Notions structure & propriétés physico-chimiques des constituants biochimiques.
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Notions structure & propriétés physico-chimiques
des constituants biochimiques
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Aliments : produits dont nous nous nourrissons. Nutriments : produits dont nos cellules se nourrissent. Organisme (réactions chimiques) : aliments nutriments A partir des nutriments nos cellules synthétisent leurs
propres molécules biologiques. Molécules biologiques sont groupées en 3 classes :
Glucides, Lipides et Protéines 4ème classe : A.N matériel génétique de la cellule
P, L et G : principales briques moléculaires permettant de fabriquer cellules vivantes Cellules se dégradent meurent en fabriquer puiser /nourriture absorber P, L et G
« nous sommes faits de ce que nous mangeons »
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I- GLUCIDES Classe importante des substances naturelles. Représentent majeure partie de subst. organique terrestre Les + énergétiques des substances nutritives (40 à 50 % des
calories apportées par l'alimentation humaine). Chaînons carbonés (C-C) porteurs hydroxyles (OH)
et fonctions aldéhydiques (CHO), cétoniques (C=O), acides (COOH) ou aminées (NH2).
Largement répandus chez touts les E V. Structure : cellulose (Vx); chitine (invertébrés) Réserves énergétiques : glycogène (Ax), amidon (Vx) Métabolites : constitution AN, coenzymes, vitamines
Rôle économique: Cellulose : milliards de tonnes / an Amidon, saccharose : millions de tonnes / an.
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Oses et Osides (DP) Oses (simples): Aldoses (-CHO) ; Cétoses (C=O )
Osides: complexes = oses + subs. non glucidique Holosides : Polymères d’oses / Liaison osidique :
(ose-O-ose)n
Oligosides ( 2 n 10) Polyosides (n 10)
Hétérosides : oses + aglycone (fraction non glucidique)
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Formule brute Cn(H20)p (hydrates de carbone). Caractérisés par (au sein même molécule) d’1 fonction carbonylique et d'au moins 1 fonction alcool. Hydrosolubles et réducteurs (aldéhyde et Cétone) Classés selon 2 critères :
Nbre de C : triose, tétrose, pentose, hexose, heptose,.. Nature de la fonction carbonylique :
Fonction aldéhydique ALDOSE Fonction cétone CETOSE
Critères combinés permet de caractériser un ose:
Ex : Aldohexose : 6 C, 5 OH et 1 CHO Majorité chez E.V ont 5 C (pentose) ou 6 C (hexose)
I.1. Oses Oses (monosaccharides)
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I.1.1. Aldoses :
Glycéraldéhyde (+ simple) : CHO-*CHOH-CH2OH Triose (3C) 1*C (asymétrique) 2 énantiomères (D et L)
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Aldoses dérivent du glycéraldéhyde Ajout d’1C (portant OH*C) entre CHO et *C (initial). Dernier *C configuration (D ou L) Epimères : par configuration d’1*C (D-mannose/ D-glucose)
Nature: seulement isomères D
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Classification des aldoses
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I. 1. 2. Cétoses :
Dihydroxyacétone (+ simple): CH2OH-CO-CH2OHTriose (3 C) Pas de *C
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Ajout d’1C (portant OH *C) entre C= O et CH2OH
Ce *C (premier ajouté) configuration (L ou D) Epimères : D-ribulose / D-xylulose Nature : seulement série D
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Classification des cétoses
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I.1. 3. Cyclisation des oses
I.1.3.1. Glucose (6C) Le + important des sucres dans la nature Le + stable (thermodynamiquement) large diffusion Très répandu à l'état libre ou combiné. Principal carburant de l'organisme.
Glycémie : [Glucose libre] dans le sang (0,80g/L).
Réserve en glycogène (foie, muscles) ou amidon.
