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Institut de Formation en Soins Infirmiers – 1ère AnnéeAnnée universitaire 2014 - 2015
Les glucides – Structure, fonction et pathologie
Docteur Marie-José STASIA
PLAN
INTRODUCTIONDéfinition, Appellation, Classification
LES OSES SIMPLES ET DIHOLOSIDES OU DISACCHARIDES ESSENTIELSPrincipaux oses simples et disaccharides essentiels pour l’homme
Oses: glucose, fructose, riboseDisaccharides: maltose , saccharose, lactose
Propriétés utiles des oses simples et des disaccharides1. Pouvoir sucrant2. Hydrosolubilité3. Réducteurs (acide glucuronique/sels biliaires, vitamine C) 4. Oxydants (glucitol, galactitol, mannitol)5. Les desoxyoses (ADN, ARN)6. Les oses phosphorylés (Formes actives des oses)
UN POLYSACCHARIDES ESSENTIEL, L’AMIDON
SUCRES ET DIETETIQUESucres lents, sucres rapides et index glycémique (IG)Les oligosaccharides ou FOS (le bifidus actif)
AUTRES POLYSACCHARIDES IMPORTANTSLe glycogène, les alginates
Plan
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PLAN (suite)
LES GLUCIDES COMPLEXES OU LES GLYCOCONJUGUESConséquences physiologiques et physiopathologiques de la glycosylation des protéines
1. Les MBL ou antigènes glucidiques2. les glycoprotéines du HIV3. Importance de l’étiquette mannose‐6‐phosphate – Défaut d’adressage des enzymes lysosomiaux
4. Pathologies liées à un défaut de glycosylation
Les Glycolipides, intérêt pour la distinction des groupes sanguins
LES GLUCIDES ULTRA‐COMPLEXES OU LES PROTEOGLYCANES ET PEPTIDOGLYCANESLa matrice extracellulaire (MEC), charpente et colle biologique des tissus
L’acide hyaluronique, prototype de glycosaminoglycanes (GAG) , constituants principaux de la MECL’aggrécane, GAG constituant principal du cartilage
Les peptidoglycanes de la paroi bactérienne, action de la pénicilline
Ils sont des : • réserves énergétiques (glycogène pour les mammifères, la cellulose pour les
végétaux)
• éléments de structure (matrice extracellulaire, charpente et colle des tissus)
• composants de métabolites fondamentaux (ADN, ARN, les vitamines...)
Ils sont considérés maintenant comme des :• signaux de reconnaissance (l’étiquette mannose de certains enzymes
essentielle pour leurs localisations et leurs fonctionnements dans la cellule, si absence enzymopathie grave)
• déterminants antigéniques (détermination du groupe sanguin selon la
structure glucidique des antigènes de surface du globule rouge)
Ils entrent dans la composition de produits de synthèse comme les :
Vaccins polysaccharidiquesFormes nouvelles d’administration de médicaments Alimentation allégée (Aspartam, Fibres alimentaires)
Introduction
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Source : gluconéogenèse ( glycogène) ouphotosynthèse ( cellulose)
Dégradation métabolique : source d’énergie – glycolyseMolécules organiques nommées hydrates de carbone, composées d’unenchainement d’atomes de carbone C portant:‐des fonctions alcools (OH)‐ parfois une fonction acide (COOH) ou aminée (NH2)‐ 1 fonction aldéhyde (CHO) pour les aldoses ou une fonction cétonique (CO) pour les cétoses. Ce sont des aldéhydes ou cétoses polyhydroxylés (plusieurs fonctions alcools (OH).
Glucose Fructose(Aldose) (Cétose)
Définition générale des glucides ou carbone‐hydrates
Appellation des glucides selon leur composition chimique
Le sucre ou glucide le plus simple est l’OSE, dont le nom dépenddu nombre d’atomes de carbone C et s’il possède une fonctionaldéhyde ou cétone dans sa structure.
