structures «pâteuses» dans des solutions aqueuses.

Classification des polysaccharides

La classification des polysaccharides est généralement basée sur leur occurrence naturelle, cependant, il est de plus en plus courant de les classer en fonction de leur structure chimique.

De nombreux auteurs considèrent que la meilleure façon de classer les polysaccharides est basée sur le type de sucres qui les composent, selon lequel deux grands groupes ont été définis: celui des homopolysaccharides et celui des hétéropolysaccharides.

Homopolysaccharides ou homoglycanes

Ce groupe comprend tous les polysaccharides qui sont constitués d'unités de sucre ou de monosaccharide identiques, c'est-à-dire qu'il s'agit d'homopolymères du même type de sucre.

Les homopolysaccharides les plus simples sont ceux à conformation linéaire, dans lesquels tous les résidus de sucre sont liés par le même type de liaison chimique. La cellulose en est un bon exemple: c'est un polysaccharide composé de résidus glucose liés par des liaisons β (1 → 4).

Cependant, il existe des homopolysaccharides plus complexes et ce sont ceux qui ont plus d'un type de liaison dans une chaîne linéaire et peuvent même avoir des ramifications.

Des exemples d'homopolysaccharides très courants dans la nature sont la cellulose, le glycogène et l'amidon, tous constitués d'unités de glucose répétitives; Ce groupe comprend également la chitine, qui consiste en des unités répétitives de N-acétyl-glucosamine, un dérivé du glucose.

Ensuite, il y en a d'autres moins populaires dans la littérature comme les fructanes (constitués d'unités fructose), les pentosanes (composés d'arabinose ou de xylose) et les pectines (constituées de dérivés de l'acide galacturonique, eux-mêmes dérivés du galactose).

Hétéropolysaccharides ou hétéroglycanes

Au sein de ce groupe, en revanche, tous les polysaccharides composés de deux ou plusieurs types différents de sucres sont classés, c'est-à-dire qu'il s'agit d'hétéropolymères de sucres différents.

Les hétéropolysaccharides les plus simples sont formés par deux résidus de sucre dissemblables (ou dérivés de sucres), qui peuvent (1) être dans la même chaîne linéaire ou (2) être l'un formant une chaîne linéaire principale et l'autre formant des chaînes latérales.

Cependant, il peut également exister des hétéropolysaccharides constitués de plus de 2 types de résidus hautement ramifiés ou non sucrés.

Beaucoup de ces molécules s'associent à des protéines ou des lipides, formant des glycoprotéines et des glycolipides, très abondants dans les tissus animaux.

Des exemples très courants d'hétéropolysaccharides sont ceux qui font partie de mucopolysaccharides tels que l'acide hyaluronique, largement répandu chez les animaux et constitués de résidus d'acide glucuronique liés à des résidus de N-acétyl-D-glucosamine.

Le cartilage, présent chez tous les animaux vertébrés, contient également d'abondants hétéropolysaccharides, en particulier le sulfate de chondroïtine, qui est composé d'unités répétées d'acide glucuronique et de N-acétyl-D-galactosamine.

Un fait général sur la nomenclature

Les polysaccharides sont nommés avec le terme générique glycane, de sorte que les nomenclatures les plus précises utilisent, pour donner un nom, le préfixe de «sucre parental» et la terminaison «-ano». Par exemple, un polysaccharide basé sur des unités de glucose peut être appelé un glucane.

Exemples de polysaccharides

Tout au long du texte, nous avons cité les exemples les plus courants qui représentent sans aucun doute ce grand groupe de macromolécules. Ensuite, nous en développerons un peu plus certains et nous en mentionnerons d'autres tout aussi importants.

Glycogène et cellulose, deux polysaccharides (Source: Sunshineconnelly at en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, modifié par Raquel Parada Puig)

Cellulose et chitine

La cellulose, un polymère résiduel de glucose est, avec la chitine, un polymère résiduel N-acétyl-glucosamine, l'un des polymères les plus abondants sur terre.

Molécule de chitine

Le premier est une partie fondamentale des cellules végétales qui recouvrent la paroi et le second se trouve dans la paroi cellulaire des champignons et l'exosquelette des arthropodes, des animaux invertébrés incroyablement divers et abondants, y compris les insectes et les insectes. les crustacés, par exemple.

Les deux homopolysaccharides sont également importants, non seulement pour l'homme, mais pour tous les écosystèmes de la biosphère, car ils forment une partie structurelle des organismes qui sont à la base de la chaîne alimentaire.

Glycogène et amidon

Les polysaccharides, parmi leurs multiples fonctions, servent de matière de réserve d'énergie. L'amidon est produit dans les plantes et le glycogène est produit chez les animaux.

Les deux sont des homopolysaccharides composés de résidus de glucose, qui sont liés par différentes liaisons glycosidiques, présentant de nombreuses branches dans des modèles assez complexes. À l'aide de certaines protéines, les deux types de molécules peuvent former des granules plus compacts.

L'amidon est un complexe composé de deux polymères de glucose différents: l'amylose et l'amylopectine. L'amylose est un polymère linéaire de résidus de glucose liés par des liaisons α (1 → 4), tandis que l'amylopectine est un polymère ramifié qui se lie à l'amylose par des liaisons α (1 → 6).

Grains d'amidon dans une cellule de pomme de terre. Source: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Le glycogène, par contre, est également un polymère d'unités glucose liées par des liaisons α (1 → 4) et avec de nombreuses branches reliées par des liaisons α (1 → 6). Cela a un nombre de branches nettement plus élevé que l'amidon.

Structure du glycogène

Héparine

L'héparine est un glycosaminoglycane associé à des groupes sulfate. Il s'agit d'un hétéropolysaccharide composé d'unités d'acide glucuronique, dont beaucoup sont estérifiées, et d'unités de sulfate de N-glucosamine qui ont un groupe sulfate supplémentaire sur leurs 6 carbones liés par des liaisons α (1 → 4).

Structure de l'héparine. Source de l'image: Jü / CC0

Ce composé est couramment utilisé comme anticoagulant, normalement prescrit pour le traitement des crises cardiaques et de l'angine de poitrine instable.

Autres polysaccharides

Les plantes produisent de nombreuses substances riches en hétéropolysaccharides complexes, y compris les gommes et autres composés adhésifs ou émulsifiants. Ces substances sont souvent riches en polymères d'acide glucuronique et d'autres sucres.

Les bactéries produisent également des hétéropolysaccharides qui, plusieurs fois, se libèrent dans l'environnement qui les entoure, c'est pourquoi ils sont connus sous le nom d'exopolysaccharides.

Beaucoup de ces substances sont utilisées comme gélifiants dans l'industrie alimentaire, en particulier celles synthétisées par des bactéries lactiques.

Références

1. De Vuyst, L. et Degeest, B. (1999). Hétéropolysaccharides de bactéries lactiques. Examens microbiologiques FEMS, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (éd.). (2014). Les polysaccharides. Presse académique.
3. Les éditeurs de l'Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Consulté le 18 avril 2020 sur www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sucres dans les polysaccharides. Dans Methods of biochemical analysis (Vol. 2, pp. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Structure de la cellulose et biosynthèse: que réserve le 21e siècle? Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glycogène et son métabolisme. Médecine moléculaire actuelle, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.