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Chaîne à 6C dont le + oxydé (fonction aldéhyde) porte n° 1. Fonctions alcool IIaires et une fonction alcool Iaire. Cyclisation favorisée : ROH & CHO dans 1 molécule. Cyclisation interne : liaison entre C-1 et C-5 pont osidique. Fermeture du cycle : C aldéhydique en 1*C nouveau Conséquence : en solution 2 G, anomères (36%) et (63%), en équilibre
avec forme aldéhydique ouverte.
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• Oses ne se trouvent pas dans nature sous forme linéaire.• 2 structures cycliques et ( : + stable, groupes en position équatoriale) % CHO libre ( G réducteur) déroulement des réactions des aldéhydes (oxydation, réduction, formation de dérivés).
Mutarotation
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I. 1. 3. 2. Dérivés du glucose Glucosamine (chitosane) : OH (C-2) NH2
N-acétyl-glucosamine (chitine) : OH (C-2) NH-CO-CH2
Acide glucuronique (mucopolysacchrides) : Oxydation OH COOH
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I. 1. 3. 3. Fructose Cétohexose important Vgx (fruits) ; miel (autant que glucose) saccharose Ax : rare (sauf dans liquide séminal) Combiné : oligosides (surtout Vgx); polyosides Pouvoir sucrant élevé ; très soluble Cyclisation selon même mécanisme que glucose Formes cycliques - et -D-fructofuranose Mutarotation : forme linéaire en équilibre avec formes furanniques (les + stables à l'état naturel). : + prédominante, + stable (2 CH2OH du côté opposé)
Forme ouverte pouvoir réducteur.
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Fonction réductrice est une cétone située par convention sur C 2 (le + oxydé). Rarement sous forme linéaire, souvent sous forme cyclisée par une liaison entre
fonction réductrice (C 2) et fonction alcool IIaire du C 5. dans liquide spermatique humain mouvement des spermatozoïdes. Cyclisation se fait entre C2 (cétone) et C5.
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Galactose 2ème ose après glucose Intervient dans composition :
Lactose = D Gal + D Glc Cérébrogalactosides du cerveau Glycolipides et glycoprotéines
Mannose Très rare sous forme libre surtout dans les végétaux. Glycoprotéines chez l'homme.
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Ribose et Désoxyribose Aldopentoses Alimentation (abats) Composantes importantes des AN. Forme biologique : furanique (1 - 4) :
forme habituelle des pentoses des AN structure des coenzymes : NAD,
NADP, ATP. Ribose : par réduction de fonction
alcool IIaire C 2 Désoxyribose. Désoxyribose ADN gde stabilité
propre à sa fonction de conservation de l'information génétique.
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Lactose dans lait Mmfs : humain (69 g/l) et vache (46 g/l). Son goût assez peu sucré. Disaccharide réducteur : DGal(14) , DGlu : réaction de condensation
(ou synthèse par déshydratation). Réaction inverse = hydrolyse. Si non stérilisé bactéries fermentent lactose acide lactique. Acidification assez forte pour provoquer des protéines du lait : on dit que le lait a tourné (caséification, transformation en fromage blanc).
I.2. OsidesOsides
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Saccharose végétaux : canne à sucre,
betterave sucrière, etc... Raffiné (purifié et cristallisé)
= sucre ordinaire (de table). Produit chimique purifié
(d'origine naturelle) le + abondant de notre alimentation.
Disaccharide : DGlu(12)DFruf
Non réducteur car 2 fonctions réductrices du Glu (C1)et du Fructose (C2) engagées.
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Maltose Intermédiaire de digestion des polyosides (amidon ou glycogène) par amylases Disaccharide : DGlu(14) ou DGlu Réducteur Hydrolysé en 2 molécules de Glu par une enzyme spécifique, la maltase.
Rq : Fructose > Saccharose > Glucose> Maltose > Galactose > Lactose
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AmidonPolyholosides (PM très élevé) de réserve / Vx : tubercules
de PT, graines des céréales (riz, blé, maïs). Se décompose en :
Amylose : 20-30% d’amidon natif ; 250-300 Glu (14) sans ramification. Enroulement en hélice.
