Glucide/Principales macromolécules glucidiques

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Polyosides de réserve

Définition

Ces polyosides sont pour l'essentiel des homopolymères : des polymères qui correspondent à l'assemblage d’un même monomère.

L'amidon

L'amidon est une molécule exclusivement végétale toujours synthétisée et stockée dans un plaste.

• À l'échelle moléculaire, on a deux types de stockage :

1. Stockage temporaire
2. Stockage à durée indéterminée dans des grains d'amidon

• À l'échelle de l'organe, le stockage se fait dans un tissu : le parenchyme de réserve.

L'amidon est alors formé d’un mélange de deux polymères :

• L'amylose représente 20 à 30% de l'amidon : il est formé par des assemblages de glucoses en α-1,4, formant une structure hélicoïdale.
• L'amylopectine représente 70 à 80% de l'amidon : il est formé par des assemblages de glucoses en α-1,4, ramifiés en α-1,6, formant une structure hélicoïdale à base hexagonale qui s'élargit de plus en plus vers le sommet dû aux ramifications.

Comme vu dans le précédent chapitre, l'unité de base de l'amidon est le maltose lui-même formé de deux glucoses liés en α-1,4. C’est cette liaison en α qui donne la structure hélicoïdale. Une liaison en β donnerait une structure linéaire (structure de la cellulose que nous verrons plus loin).

Ces réserves sont mobilisables par l'action de deux enzymes : α-amylase et β-amylase qui coupent la structure de l'amidon pour libérer du maltose.

Bilan : L'amidon est une molécule de réserves glucidiques chez les végétaux.

• 
  Ramification de l'amylopectine
• 
  Macromolécule d'amylopectine de forme hélicoïdale et ramifiée
• 
  Macromolécule d'amylose de forme hélicoïdale

Le glycogène

Le glycogène est une macromolécule plus grande que l'amidon. Elle est formée comme pour l'amylopectine d'assemblage de glucoses en α-1,4, ramifiés en α-1,6. Mais à la différence de l'amylopectine, ces ramifications sont beaucoup plus nombreuses (en moyenne tous les 10 monomères de glucose).

Stockage :

• Le foie peut stocker jusqu'à 5% de glycogène : haut potentiel énergétique.
• Le muscle, lui, ne stocke pas plus de 1% de glycogène car il en est le principal consommateur.

Ces réserves sont mobilisable par l'action d’une enzyme : la phosphorylase qui réalise une réaction de phosphorolyse qui coupe le glycogène pour libérer du glucose. De plus, l'importance des ramifications font que plusieurs enzymes peuvent s'attaquer à la même molécule en même temps et libérer plus rapidement du glucose.

Bilan de la réaction de phosphorolyse : $glycogene_{n}+Pi\longrightarrow glucose1P+glycogene_{n-1}$

(le Pi signifie "phosphate inorganique" et l'indice n et n-1 signifient que le glycogène passe de n à n-1 ramifications après cette réaction).

Bilan : Le glycogène est une macromolécule de réserves glucidiques principalement mais non exclusivement animale

• 
  Ramification du glycogène (identique à la ramification de l'amylopectine)
• 
  Macromolécule de glycogène

Intérêt de l'état macromoléculaire

Définition

L'état macromoléculaire concerne obligatoirement des polymères. Mais attention, un polymère n’est pas forcément en état macromoléculaire. Cet état concerne des molécules dont la masse molaire est supérieure à 10⁴g.mol⁻¹ et ayant une taille de 3 à 10 nm environ.

• À la différence des petites molécules, le stockage de macromolécules n'entraîne que très peu de variations d'effet osmotique, c'est-à-dire que ces "grosses" molécules diffusent peu. Comme elles ne diffusent quasiment pas, ces molécules sont également peu réactives.
• Par ailleurs, et c’est là le plus important, chaque molécule glucidique s'entoure d’un film d'eau dans un organisme (où on peut alors considérer qu’elles sont "en solution"). Si les macromolécules n'existaient pas, il y aurait un plus grand nombre de petites molécules à s'entourer d’un film d'eau. Les petites molécules se regroupant en macromolécules, cela entraîne que ce film devient plus grand autour d’une même molécule mais comme il y a moins de molécules à entourer, au final, il y a une surface moins importante de film d'eau. Cela limite l'encombrement et est donc un grain de place pour le stockage.
• Enfin, l'association de petites molécules en macromolécules se fait par des liaisons covalentes. Ceci représente alors un stockage de nombreuses liaisons chimiques à haut potentiel énergétique.

