Monosaccharides
Les glucides sont la biomolécule la plus abondante sur Terre. Les organismes vivants utilisent les glucides comme énergie accessible pour alimenter les réactions cellulaires et pour le soutien structurel à l’intérieur des parois cellulaires. Les cellules attachent des molécules de glucides aux protéines et aux lipides, modifiant les structures pour améliorer la fonctionnalité. Par exemple, les petites molécules de glucides liées aux lipides dans les membranes cellulaires améliorent l’identification cellulaire, la signalisation cellulaire et les réponses complexes du système immunitaire., Les monomères glucidiques désoxyribose et ribose font partie intégrante des molécules D’ADN et D’ARN.
pour reconnaître le fonctionnement des glucides dans les cellules vivantes, nous devons comprendre leur structure chimique. La structure des glucides détermine comment l’énergie est stockée dans les liaisons glucidiques pendant la photosynthèse et comment la rupture de ces liaisons libère de l’énergie pendant la respiration cellulaire.
les biomolécules répondent à des critères structuraux spécifiques pour être classées comme hydrates de carbone. Les glucides simples sont des modifications de chaînes hydrocarbonées courtes., Plusieurs hydroxyles et un groupe fonctionnel carbonyle modifient ces chaînes hydrocarbonées pour créer un monosaccharide, l’Unité de base de tous les glucides.
les Monosaccharides sont constitués d’une chaîne carbonée de trois atomes de carbone ou plus contenant un groupe hydroxyle attaché à chaque carbone sauf un. L’atome de carbone Solitaire est double-lié à un atome d’oxygène, et ce groupe carbonyle peut être dans n’importe quelle position le long de la chaîne de carbone. Par conséquent, un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène sont présents pour chaque atome de carbone dans un monosaccharide., Par conséquent, nous pouvons définir les monosaccharides comme possédant la Formule moléculaire (CH2O) n, où n est égal au nombre d’atomes de carbone et doit être supérieur ou égal à trois.
les Monosaccharides (en grec, signifiant « sucre simple”) sont des sucres simples et sont fréquemment nommés en utilisant le suffixe –ose. Les sucres avec le groupe carbonyle attaché à un carbone à l’extrémité de la chaîne sont des aldoses (« sucre aldéhyde”) tels que le glucose. Lorsque le groupe carbonyle est situé ailleurs que l’extrémité de la chaîne carbonée, le monosaccharide est un cétose (« sucre cétone”) tel que le fructose.,
étant donné que la position des atomes individuels dans une molécule de sucre varie, de nombreux monosaccharides sont des isomères les uns des autres. Par exemple, le glucose et le fructose partagent la Formule moléculaire C6H12O6, mais sont structurellement différents. Les différences entre les isomères ne sont pas toujours aussi évidentes que dans les isomères structuraux comme le glucose et le fructose. Les stéréoisomères plus subtils partagent le même ordre de liaisons covalentes entre les atomes, mais diffèrent dans les positions tridimensionnelles des atomes autour d’un ou plusieurs atomes de carbone individuels., Par exemple, le glucose et le galactose sont des stéréoisomères et apparaissent très similaires dans les dessins. De petits détails tels que si an – OH s’étend du côté droit ou gauche de chaque atome de carbone sont extrêmement importants pour le goût, la réactivité chimique et la santé humaine.
sous forme cristalline, la majorité des monosaccharides sont présents dans une structure à « longue chaîne”. En revanche, les sucres dissous dans une solution, comme le fluide de l’intérieur d’une cellule, se transforment fréquemment en une structure « annulaire”., La Formule moléculaire d’un sucre n’est pas affectée par les conversions d’une longue chaîne à une structure annulaire. Les formes annulaires des sucres sont les structures qui réagissent pour former des dimères de glucides et des polymères.
Certains monosaccharides sont modifiés par des enzymes cellulaires pour améliorer ou modifier leur fonction cellulaire. Bien que les sucres modifiés ne répondent pas à la définition formelle des glucides, ils sont formés par de petites modifications des monosaccharides communs. Le désoxyribose, un composant clé du sucre de toutes les molécules D’ADN, est un « sucre désoxy., »Pour former le désoxyribose, le ribose monosaccharide à 5 carbones est « désoxygéné », éliminant un groupe hydroxyle spécifique et le remplaçant par un atome d’hydrogène. En revanche, les « sucres aminés” sont modifiées par l’ajout d’un nouveau groupe fonctionnel. Dans un sucre aminé, un ou plusieurs groupes hydroxyles sont remplacés par des groupes fonctionnels contenant de l’azote. Les sucres aminés jouent un rôle important dans le système immunitaire, le traitement neuronal et le soutien structurel.