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Amylopectine : Chaîne de 1000 unités de Glu. Glu (14) + ramification (16) tous 24-30 (14).
Tissus animaux en sont dépourvus. Production annuelle dépasse 35.106 t/an (Maïs : 25.106 t/an) Teneur (M. sèche): céréales (40-90%) et tubercules (65-85%).
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Glycogène (Amidon AX) : Polyholoside de réserve / tissus Ax : foie et muscles
des mammifères, insectes ou mollusques (huîtres). Structure Amylopectine, sauf + ramifié 8-12 (14) Longueur de chaîne latérale 10-14 Glu. 105 Gl (foie) PM 16 Millions
Repas riche en sucres sang risque devenir trop [ ] en Glu (glycémie). Cellules (foie et muscles) : surplus Glu glycogène ( glycémie) : stocker jusqu'à 600 g glycogène Si % Glu sanguin trop bas (jeûne ou activité), Glycogène Glu circulation sanguine. Se nourrir de polyscc. s'assimilent lentement que mono ou disacc. qui s’absorbant + rapidement.
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Cellulose (Structure) : Composante de paroi cellulaire végétale. PolyDGul (14) sans aucune ramification. PM 500 000 –5 M ( cellulose native).
Vx produisent 50-100 milliards de t /an. Coton et papier filtre = cellulose pure à 98 %. Source : Bois, coton, maïs, blé,..
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Chitine2ème biopolymère abondant trouvé en nature après cellulose Idem cellulose sauf Glu aminés ou glucosamines ( douleurs d'arthrite)
Poly [β-(1 4)-2-acétamido-2-déoxy-D-glucopyranose
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Crustacés : exosquelette (07-36%) Mollusques:plumes (Céphalopodes,
40%) Insectes : cuticule (1,4 % du Pds frais)
Micro-organismes : > 20 % du poids
Ver annelés : soies Champignons :parois cellulaires Algues:parois cellulaires (chlorophycées)
Chitine en Nature
30 000 t / an (2007)
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Agar-Agar : algues marines PolyGal(13)+ ac. sulfurique.
Forme des gelées pour milieux nutritifs bactériens
Ac hyaluronique: tissu conjonctif, humeur vitrée, peau. Ac. glucuronique + N-acétylglucosamine
Non ou peu ramifié. PM très élevé
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Héparine Sulfonylaminoglucose + esters sulfuriques d’ac glucuronique
4-5 molécule d’ac. sulfurique / tétrasaccharide PM 17000-20000.
Anticoagulante : inhibe prothrombine Thrombine.
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I.3. I.3. Caractérisation des Glucides Caractérisation des Glucides
Sucre +liq de Fehl rouge (reducteur)Aldose + iode Cétose + iode HIO4 pyrannose ou furannose
Osazone : cristaux dépend du sucre
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Oxydation par liqueur de FEHLING :Oxydation d’ose par oxyde de Cu, qui se réduit à l’état d’oxyde cuivreux
rouge :
R-CHO + 2CuO + HOK R-COOK + ¬Cu2O + H2O
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Oxydation périodique (IO4H) : La + importante réaction d’oxydation de fonctions alcools IIaires Détermination structures d’oses: HIO4 pyrannose ou furannose
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Formation d’osazones Forme des cristaux d’osazone spécifique de l’ose initial.Ex : Galactose galactosazone (lames)
Glucose glucosazone (filament)
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Formation d’esters phosphoriques :
Esters monophosphoriques : 1P + fonction alcool Iaire.
Ex: -D-glucose-6-phodphate (C(6) -O-PO3H2 ) Esters monophosphoriques cycliques: 1P + 2OH d’ose Ex: Adénosine 3’-5’-Monophosphate (AMPc) : régulation des glucides, action hormonale.
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Esters diphosphoriques : Ex: Fructose-1-6-diphosphate Esters triphosphoriques : Ex : ATP Esters phosphoriques: 1P + 2 fonctions alcool portées par 2
oses base de l’édifice des AN