Glucides structuraux

Types d'hydrates de carbone structurels

Commençons par examiner la définition des glucides et les types de glucides structurels qui existent.

L'arrangement du carbone avec l'hydrogène et l'oxygène donne leur nom aux hydrates de carbone. Un atome de carbone (\(C\)), deux atomes d'hydrogène (\(H\)) et un atome d'oxygène (\(O\)) constituent la base des hydrates de carbone.

Glucides sont utilisés pour stocker de l'énergie. Chaque once de cette énergie est utilisée par le corps humain lorsqu'elle est ingérée, car les glucides sont essentiels à notre alimentation.

En plus d'alimenter ton corps, les glucides aident à fabriquer des lipides et à construire d'importantes macromolécules, et leurs sous-produits contribuent au système immunitaire, à la reproduction et à la production d'énergie.

Tu as peut-être remarqué que cette combinaison de particules en fait une association de carbone (carbo-) et d'eau (-hydrate). La longueur de ces chaînes atomiques permet de différencier les glucides.

Ces chaînes nous permettent de classer les glucides en trois groupes principaux:

• les monosaccharides

• les disaccharides

• les polysaccharides.

Tous ces glucides stockent de l'énergie pendant un certain temps sous une forme ou une autre. Les monosaccharides et les disaccharides sont connus sous le nom de sucres simples ou d'hydrates de carbone.

Le glucose et le fructose sont des exemples de monosaccharides, comme le montre la figure 1.

Figure 1 : Exemples de structures de monosaccharides. Wikimedia. DsChanz.

Le fructose et le glucose sont des isomères, c'est-à-dire des molécules ayant la même formule \(C_6H_{12}O_6\) mais des structures différentes. De nombreux aliments que nous consommons contiennent du glucose ou du fructose, comme les pommes, les raisins, les poires et les raisins secs.

Lorsque deux monosaccharides se lient ensemble, on parle de disaccharide. Le disaccharide le plus courant que beaucoup d'entre nous utilisent aujourd'hui se présente sous la forme de sucre de table ou de saccharose. Le saccharose est composé des monosaccharides glucose et fructose liés ensemble, comme l'illustre la figure 2.

Figure 2 : Structure disaccharidique du saccharose illustrée. Wikimedia. NEUROtiker.

Lespolysaccharides et les oligosaccharides sont considérés comme des glucides complexes. Ces molécules sont formées lorsque de nombreux groupes de sucres simples sont enchaînés les uns aux autres. Les polysaccharides sont constitués de plusieurs monosaccharides ou de structures plus compliquées, ce qui en fait des glucides complexes. L'amidon, le glycogène, la cellulose et la chitine sont des exemples de polysaccharides.

• Lesoligosaccharides sont des hydrates de carbone généralement composés de trois à dix monosaccharides, tandis que les polysaccharides sont en moyenne plus longs. Le raffinose et l'oligofructose sont des exemples d'oligosaccharides.

• Lespolysaccharides sont constitués de plusieurs monosaccharides ou de structures plus compliquées, ce qui en fait des glucides complexes.

• Lesglucides structurels sont des glucides qui contribuent principalement à l'intégrité structurelle des cellules. Les glucides structurels les plus courants sont les polysaccharides et les composants des fibres tels que la cellulose, l'hémicellulose, la chitine, etc.

Cela signifie que les monosaccharides et les disaccharides sont des glucides simples. Alors que les oligosaccharides et les polysaccharides sont des glucides complexes.

• Les glucides complexes sont constitués de plusieurs monosaccharides liés entre eux. Dans l'ensemble, les oligosaccharides sont plus courts que les polysaccharides.

Exemples d'hydrates de carbone structurels

Après avoir compris les types de glucides : simples et complexes, et le lien entre les glucides structurels, nous devons examiner des exemples de glucides structurels.

Voici quelques-uns des glucides structurels les plus courants :

• Lacellulose: Le biopolymère le plus abondant au monde, comprenant des liaisons de glucose qui peuvent former des fibres denses et composer les parois cellulaires des plantes et des légumes. On la trouve dans le bois et le coton. Les biopolymères sont des substances produites par les cellules des organismes vivants.

• Chitine : Un polysaccharide structurel riche en azote et présent dans la structure des champignons et des exosquelettes des arthropodes. C'est le polymère naturel le plus abondant au monde après la cellulose.