Le nombre d’atomes de carbone : 3C (triose) ; 6C (hexose)la nature de la fonction : Aldéhyde (CHO)→ Aldose ;Cétone (CO)→ Cétose
La combinaison de ces 2 critères caractérise l’ose : Aldopentose(aldéhyde à 5C), Aldohexose (aldéhyde à 6C), … Cétopentose(Cétone à 5C) , Cétohexose (Cétone à 6C…Tous possédant des fonction alcool OH qui leur confèrent unesolubilité dans l’eau
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GLUCIDES Oses (monosaccharides, glucides simples)(n = Unité de base d’ose) (ex: glucose, fructose, ribose)
Osides (polysaccharides, glucides complexes)
‐ Oligosaccharides (Plusieurs oses enchainés n < 10)ex: les disaccharides (2 unités de base comme maltose,lactose, saccharose)
‐ Polysaccharides : enchainement d’un nombre importantd’oses, n>10 [rôle de stockage (amidon, glycogène) oustructural (cellulose, chitine)]
Glycoconjugués : Structures glucidiques complexes composés de glucides liés à une protéine (glycoprotéines) ou un lipide (glycolipides) ou un peptide (peptidoglycanes, les protéoglycanes).
Classification des glucides selon leur structure
Oses simples et diholosides ou disaccharides essentiels
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Les principaux oses simples essentiels pour l’homme
1 ‐ Le glucose: ose simple de référence (aldohexose)Ose majeur dans tous les métabolismes glucidiques fondamentaux (néoglucogénèse, glycolyse...)Le taux normal de glucose dans le sang ou glycémie est compris entre 0,7 et 1,1 g/L soit 1 g/L correspondant à 5,5mMSi > 1,2 g/L alors diabète Excès de Glucose dans le sang
mesure de la glycémie à jeunglycosurie (glucose dans les urines) si glycémie > [1,8g/L]
•Diabète de type 1 (DID)juvénilemaladie autoimmune : destruction des cellules (ilôts ) productrices d’insuline.
•Diabète de type 2 (DNID)après 50 ansabsence de réponse des tissus périphériques à l’insuline.
•AGE dans le plasma :Modification de l’hémoglobine circulant par glycosylation anormale du à un excès de glucose dans le sang des diabétiques
ex Hémoglobine glyquée Son dosage est le reflet de la glycémie chez le diabétique (DID) et de la clairance rénale (insuffisance rénale)
Les principaux oses simples essentiels pour l’homme (suite)
2 – Fructose (cétohexose) Structure proche du glucose, , retrouvé dans les fruits,le miel, les sécrétions séminales Ose aussi fondamental que le glucose entre dans tous les métabolismes glucidiques de l’organisme
3 – Ribose (aldopentose, aldéhyde à 5C) Ose très important car il entre dans la composition des acides nucléiques (ADN, ARN), Mais aussi dans la structure des coenzymes activateurs d’enzymes essentiels aux métabolismes de l’organismeEt dans la structure des nucléotides tels que NAD, NADP, FAD, tout aussi essentiels aux réactions enzymatiques de notre organisme
Ribose cyclisé forme active
Fructose cyclisé forme active
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Glucose Fructose
Fonction alcool
primaire
Fonction alcool
secondaire
L’isomérie n’a aucune influence sur la fonction
Fonction aldéhyde
Fonction cétone
Aldose cétose
Isomérie de fonction : aldéhyde ou cétone
Isomérie optique : propriétés physiques de déviation d’un faisceau lumineux
Isomères « conformationnels » : forme de la molécule de glucides cyclisés (formes bateau ou chaise)
Les différentes formes d’isomérie, propriétés physiques des oses simples
Principaux diholosides ou disaccharides utiles à l’hommeLe maltose
Formé par l’union de 2 molécules de glucose. Produit d’hydrolyse obtenu par digestion des polysaccharides (amidon et glycogène) par les amylases.
Le saccharoseLe saccharose est extrait de la canne à sucre et de la betterave. Il est cristallisable et soluble dans l’eau. C’est le sucre de table.
Le lactoseIl est présent dans le lait de tous les mammifères.