Polyosides à rôle structural

Chez les végétaux

Les polyosides sont des constituants de la paroi squelettique des végétaux. On dit "squelettique" car c’est un constituant qui permet de donner la forme de l'organisme, même si ce n’est pas un "squelette" sous le sens d’un squelette ossifié humain…

• La cellulose est la molécule la plus abondante sur Terre. C’est un polymère de glucose en β-1,4 qui forment des monomères de cellobiose comme vu dans le chapitre précédent. Cette liaison en β lui donne une conformation type conformation chaise c'est-à-dire que la cellulose est un assemblage de glucoses de façon linéaire.

Détail de l'agencement des molécules de cellulose en microfibrille.

1. Ces molécules de cellulose peuvent alors s'assembler entre elles pour former des édifices supramoléculaires : des microfibrilles de cellulose par liaison H interchaîne. Il faut environ 40 molécules de cellulose pour former une microfibrille de cellulose. Attention, cet agencement se fait dans les 3 dimensions de l'espace!
2. Ces édifices confèrent une stabilité mécanique et chimique aux végétaux : très peu d'organismes sont capables de digérer la cellulose (l'homme par exemple n'en est pas capable… vous pouvez toujours essayer de manger du papier, vous ne le digèrerez pas!). La digestion de la cellulose se fait par une enzyme : la cellulase.
3. Pour aller plus loin : Le transport de la sève élaborée se fait par des vaisseaux de phloème chez les végétaux. Lors de l'hiver, l'organisme se met au repos et arrête le transport de la sève (les feuilles des arbres tombent). Pour arrêter ce transport, les cellules ne fabriquent plus de la cellulose par liaison de glucoses en β-1,4 mais de la callose par liaison de glucoses en β-1,3. La callose bouche alors les cribles (ou vaisseaux) et arrête la circulation de la sève élaborée.
4. Concrètement : la cellulose est la molécule la plus abondante sur Terre. Près de 10¹² tonnes sont fabriquées et dégradées chaque année. La cellulose représente 80 à 90% de notre habillement ou encore 50% du papier…

• Les autres polyosides des parois :
  • Les pectines ou composés pectiques qui sont des chaînes d'acides uroniques

1. Les pectines acides sont chargées négativement par les acides uroniques. Ces pectines sont alors liées entre elles en formant des chaînes de molécules linéaires ou avec des coudes. Se sont des acides galacturoniques (liaison en α-1,4) avec un rhamose lié en α-1,2 au niveau des coudes.
2. Pectines neutres : les arabinanes (liaison d'arabinoses) ou les galactanes (liaison de galactoses)

Bilan : On peut noter que la conséquence des charges négatives est la possibilité de former des gels hydratés car le réseau pectique peut établir de nombreuses liaisons H avec l'eau ce qui créé un effet de retient de l'eau. Les pectines constituent la lamelle moyenne et la paroi primaire des cellules végétales.

• Les hémicelluloses sont des molécules constituées par des chaînes d'oses (le plus souvent du glucose) linéaires (en β-1,4) avec présence de ramifications (qui peut privilégier certains oses et conférer alors des propriétés différentes à la macromolécule). On les trouve avec les molécules de cellulose.

Chez les animaux

Chez les animaux, il n'y a pas de paroi squelettique rigide mais un équivalent : la matrice extra-cellulaire qui comporte des très nombreuses macromolécules. On trouve deux catégories de molécules : les protéines et les polysaccharides:

• La protéine la plus répandue est le collagène.
• Le polysaccharide le plus répandu est le GAG : se sont des chaînes glucidiques linéaires non ramifiées présentant un motif répétitif qui détermine la nature même du GAG. Le GAG possède un caractère anionique qui tient à la présence de $SO_{4}^{2-}$, de $SO_{4}^{3-}$ ou de C₂O⁻. Le GAG le plus fréquent est l'acide hyaluronique.
• On peut également avoir des associations de GAG et de protéines : des protéoglycanes. Ils forment des agrégats hydratés de très grand volume car les charges négatives qu’ils portent créées des liaison H avec l'eau et réalisent ainsi des gels hydratés.

La matrice extra-cellulaire se trouve chez les vertébrés. Les invertébrés sont constitués d’une cuticule. La chitine (formant la cuticule) est un polymère de N-acétylglucosamine qui sont reliés en β-1,4 pour donner, comme chez la cellulose, des molécules linéaires s'associant à leur tour pour former des microfibrilles.