3.2 Glucides
Objectifs d’apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de faire ce qui suit :
- Discuter du rôle des hydrates de carbone dans les cellules et dans les matériaux extracellulaires des animaux et des plantes
- Expliquer la classification des glucides
- Liste des monosaccharides, disaccharides et polysaccharides courants
La plupart des gens connaissent les glucides, un type de macromolécule, surtout lorsqu’il s’agit de ce que nous mangeons. Pour perdre du poids, certaines personnes suivent des régimes « faibles en glucides ». Les athlètes, en revanche, font souvent le plein de glucides avant les compétitions importantes pour s’assurer qu’ils ont suffisamment d’énergie pour concourir à un niveau élevé. Les glucides sont en effet un élément essentiel de notre alimentation. Les céréales, les fruits et les légumes sont tous des sources naturelles de glucides qui fournissent de l’énergie à l’organisme, en particulier grâce au glucose, un sucre simple qui est un composant de l’amidon et un ingrédient de nombreux aliments de base. Les glucides ont également d’autres fonctions importantes chez l’homme, les animaux et les plantes.
Structures moléculaires
La formule stœchiométrique (CH2O)n, où n est le nombre de carbones dans la molécule, représente les hydrates de carbone. En d’autres termes, le rapport entre le carbone, l’hydrogène et l’oxygène est de 1:2:1 dans les molécules d’hydrates de carbone. Cette formule explique également l’origine du terme « hydrate de carbone » : les composants sont le carbone (« carbo ») et les composants de l’eau (d’où le terme « hydrate »). Les scientifiques classent les glucides en trois sous-types : les monosaccharides, les disaccharides et les polysaccharides.
Monosaccharides
Les monosaccharides (mono- = « un » ; sacchar- = « doux ») sont des sucres simples, dont le plus courant est le glucose. Dans les monosaccharides, le nombre de carbones est généralement compris entre trois et sept. La plupart des noms de monosaccharides se terminent par le suffixe -ose. Si le sucre possède un groupe aldéhyde (groupe fonctionnel de structure R-CHO), il s’agit d’un aldose, et s’il possède un groupe cétone (groupe fonctionnel de structure RC(=O)R’), il s’agit d’un cétose. Selon le nombre de carbones du sucre, il peut s’agir de trioses (trois carbones), de pentoses (cinq carbones) et/ou d’hexoses (six carbones). La Figure 3.4 illustre les monosaccharides.
La formule chimique du glucose est C6H12O6. Chez l’humain, le glucose est une importante source d’énergie. Au cours de la respiration cellulaire, le glucose libère de l’énergie qui contribue à la production d’adénosine triphosphate (ATP). Les plantes synthétisent le glucose à partir du dioxyde de carbone et de l’eau, et le glucose fournit à son tour l’énergie nécessaire à la plante. Les humains et les autres animaux qui se nourrissent de plantes obtiennent souvent du glucose à partir de l’amidon catabolisé (décomposition cellulaire de molécules plus grosses).
Le galactose (qui fait partie du lactose, ou sucre du lait) et le fructose (que l’on trouve dans le saccharose, dans les fruits) sont d’autres monosaccharides courants. Bien que le glucose, le galactose et le fructose aient tous la même formule chimique (C6H12O6), ils diffèrent structurellement et chimiquement (et sont des isomères) en raison de la disposition différente des groupes fonctionnels autour du carbone asymétrique. Tous ces monosaccharides ont plus d’un carbone asymétrique (Figure 3.5).
Le glucose, le galactose et le fructose sont des monosaccharides isomères (hexoses), c’est-à-dire qu’ils ont la même formule chimique, mais des structures légèrement différentes. Le glucose et le galactose sont des aldoses, et le fructose est un cétose.
Les monosaccharides peuvent se présenter sous la forme d’une chaîne linéaire ou de molécules en forme d’anneau. Dans les solutions aqueuses, ils se présentent généralement sous forme d’anneaux (Figure 3.6). Le glucose sous forme d’anneau peut avoir deux arrangements différents du groupe hydroxyle (OH) autour du carbone anomérique (carbone 1 qui devient asymétrique dans le processus de formation de l’anneau). Si le groupe hydroxyle se trouve sous le carbone numéro 1 du sucre, il est en position alpha (α), et s’il se trouve au-dessus du plan, il est en position bêta (β).