• Peptidoglycane: Également connu sous le nom de mureine, c'est un copolymère résistant qui constitue la structure cellulaire de nombreuses bactéries. Les copolymères sont constitués de plus d'un type de monomère dans leurs chaînes.

Certains glucides structurels qui sont des oligosaccharides sont :

• Lesfructooligosaccharides (FOS): Présents naturellement dans les plantes, ils sont généralement utilisés par les humains comme sucres alternatifs car ils contiennent moins de calories que le sucre de table ou le saccharose.

• Raffinose: Le raffinose est un oligosaccharide que l'on trouve dans de nombreux produits végétaux, comme les haricots et les choux, et qui peut protéger les graines contre le dessèchement.

Les glucides structurels dans les plantes

Certains des glucides structurels les plus importants dans les plantes sont :

• la cellulose

• L'hémicellulose

• les pectines

• Les fructanes

• Gommes

La cellulose

Lacellulose est polysaccharides ou hydrates de carbone complexes constitués de liaisons de glucose.

En général, la cellulose est constituée de la formule \((C_6H_{10}O_5)n\) où n est le nombre de monomères présents dans le composé. La cellulose est un polymère linéaire et ramifié par rapport à l'amidon et possède des liaisons glycosidiques \(\beta\). Elle est également constituée de monomères de glucose. Les propriétés spécifiques de la cellulose dépendent du nombre de monomères ou de la longueur de la chaîne de la molécule.

La cellulose constitue les parois cellulaires des plantes vertes, telles que les algues et les plantes terrestres. Les plantes terrestres sont la plupart des plantes qui composent la terre.

Hémicellulose

L'hémicellulose est un polysaccharide qui est un copolymère. Elle compose également les parois cellulaires des plantes terrestres comme la cellulose.

Par rapport à la cellulose, l'hémicellulose a des chaînes plus courtes et est ramifiée. On trouve les hémicelluloses sous forme de fibres réticulées liées à la pectine et à la cellulose pour former une matrice ou une connexion de réseaux permettant de soutenir les plantes, comme le montre la figure 3.

Comme il s'agit d'un copolymère, il est constitué de plusieurs monosaccharides : glucose, galactose, xylose, arabinose et mannose.

La pectine

Lespectines sont des polysaccharides qui constituent les parois cellulaires des plantes terrestres, comme la cellulose. On les trouve principalement dans les parties non ligneuses des plantes.

La pectine compose les fruits et les légumes et se décompose généralement au fur et à mesure que les fruits et les légumes mûrissent. Les fruits et légumes deviennent plus tendres à mesure qu'ils mûrissent parce que la matrice illustrée à la figure 3 est décomposée. C'est le même processus qui se produit à l'automne lorsque les feuilles changent de couleur et tombent au sol.

Dans les plantes désertiques, il a été démontré que la pectine répare l'ADN. Les aliments qui contiennent de grandes quantités de pectine sont les pommes, les oranges, les poires et les carottes.

Dans le cadre industriel, nous utilisons principalement la pectine comme agent épaississant. Par exemple, nous utilisons la pectine pour épaissir les confitures et leur donner la consistance que nous connaissons. La pectine est principalement constituée d'acide galacturonique dérivé du galactose.

Figure 3 : La cellulose, l'hémicellulose et la pectine sont réticulées pour former la structure des parois cellulaires des plantes. Wikimedia. LadyofHats.

Les fructanes

Lesfructanes sont des polysaccharides composés de monomères de fructose. Les fructanes qui ont une chaîne plus courte sont connus sous le nom de fructooligosaccharides. On les trouve dans l'herbe et dans d'autres plantes comme l'ail, les oignons et l'agave.

Ils sont considérés comme des polysaccharides structurels parce qu'ils ne sont pas facilement digestibles mais ont des fonctions de stockage. Ils aident les plantes à tolérer le froid et la sécheresse et à réguler la pression osmotique. Les humains peuvent également les utiliser comme édulcorants alternatifs, car ils sont moins caloriques que le sucre de table.

Gommes

Les gommesnaturelles sont des polysaccharides que l'on trouve généralement dans les parties ligneuses des plantes. Les gommes naturelles peuvent agir comme des agents liants ou épaississants extraits d'algues vertes telles que les algues marines. L'un des exemples les plus célèbres de gommes naturelles est l'agar.

