Polysaccharides

La structure générale des polysaccharides

Les polysaccharides sont des composés organiques constitués de plusieurs molécules de monosaccharides. Ils ont une structure complexe avec des centaines ou des milliers de monosaccharides. C'est pourquoi on les appelle des glucides complexes. La figure 1 ne montre qu'une fraction de la longue chaîne de polysaccharides. Remarque les monosaccharides individuels.

Fig. 1 - Une partie de la longue chaîne de la structure des polysaccharides

Comment les polysaccharides se forment-ils et se décomposent-ils ?

Comme tous les polymères, les polysaccharides se forment lors de la réaction de condensation.

Les polysaccharides sont constitués d'unités de glucose. Par conséquent, lors de la condensation, des centaines d'unités de glucose s'assemblent à l'aide de liaisons glycosidiques covalentes. L'eau est éliminée pendant la réaction au fur et à mesure que les liaisons se forment. Les liaisons glycosidiques entre ces molécules de glucose peuvent être des liaisons 1,4 et 1,6-glycosidiques. La structure du glycogène est un excellent exemple des deux liaisons qui relient les monosaccharides individuels en une structure complexe. Dans la figure 2, tu peux voir les liaisons glycosidiques 1,4 et 1,6.

Fig. 2 - Liaisons glycosidiques 1,4 et 1,6 dans le polysaccharide glycogène

Les polysaccharides subissent la réaction d'hydrolyse pour se décomposer en leurs monomères. Cela se produit lorsqu'il y a un besoin d'énergie. Comme les cellules peuvent absorber de plus petites unités mais pas de grosses molécules comme les macromolécules complexes, les polysaccharides doivent être décomposés.

Les polysaccharides passent par de multiples réactions d'hydrolyse. Dans la figure 3, tu peux voir que la première hydrolyse de l'amylose (un polysaccharide de l'amidon) ne produit pas immédiatement des monosaccharides (glucose).

Fig. 3 - Hydrolyse de l'amylose et du maltose

Trois types de polysaccharides

Les trois principaux types de polysaccharides sont l'amidon, le glycogène et la cellulose.

L'amidon

L'amidon est un polysaccharide construit à partir de molécules d'α-glucose.

La structure de l'amidon

L'amidon est composé de deux molécules : l'amylose et l'amylopectine. Ces deux molécules sont classées dans la catégorie des polysaccharides.

Elles sont toutes deux composées d'unités d'α-glucose ; cependant, elles diffèrent par leur structure. L'amylose possède une longue chaîne non ramifiée qui forme une hélice, dans laquelle des liaisons α-1,4-glycosidiques relient les unités de glucose. L'amylopectine est une molécule ramifiée, avec des liaisons α-1,4-glycosidiques entre les unités de glucose individuelles de la chaîne et des liaisons α-1,6-glycosidiques là où elle se ramifie.

La fonction de l'amidon

Tu sais peut-être déjà que les plantes produisent du glucose et de l'oxygène grâce à la photosynthèse. Elles utilisent le glucose pour divers processus cellulaires importants, et toutes les molécules de glucose non utilisées sont stockées sous forme d'amidon. C'est pourquoi on dit que l'amidon sert de stockage d'énergie dans les plantes. Il est stocké sous forme de petits grains dans différentes parties de la plante.

L'amidon peut également servir de réserve d'énergie à long terme. Par exemple, l'amidon présent dans les racines et les bulbes est une source d'énergie pendant les mois d'hiver. Les animaux, en revanche, ne stockent jamais d'amidon. Les animaux et les humains consomment des plantes et reçoivent une grande quantité d'énergie pour leurs propres activités cellulaires.

Les aliments riches en amidon sont les pommes de terre, le pain, les pâtes, le riz et les céréales. Le couscous, le blé et l'avoine sont des exemples de céréales.

La relation entre la structure et la fonction de l'amidon

La structure de l'amidon permet de réaliser plusieurs fonctions :

• L'amidon est compact grâce aux structures enroulées et ramifiées de l'amylose et de l'amylopectine. Cela signifie que les minuscules cellules végétales peuvent facilement le stocker en grandes quantités.

• L'amidon est gros, complexe et insoluble. Il ne se diffuse donc pas hors des cellules et n'affecte pas l'osmose. Cela en fait également un excellent composé de stockage, car il n'a pas d'effet néfaste sur le fonctionnement normal des cellules.

• Lors de l'hydrolyse, une structure ramifiée comme l'amidon peut facilement donner de petites molécules de glucose facilement transportables à partir de l'extrémité de ses branches.

Le glycogène

Le glycogène est un polysaccharide construit à partir de molécules d'α-glucose.