les Groupes Fonctionnels de Glucides
Cette activité teste votre capacité à identifier tous les groupes fonctionnels de monosaccharides en hydrates de carbone.,
structure et fonction des glucides
les monomères glucidiques, les chaînes courtes et les polymères remplissent des fonctions cellulaires importantes pour maintenir la vie. Le nombre et le type de monosaccharides utilisés, ainsi que la position de la liaison entre eux, déterminent la structure tridimensionnelle de chaque hydrate de carbone. En reconnaissant les différences structurelles et fonctionnelles entre les monomères glucidiques courants et les polymères, nous pouvons mieux comprendre les rôles que jouent les glucides à l’intérieur des cellules et dans l’alimentation humaine.,
Les cellules construisent des polymères glucidiques en utilisant l’énergie pour former des liaisons glycosidiques, les liaisons entre les monosaccharides. Une réaction de synthèse de déshydratation forme une liaison entre les atomes de carbone dans deux monosaccharides, prenant en sandwich un atome d’oxygène entre eux et libérant une molécule d’eau. Un disaccharide se forme lorsque deux monomères sont joints. Le saccharose (sucre de table) est fabriqué en joignant deux monomères spécifiques, le glucose et le fructose., Différentes paires de monosaccharides produisent de nombreux sucres disaccharidiques courants que nous associons aux aliments, notamment le saccharose, le maltose (sucre de malt, deux monomères de glucose) et le lactose (sucre de lait, monomères de glucose et de galactose).
les chaînes glucidiques sont prolongées par des réactions de synthèse de déshydratation supplémentaires, ajoutant un monomère à la fois à une chaîne en croissance. Les chaînes courtes appelées oligosaccharides sont fréquemment attachées aux lipides et aux protéines., Ces « étiquettes » glucidiques soutiennent les fonctions du système immunitaire, participent à la communication cellulaire et aident à attacher les cellules aux surfaces extracellulaires et à d’autres cellules.
les chaînes glucidiques avec des centaines ou plus d’unités monosaccharidiques sont des polysaccharides. Contrairement aux chaînes plus courtes, les polymères glucidiques sont souvent composés d’un seul type d’unité monosaccharidique. Les différences dans la structure et la fonction de ces polymères surviennent principalement de différences dans les glycosidique, plutôt que la présence de différents monosaccharides., Les liaisons glycosidiques impliquent des liaisons covalentes d’un atome de carbone dans chaque monosaccharide à un seul atome d’oxygène entre eux. Cependant, les atomes de carbone qui participent à cette liaison covalente peuvent être différents dans chaque molécule d’hydrate de carbone.
les polysaccharides les plus courants sont construits uniquement avec des monomères de glucose, tandis que les différences structurelles significatives entre ces polysaccharides proviennent principalement de la position et du nombre des liaisons glycosidiques dans chaque unité de glucose., Bien que ces différences de liaison semblent insignifiantes à première vue, l’effet fonctionnel de différences structurelles mineures dans chaque liaison glycosidique est énorme.
construire et briser les glucides
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Polysaccharides
les Polysaccharides, les « hydrates de carbone complexes”, jouent un rôle vital de stockage d’énergie et de structure dans les organismes vivants, faisant des hydrates de carbone les biomolécules les plus abondantes sur Terre., Les Polysaccharides sont d’excellentes molécules de stockage d’énergie car ils sont facilement construits et décomposés par des enzymes. Formant des structures assez compactes, les polysaccharides permettent le stockage d’énergie sans l’espace requis par un pool de monomères de glucose libres. D’autres polysaccharides forment des fibres solides qui fournissent une protection et un soutien structurel chez les plantes et les animaux.
avec de petites différences dans la liaison entre les monomères, les polymères peuvent fonctionner comme des unités de stockage d’énergie compactes dans l’amidon et le glycogène ou comme des fibres protectrices fortes dans la cellulose et la chitine., Comprendre la structure, la synthèse et la dégradation des polymères glucidiques fournit un cadre pour comprendre leur fonction dans les cellules vivantes.
les animaux, y compris les humains, créent des polymères de glucose appelés glycogène. La position de la liaison glycosidique entre les monomères de glucose fait que les polymères de glycogène s’enroulent en forme de spirale. Les polymères de glycogène sont significativement ramifiés, avec plusieurs monomères dans la chaîne primaire contenant une deuxième liaison glycosidique à un glucose différent., Les deuxièmes sites de fixation permettent aux chaînes de glucose plus courtes de se ramifier loin de la chaîne principale, emballant plus d’unités de glucose dans la structure enroulée compacte.