L'agar peut être utilisé en laboratoire pour cultiver des bactéries dans des boîtes de Petri et diagnostiquer des infections, comme l'illustre la figure 4. Il peut également être utilisé dans les desserts tels que les gelées et les crèmes glacées. L'agar est composé de monosaccharides : galactose, agarose, etc.

En général, les gommes sont fabriquées à partir d'un mélange de monosaccharides.

Figure 4 : Plaque de gélose sanguine utilisée pour évaluer les infections. Wikimedia. NIH.

Les glucides structurels chez les animaux

La chitine et les glycosaminoglycanes font partie des glucides structurels les plus importants chez les animaux.

La chitine

• Ce sont des polysaccharides que l'on trouve dans l'exosquelette des arthropodes tels que les insectes et dans les parois cellulaires des champignons.

• La structure de la chitine est similaire à celle de la cellulose, et c'est derrière la cellulose le deuxième biopolymère le plus abondant au monde.

• Elle est constituée de monosaccharides de glucose, sauf que ces monosaccharides de glucose sont des dérivés amides appelés N-acétylglucosamine.

• La chitine est un glucide complexe résistant qui permet aux crustacés de servir de carapace. La carapace ou exosquelette de la plupart des invertébrés se combine au carbonate de calcium pour en faire un élément plus robuste.

• Chez les papillons, on trouve de la chitine dans leurs ailes sous forme de gyroïde, ce qui permet à la lumière de se déplacer à travers elle et les rend iridescents.

Glycosaminoglycanes (GAG)

• Polysaccharides non ramifiés constitués d'unités de disaccharides. Leur structure diffère parce qu'ils sont modifiés par des protéines appelées enzymes.

• Les glycosaminoglycanes (GAG) s'attachent aux protéines de la matrice extracellulaire pour synthétiser les protéoglycanes. La matrice extracellulaire est une connexion tridimensionnelle de réseaux ou de matrices composée principalement de protéines qui aident les cellules à soutenir et à maintenir leur intégrité structurelle.

• Quelques exemples de protéoglycanes sont le sulfate d'héparane, un polysaccharide linéaire qui se fixe aux protéines comme le collagène, et le sulfate de kératine, qui sont des glycosaminoglycanes sulfatés que l'on trouve dans les os et le cartilage des animaux.

Différence entre les glucides structurels et non structurels

Les glucidesstructurels et non structurels sont deux types généraux de glucides. La cellulose chez les plantes, la chitine chez les arthropodes et le peptidoglycane chez les bactéries sont des exemples d'hydrates de carbone structurels.

L'amidon et le glycogène sont des exemples d'hydrates de carbone non structurels. L'amidon stocke l'énergie dans les plantes et le glycogène dans les animaux.

Les glucidesnon structure ls sont les autres glucides qui ne contribuent pas à l'intégrité structurelle des cellules. Les glucides non structurels sont généralement des glucides de stockage, dont voici quelques exemples :

• L'amidon : La principale forme de stockage d'énergie pour les plantes telles que les pommes de terre qui sont constituées de nombreuses unités de glucose combinées. L'amidon existe sous deux formes structurelles: l'amylose est droite et l'amylopectine est ramifiée.

• Glycogène: Le glycogène est la principale réserve d'énergie des animaux, logée dans les tissus corporels et, dans une moindre mesure, dans le foie. Il peut être décomposé en glucose par hydrolyse en cas de nécessité énergétique et sert de moyen de stockage de l'énergie pour les animaux, les champignons et les bactéries.

Bien que les glucides structure ls puissent être construits à partir de monosaccharides tels que le glucose et le fructose et de disaccharides tels que le saccharose, la plupart des sucres simples ne sont pas structurels, car leur fonction première est de stocker les sucres. Les glucides structurels peuvent essentiellement être des composés que les organismes vivants utilisent pour maintenir leur forme ou leur intégrité structurelle. De la même façon, les protéines peuvent également être structurelles.

Les protéines sont un autre type de composé organique, comme les hydrates de carbone, mais leurs principales fonctions sont de servir d'anticorps pour protéger notre système immunitaire, d'enzymes pour accélérer les réactions chimiques, etc.