La structure du glycogène

Le glycogène est similaire à l'amylopectine en ce sens qu'il s'agit d'un polysaccharide ramifié, avec des liaisons 1,4-glycosidiques entre les unités de glucose d'une chaîne et des liaisons 1,6-glycosidiques à l'endroit où les branches se lient à la chaîne.

C'est un polysaccharide très ramifié, encore plus que l'amylopectine. Jette un coup d'œil à la figure ci-dessous. Remarque les branches de la structure, ainsi que la position des liaisons glycosidiques 1,4 et 1,6.

Fig. 4 - La structure très ramifiée du glycogène

La fonction du glycogène

Le glycogène est une réserve d'énergie chez les animaux. Il est généralement stocké dans le foie et les muscles. Il n'est jamais stocké dans les plantes. Comme l'amidon, il est hydrolysé lorsqu'il y a un besoin d'énergie pour divers processus. Le glycogène stocké dans le foie est utilisé pour réguler la concentration de glucose dans le sang. Dans les muscles, il est important pour la contraction musculaire. Il sert de source d'énergie à libération rapide pendant l'activité physique.

La consommation de fruits, de légumes féculents et de céréales complètes permet d'accumuler du glycogène.

La relation entre la structure et la fonction du glycogène

Le glycogène est compact, encore plus que l'amidon. Cela en fait un excellent composé de stockage, car il peut être stocké dans de petits espaces et en grandes quantités. La structure ramifiée signifie également que l'hydrolyse est rapide. Les molécules de glucose situées à l'extrémité des branches peuvent être libérées rapidement pendant l'hydrolyse, ce qui signifie que les cellules peuvent absorber plus rapidement l'énergie dont elles ont tant besoin. Comme l'amidon, elle est grande, complexe et insoluble dans l'eau, ce qui signifie qu'elle ne se diffuse pas hors des cellules et n'affecte pas l'osmose dans les cellules.

La cellulose

La cellulose est un polysaccharide qui est construit à partir de molécules de β-glucose.

La structure de la cellulose

Les molécules de β-glucose forment une longue chaîne droite. Par conséquent, la cellulose n'est pas ramifiée ou enroulée. Une unité de β-glucose sur deux est inversée, ou "à l'envers". Ces molécules de β-glucose sont reliées par des liaisons 1,4-glycosidiques. Les longues chaînes de molécules de β-glucose sont reliées entre elles par des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène sont faibles en elles-mêmes, mais lorsqu'elles sont nombreuses, comme dans la cellulose, elles créent une structure solide.

La figure 5 montre la structure de la cellulose. Remarque la position du groupe $C{H}_{2}OH$ et des atomes d'hydrogène et d'oxygène.

Figure 5 - Structure de la molécule de cellulose

Les molécules de cellulose peuvent être empilées les unes sur les autres (voir également la figure 6) pour former des fibrilles très solides mais extrêmement petites appelées microfibrilles. Plusieurs microfibrilles sont ensuite assemblées pour former des fibres qui constituent les parois des cellules végétales.

La fonction de la cellulose

La cellulose est importante dans les cellules végétales. Elle apporte un soutien structurel crucial aux parois cellulaires en les rendant rigides et non flexibles. Cela signifie que les cellules restent structurellement intactes pendant l'osmose, ce qui est important car les cellules éclateraient s'il y avait trop d'eau à l'intérieur sans un support structurel solide. La cellulose aide également les plantes à rester debout et permet aux tiges et aux feuilles de rester fermes et plates pour que la photosynthèse puisse avoir lieu.

Certains animaux, par exemple le bétail, peuvent digérer la cellulose et utiliser ses unités de glucose comme source d'énergie. Les humains ne peuvent pas digérer la cellulose et ne l'utilisent pas comme source d'énergie (nous utilisons plutôt le glycogène). Cependant, la cellulose est une source importante de fibres, importante pour la digestion.

La relation entre la structure et la fonction de la cellulose

Grâce à leurs chaînes longues et solides, les molécules de cellulose peuvent être "empilées" les unes sur les autres, reliées par des liaisons hydrogène. Les molécules de cellulose sont ainsi suffisamment solides pour soutenir les parois cellulaires. Ce soutien supplémentaire permet aux tiges et aux feuilles de rester fermes et droites, ce qui signifie que les plantes peuvent produire de la nourriture (glucose) par photosynthèse.

Parce que la cellulose est si solide et qu'elle est insoluble dans l'eau, elle aide les cellules à préserver leur forme et contribue à leur fonctionnement normal en empêchant les cellules d'éclater pendant l'osmose.