bien que la structure du glycogène permette aux humains et aux autres animaux de stocker de l’énergie sous une forme relativement compacte, le polymère peut être dégradé rapidement. Les animaux initient des réactions d’hydrolyse entraînées par des enzymes pour décomposer le glycogène lorsque l’énergie est nécessaire. Pour un accès rapide à l’énergie, le glycogène est stocké principalement dans deux endroits chez l’homme, le foie pour une livraison facile dans la circulation sanguine et les muscles pour une utilisation directe au besoin.,
les plantes synthétisent deux types de polysaccharides, l’amidon et la cellulose. Les liaisons glycosidiques entre les unités de glucose dans l’amidon végétal sont similaires à celles du glycogène animal. En conséquence, les molécules d’amidon sont structurellement similaires, formant des bobines compactes et jouent un rôle similaire dans le stockage d’énergie pour les plantes. Contrairement au glycogène, les molécules d’amidon varient considérablement dans le niveau de ramification. La plupart des plantes forment un mélange de polymères d’amidon avec peu ou pas de ramification et de polymères avec une ramification étendue.,
en plus de fournir de l’énergie aux plantes qui les synthétisent, les amidons constituent la principale source de nourriture pour de nombreux animaux. Les humains et d’autres animaux produisent des enzymes qui dégradent les molécules d’amidon en petits fragments pendant la digestion. Chez l’homme, cette digestion commence dans la bouche par une enzyme appelée amylase, qui dégrade les polymères d’amidon en disaccharides (maltose). Pour expérimenter vous-même la digestion de l’amidon, essayez de mâcher un biscuit non salé pendant une longue période. Après un certain temps, le biscuit a-t-il commencé à avoir un goût sucré?, C’est la formation de disaccharides de maltose dans votre bouche à mesure que l’amidon est digéré. Le sel peut masquer de nombreux autres goûts, donc cette mini-expérience fonctionne mieux avec des craquelins non salés.
les plantes synthétisent un polysaccharide structurel appelé cellulose. Bien que la cellulose soit faite avec du glucose, les liaisons glycosidiques entre les monomères de glucose sont différentes des liaisons dans le glycogène et l’amidon. Cette structure de liaison unique provoque des chaînes de cellulose pour former des brins plats linéaires au lieu de bobines. Les brins plats de cellulose sont capables de former des faisceaux serrés., Les fibres fortes et rigides résultent de la formation de liaisons hydrogène entre les groupes hydroxyles polaires dans les polymères groupés. Les fibres de Cellulose fournissent un soutien structurel aux plantes. Sans cellulose, les tiges florales et les troncs d’arbres ne pourraient pas maintenir leur hauteur rigide et droite.
Les différences structurelles entre les liens glycosidiques dans l’amidon et la cellulose affectent la capacité des animaux à digérer les aliments végétaux. Les Enzymes telles que l’amylase ne peuvent pas décomposer les polymères de cellulose., Certains animaux, y compris les vaches et les termites, digèrent la cellulose en hébergeant des micro-organismes spéciaux dans leurs voies digestives qui produisent des enzymes dégradant la cellulose. Cependant, les humains et la plupart des animaux ne fabriquent pas d’enzyme capable de dégrader la cellulose, laissant les fibres de cellulose non digérées lorsqu’elles traversent le corps. Les humains exploitent la cellulose végétale de manière non alimentaire en transformant les arbres, le coton et d’autres plantes pour fabriquer du papier, des vêtements et de nombreux autres matériaux courants. Les humains récoltent également de grands arbres pour construire des structures avec le bois riche en cellulose.,
certains animaux synthétisent un polysaccharide spécial, la chitine, qui forme une coquille protectrice d’exosquelette. Les liaisons glycosidiques dans la chitine sont très similaires aux liaisons cellulosiques, ce qui fait que la chitine forme également des feuilles linéaires et bien emballées de fibres fortes. Contrairement à la cellulose, la chitine est synthétisée à partir d’un monosaccharide modifié appelé sucre aminé. Le monomère de chitine est dérivé du glucose en remplaçant un groupe hydroxyle par un groupe fonctionnel contenant de l’azote., Les Interactions entre les groupes contenant de l’azote et les groupes hydroxyles restants dans la structure polymère de la chitine le rendent extrêmement solide et rigide. La chitine fournit une protection et un soutien structurel à de nombreux organismes vivants, y compris la formation des exosquelettes des mollusques et des insectes et des parois cellulaires des champignons.
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