Disaccharides
Les disaccharides (di- = « deux ») se forment lorsque deux monosaccharides subissent une réaction de déshydratation (ou une réaction de condensation ou une synthèse de déshydratation). Au cours de ce processus, le groupe hydroxyle d’un monosaccharide se combine avec l’hydrogène d’un autre monosaccharide, libérant une molécule d’eau et formant une liaison covalente. Une liaison covalente se forme entre une molécule d’hydrate de carbone et une autre molécule (dans ce cas, entre deux monosaccharides). Les scientifiques appellent cela une liaison glycosidique (Figure 3.7). Les liaisons glycosidiques (ou liaisons glycosidiques) peuvent être de type alpha ou bêta. Une liaison alpha est formée lorsque le groupe OH sur le carbone-1 du premier glucose est en dessous du plan de l’anneau, et une liaison bêta est formée lorsque le groupe OH sur le carbone-1 est au-dessus du plan de l’anneau.
Les disaccharides les plus courants sont le lactose, le maltose et le saccharose (Figure 3.8). Le lactose est un disaccharide composé des monomères glucose et galactose. Il est naturellement présent dans le lait. Le maltose, ou sucre de malt est un disaccharide formé par une réaction de déshydratation entre deux molécules de glucose. Le disaccharide le plus courant est le saccharose, ou sucre de table, qui est composé de monomères de glucose et de fructose.
Polysaccharides
Une longue chaîne de monosaccharides liés par des liaisons glycosidiques est un polysaccharide (poly- = « nombreux »). La chaîne peut être ramifiée ou non, et peut contenir différents types de monosaccharides. Le poids moléculaire peut être de 100 000 daltons ou plus en fonction du nombre de monomères assemblés. L’amidon, le glycogène, la cellulose et la chitine sont les principaux exemples de polysaccharides.
Les plantes stockent les sucres sous forme d’amidon. Dans les plantes, un mélange d’amylose et d’amylopectine (deux polymères de glucose) comprend ces sucres. Les plantes sont capables de synthétiser le glucose et elles stockent l’excédent de glucose, au-delà de leurs besoins énergétiques immédiats, sous forme d’amidon dans différentes parties de la plante, notamment les racines et les graines. L’amidon contenu dans les graines sert de nourriture à l’embryon lors de la germination et peut également constituer une source d’alimentation pour les humains et les animaux. Les enzymes décomposent l’amidon consommé par l’homme. Par exemple, une amylase présente dans la salive catalyse ou décompose cet amidon en molécules plus petites, telles que le maltose et le glucose. Les cellules peuvent alors absorber le glucose.
L’amidon de glucose comprend des monomères qui sont reliés par des liaisons glycosidiques α 1-4 ou α 1-6. Les chiffres 1-4 et 1-6 font référence au numéro de carbone des deux résidus qui se sont joints pour former la liaison. Comme l’illustre la Figure 3.9, les chaînes monomères de glucose non ramifiées (uniquement des liaisons α 1-4) forment l’amidon, tandis que l’amylopectine est un polysaccharide ramifié (liaisonsα 1-6 aux points de ramification).
Le glycogène est la forme de stockage du glucose chez l’homme et les autres vertébrés et est composé de monomères de glucose. Le glycogène est l’équivalent animal de l’amidon. Il s’agit d’une molécule hautement ramifiée, généralement stockée dans les cellules du foie et des muscles. Lorsque la glycémie diminue, le glycogène se décompose pour libérer du glucose dans un processus que les scientifiques appellent la glycogénolyse.
La cellulose est le biopolymère naturel le plus abondant. La cellulose constitue principalement la paroi cellulaire d’une plante. Cela permet à la cellule d’avoir un support structurel. Le bois et le papier sont essentiellement de nature cellulosique. Des monomères de glucose reliés par des liaisons glycosidiques β 1-4 forment la cellulose. (Figure 3.10).
Comme le montre la Figure 3.10 un monomère de glucose sur deux est inversé dans la cellulose, et les monomères sont étroitement groupés sous forme de longues chaînes étendues. C’est ce qui confère à la cellulose sa rigidité et sa grande résistance à la traction, qui sont si importantes pour les cellules végétales. Alors que les enzymes digestives humaines ne peuvent pas décomposer la liaison β 1-4, les herbivores tels que les vaches, les koalas et les buffles sont capables, avec l’aide de la flore spécialisée de leur estomac, de digérer le matériel végétal riche en cellulose et de l’utiliser comme source de nourriture. Chez certains de ces animaux, des espèces de bactéries et de protistes résident dans le rumen (partie du système digestif de l’herbivore) et sécrètent l’enzyme cellulase. L’appendice des animaux de pâturage contient également des bactéries qui digèrent la cellulose, ce qui lui confère un rôle important dans le système digestif des ruminants. Les cellulases peuvent décomposer la cellulose en monomères de glucose que les animaux utilisent comme source d’énergie. Les termites sont également capables de décomposer la cellulose grâce à la présence dans leur corps d’autres organismes qui sécrètent des cellulases.