Rôle Des disaccharidases intestinalesVéritables scapels spécifiques des dissacharides (maltases, saccharases, lactases) Sont localisées à la surface externe des cellules épithéliales de l’intestin grêle Elles participent à la digestion et l’absorption des nutriments
Intolérance au lactose
Signes: vomissements, diarrhées/constipation, douleurs abdominales – Arrêt au
changement d’alimentationLes disaccharides comme le lactose ne peuvent entrer directement dans les cellules : nécessité d’une disaccharidase intestinale pour hydrolyser, au préalable le lactose en galactose + glucose. Dans l’intolérance au lactose, disparition de l’activité lactase des cellules intestinales.
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1 ‐ Le pouvoir sucrant c’est‐à‐dire le goût sucré
Le glucide de référence est le saccharose ou sucre de table
Les édulcorants non nutritifs ou sucres de synthèse ont un pouvoir sucrant très élevé sans valeur calorique
Le sorbitol a un pouvoir sucrant faible qui influence peu la glycémie et possède des propriétés laxatives
Propriétés utiles des mono et disaccharides…
2 – L’hydrosolubilité
La facilité de dissolution des sucres (mono ou disaccharides) dans l’eau est dû à leur fonction alcool (OH) dans leur structure
3 – Facilement oxydés car réducteurs
Cette propriété permet :
L’élimination des sels biliaires au niveau hépatique par la glucuronoconjugaison : Les sels biliaires se lient à l’acide glucuronique (glucose oxydé) ce qui augmentent leur solubilité pour une meilleure élimination dans la bile (bilirubine conjuguée)
Idem au niveau rénal
Les oses oxydés entre dans la composition de la vitamine C (carence nommée scorbut) , du collagène, de certains stéroïdes (hormones)
Propriétés utiles des mono et disaccharides…
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4 – Peuvent être réduits donc oxydants aussi
Formation de sucres‐alcools ou polyolsGlucose Glucitol (ou Sorbitol)
Le glucose réduit en son dérivé alcool le glucitol ou sorbitol; très soluble, faible pouvoir sucrant (édulcorant), non métabolisé (IG faible), laxatif
Galactose Galactitol (ou Dulcitol) Si déficit en enzymes du métabolisme de galactose (maladie génétique
rare la galactosémie congénitale) accumulation anormale de galacticol avec dépôt au niveau de l’œil, cataractes et cécitéSi non traitée évolution rapide vers la défaillance hépatocellulaire et rénale avec septicémie.Nécessité d’un diagnostic rapide et instauration immédiate d’une alimentation pauvre en lactose et galactose
Mannose Mannitol Edulcorant, additif alimentaire (E421), diurétique, utilisé en soluté car
hypertoniques dans pression intracranienne (voie intra veineuse), dans insuffisance rénale oligurique
Propriétés utiles des mono et disaccharides…
5 – Les desoxyoses comme le desoxyribose (Ribose)
Entre dans la composition des acides nucléiques (ADN, ARN)
des molécules énergétiques de l’organisme ou nucléotides (ATP, ADP),
des coenzymes (FAD, NAD) permettant le fonctionnement de certains enzymes de métabolismes essentiels de l’organisme
6 – Les oses phosphorylés (glucose, fructose et mannose)
Sont la seule forme active des oses. Pour être efficaces et entrer dans les métabolismes glucidiques (néoglycogénèse, glycolyse, glycogénolyse…) nécessité d’être phosphorylés
Ex: Glucose– 6– phosphate, mannose– 6– phosphate, fructose‐6‐phosphate
Propriétés utiles des mono et disaccharides…
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Un polysaccharide essentiel, l’amidon
L’amidon, un polysaccharide essentiel
Représente la moitié des glucides apportés par l’alimentation chez l’homme.Structure compacte en hélice constituée d’un enchainement d’unité maltose (disaccharide = glucose+glucose)
Dégradation digestive par des enzymes spécialisées:‐ les amylases (1‐4 glucosidase), surtout pancréatiques très actives plutôt que salivaires, inactivées par le pH de l’estomac‐ l’enzyme débranchant (1‐6 glucosidase), présent dans la bordure en brosse de l’intestin‐ La maltase intestinale (disaccharidase) dégrade le maltose
maltase
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Sucres et Diététique
La notion de sucres lents et sucres rapides
Définition ancestrale de sucre
Sucres simples (monosaccharides) Sucres complexes (polysaccharides)
rapides ? Lents ?
ex: glucose, fructose ex: comme l’amidon
La structure des sucres est essentielle mais pas suffisante pour les classifier comme lents ou rapides
Qu’elle est l’incidence physiopathologique de ces différentes structures osidiques?
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Notion d’Index glycémique (IG)Sucres lents et sucres rapides
DEFINITION
Capacité d'un glucide donné à élever la glycémie après le repas par rapport à un standard de référence qui est le glucose pur (IG=100)
Sucres rapides IG > 70
Sucre lents IG < 70
Glucose Fructose
Sucres IG
Glucose 100
Lactose 40
Saccharose (sucre blanc) 70
Fructose 20
Lactose = Galactose + Glucose
Saccharose= Glucose + Fructose
FructoseGlucose
Monosccharides
Disaccharides
Exemple d’IG de sucres simples (mono ou disaccharides)
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Amylose :structure linéaire
Amylopectine: structure ramifiée de l’amylose
Rapport amylose/amylopectine essentiel pour la rapidité de digestion des féculents
Notion de l’existence des amidons: rapport amylose/amylopectine (amidon partiellement digéré)
Les sucres complexes dit lents mais pas toujours lents…
Sucres complexes (poylsaccharides) IG
Pain blanc 90
Pain complet 65
Pommes de terre purée/Four 85/90
Pommes de terre/eau 65
Riz blanc standard 70
Riz Basmati long 50
Pâtes complètes (blé entier) 50
Spaghettis bien cuits 55
Spaghettis al dente 40
IG dépend du rapport amylose/amylopectine, du temps et du mode de cuisson des aliments
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Sucres et alimentation allégéeOligosaccharides ou Oligosaccharines
Production: Les Oligosaccharides sont produits par tonne industriellement à partir de l’amidon ou du saccharose ou du lactose, ex: FOS ou fructo‐oligo‐Set sont utilisés comme fibres alimentaires dans de nombreux produits (yaourts, céréales…)
Propriétés :‐ non hydrolysés, pas métabolisés, pas d’absorption intestinale
Améliore le transit intestinale (fibres alimentaires)
‐ Substrats de la flore intestinale saprophyte Les FOS sont utilisées par la flore intestinale pour sa croissance
naturelle, donc stimule les défenses immunes intestinales naturelles (ex: yaourt au bifidus actif)
Autres polysaccharides importants
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Le glycogène
Réserve dans le règne animal :‐ Structure proche de l'amidon
(enchaînement de glucose mais plus de
ramifications)
Poids moléculaire très élevé
‐ Foie : 10 % à 12 % du poids frais
‐Muscles : 50 % du glycogène total ‐ Pas de glycogène dans le plasma
Dégradation cellulaire dans le foie et le muscle glycogène par glycogénolyse
régulée en permanence (hormones)
Réserves faibles sur le plan énergétique :
‐ Régulation de la glycémie
‐ Approvisionnement des tissus
Les alginates nocifs dans la mucoviscidose
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Exemple de polysaccharides de synthèse utilisés en pharmacologie –les cyclodextrines
Complexation des principes actifs pour mieux contrôler leur passage dans le circuit sanguin ou la progressivité de leur diffusion
Les alginates utiles
‐ Polysaccharides formant des gels durs utilisés comme aditifs alimentaires, épaississants, gélifiants (desserts lactés, jambon, panés)‐ Utilisés en cosmétique, dans les peintures, encres, moulage‐ Encapsulation de médicaments, enzymes, cellules
Les alginates utiles suite…
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Les glucides complexes ou les glycoconjugués
Les glycoprotéines
Glucide + Protéine 1 % 70 %Liaison covalente : glycosylation (eucaryotes)
Principales glycoprotéines
‐ Protéines de sécrétion (enzymes, hormones, anticorps)
‐ Protéines situées à la surface dans la membrane plasmique (récepteurs)‐ Protéines plasmatiques
Rôle de la glycosylation
‐Maturation
‐ Solubilisation, protection contre protéolyse
‐ Diversité de structure, spécificité structurale, reconnaissance (Ag de surface) – MBL
‐ Communication intercellulaire, cellule/hormone, cellule /virus – HIV