Les glucides remplissent diverses fonctions chez les différents animaux. Les arthropodes (insectes, crustacés et autres) ont un squelette externe, l’exosquelette, qui protège les parties internes de leur corps (comme l’abeille de la Figure 3.11). Cet exosquelette est constitué d’une macromolécule biologique, la chitine, qui est un polysaccharide contenant de l’azote. Il est constitué d’unités répétitives de N-acétyl-β-d-glucosamine, qui est un sucre modifié. La chitine est également un composant majeur des parois cellulaires des champignons. Les champignons ne sont ni des animaux ni des plantes et forment un royaume à part entière dans le domaine Eukarya.
Connexion carrières
Diététicien(ne) agréé(e)
L’obésité est un problème de santé mondial, et de nombreuses maladies telles que le diabète et les maladies cardiaques sont de plus en plus répandues à cause de l’obésité. C’est l’une des raisons pour lesquelles les gens font de plus en plus appel aux diététiciens pour obtenir des conseils. Les diététiciens aident à planifier des programmes de nutrition pour les individus dans différents contextes. Ils travaillent souvent avec des patients dans des établissements de soins de santé, où ils élaborent des plans nutritionnels pour traiter et prévenir les maladies. Par exemple, les diététiciens peuvent enseigner à un patient diabétique comment gérer sa glycémie en mangeant les bons types et les bonnes quantités d’hydrates de carbone. Les diététiciens peuvent également travailler dans des maisons de retraite, des écoles et des cabinets privés.
Pour devenir diététicien(ne) agréé(ne), il faut obtenir au moins une licence en diététique, en nutrition, en technologie alimentaire ou dans un domaine connexe. En outre, les diététiciens agréés doivent suivre un programme de stage supervisé et passer un examen national. Les personnes qui font carrière dans la diététique suivent des cours de nutrition, de chimie, de biochimie, de biologie, de microbiologie et de physiologie humaine. Les diététiciens doivent devenir des experts en chimie et en physiologie (fonctions biologiques) des aliments (protéines, glucides et lipides).
Les bienfaits des glucides
Les glucides sont-ils bons pour la santé ? Certaines personnes pensent que les glucides sont mauvais et qu’il faut les éviter. Certains régimes interdisent totalement la consommation de glucides, sous prétexte qu’un régime pauvre en glucides permet de perdre du poids plus rapidement. Cependant, les glucides constituent une part importante du régime alimentaire de l’humain depuis des milliers d’années. Des objets provenant d’anciennes civilisations montrent la présence de blé, de riz et de maïs dans les entrepôts de nos ancêtres.
Dans le cadre d’une alimentation équilibrée, nous devrions compléter les glucides par des protéines, des vitamines et des graisses. Sur le plan calorique, un gramme de glucides apporte 4,3 Kcal. À titre de comparaison, les graisses fournissent 9 Kcal/g, un ratio moins souhaitable. Les glucides contiennent des éléments solubles et insolubles. La partie insoluble, les fibres, est principalement constituée de cellulose. Les fibres ont de nombreux usages. Il favorise un transit intestinal régulier en ajoutant du volume et régule le taux de consommation de glucose dans le sang. Les fibres contribuent également à éliminer l’excès de cholestérol de l’organisme. Les fibres se lient au cholestérol dans l’intestin grêle, puis s’attachent au cholestérol et empêchent les particules de cholestérol de passer dans la circulation sanguine. Le cholestérol quitte ensuite l’organisme par les selles. Les régimes riches en fibres jouent également un rôle protecteur en réduisant l’apparition du cancer du côlon. En outre, un repas contenant des céréales complètes et des légumes procure une sensation de satiété. En tant que source immédiate d’énergie, le glucose se décompose au cours du processus de respiration cellulaire, qui produit de l’ATP, la monnaie énergétique de la cellule. Sans consommer de glucides, nous réduisons la disponibilité de « l’énergie instantanée ». L’élimination des glucides du régime alimentaire peut s’avérer nécessaire pour certaines personnes, mais une telle mesure n’est pas forcément saine pour tout le monde.