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Différents types de glycosylation dans différents compartiments subcellulaires
Conséquences physiologiques et physiopathologiques de la glycosylation
des protéines
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Circulation sanguine
Structure oligomérique
Propriétés spécificité de reconnaissance large (Mannose > NacGlc > maltose > Glucose > Galactose) grande avidité
Fonction anticorps universel(opsonine)
Récepteur surface des phagocytes
Collectines ou M B L ou antigène de nature glucidique
Structure glycane 50 %
Un précurseur gp 120 Liaison sur la cellule hôte (tropisme)gp 41 Fusion membranaire
Interaction Récepteur
VIH Lymphocytes T gp 120 CD4 glycoprotéine de surface
VIH Cerveau gp 120 Galactosyl céramide glycolipide de surface
Les glycoprotéines d’enveloppe du VIH
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Lymphocyte T CD4+
HIV
Fusion et entrée du VIH
Les enzymes dépourvus de l’étiquette mannose-6P ne sont pas canalisés vers le lysosome
Structure glucidique
protéine
Mannose‐6‐phosphate
Trafic intracellulaire ou l’étiquette mannose -6-phosphate
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La mucopolisaccharidose de type II, maladie génétique de transmission autosomique récessiveDû à un déficit en transferase permettant la synthèse de l’étiquette mannose‐ 6‐phosphate
Défaut d’adressage d’enzymes lysosomales
Clinique grave, surdité, retard psychomoteur, hirsutisme, limitation articulaire, décès dans l’enfance par complication cardiorespiratoiresTraitement symptomatique; ex biphosphonates pour atteinte osseuse, greffe de moelle osseuse
Enzymopathies – Défaut d’adressage des enzymes lysosomiaux
Carbonhydrate Deficiency Glycoprotéin Syndrome (CDGS )
Groupe de maladies innées touchant la synthèse des glycoprotéines par défaut de glycosylation
Tableau clinique variable et hétérogène, retard psychomoteur quasi constant, anomalies lipo‐cutanées, squelettiques, troubles de la coagulation, cytolyse et fibrose hépatiquesTraitements difficiles le plus souvent
Modification des sucres de surface : troubles de la glycosylation dans les cancers
Altérations des cellules cancéreuses; paramètres de croissance modifiées d’où agressivité accrue, dûes à des modifications de la glycosylation des glycoconjugués protéiques et/ou lipidiquesBiosynthèse d’antigènes glucidiques associés aux tumeurs ( le sialyl‐Lewis) qui accroissent le potentiel métastasique des cellules cancéreuses
Enzymopathies – Défaut de synthèse des sucres
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Fuc
Sphingosine
Acide gras
Glc Gal GalNAc Gal
Fuc
Antigène B
Antigène A
Glc Gal GalNAc Gal Gal
Glc Gal GalNAc Gal
Fuc
GalNAc
CéramideGroupe
O
A
B
Groupes sanguins – spécificité apportés par les oses
PROTEOGLYCANES PEPTIDOGLYCANES
Les glucides ultra-complexes
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Réseau de protéines fibreuses (collagènes) dans un gel polysaccharidique hydraté (glycosaminoglucanes ou GAG)
Molécules synthétisées par les cellules qui baignent dans la MEC (fibroblastes, chondroblastes, macrophages, mastocytes…)
Charpente et colle biologique des tissus
Favorise la diffusion des métabolites, hormones, nutriments
Favorise le fonctionnement, la mobilisation des cellules de la MEC
Les cellules, les GAG associées à des protéines, les collagènes, l’élastine constituent le tissu conjonctif (peau, os , cerveau)
La matrice extracellulaire (MEC)
Le prototype des GAG, l’acide hyaluronique
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L’aggrécane, constituant principal du cartilage
Les peptidoglycanes de la paroi bactérienne
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Résistance à la pénicilline
Les pénicillines inhibent la synthèse du peptidoglycane
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