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par Dr AKRETCHE SORAYA Biochimie et chimie des aliments 1 Cours de biochimie et

par Dr AKRETCHE SORAYA Biochimie et chimie des aliments 1 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya Partie I : Biochimie structurale Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 2 Partie I: Glucides Introduction On regroupe sous le nom de glucides les substances naturelles qui, au moins pour celles qui sont hydrosolubles, ont une saveur douce ou sucrée. On les appelle aussi hydrates de carbone (en anglais, carbohydrates) en raison de leur formule élémentaire Cn(H2O)n, sucres ou encore saccharides. 3 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • On distingue les glucides, avec les oses simples (monosaccharides) tels que le glucose ou le galactose, les oligosides (oligosaccharides) tels que le maltose ou le cellobiose, les polyosides (polysaccharides) tels que l’amidon, le glycogène ou la cellulose, et les glycoconjugués avec les protéoglycanes, les glycoprotéines et les glycolipides. En effet, nombre de protéines contiennent des chaînes osidiques dénommées glycanes qui différent par leur mode de liaison à la chaîne polypeptidique et présentent une grande hétérogénéité directement en relation avec leur fonction biologique. 4 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • Des glycanes se trouvent aussi associés à certains lipides pour former des glycolipides. • Les glucides sont les biomolécules les plus abondantes de la planète. Ils jouent au sein des êtres vivants nombre de rôles très divers, tant structuraux que métaboliques. Les glycoconjugués participent, eux, essentiellement aux processus de reconnaissance et de communication intercellulaire. 5 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya I. Les monosaccharides (oses ou sucres simples) • Les oses ou sucres simples (monosaccharides) sont des molécules comportant n-1 fonction alcool ou hydroxyle et une fonction carbonylique aussi appelée fonction réductrice (aldéhydique ou cétonique). 6 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 7 • La classification des oses repose sur le nombre de carbone (triose, tétroses, pentose, hexose, heptose, …) et sur la nature de la fonction carbonylique (aldose et cétose). • Les oses les plus simples ont trois atomes de carbone et l’on distingue un aldotriose appelé le glycéraldéhyde et un cétotriose qui est la dihydroxyacétone. Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 8 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya I.1. L’isomérie • a- Notion de carbone asymétrique Un carbone est dit asymétrique s’il porte 4 substituants différents ; s’il est situé le plus prés de la fonction alcool primaire (CH2OH) et le plus loin de la fonction carbonylique ; l’orientation de son hydroxyle (OH) indique la série D (si OH est à droite du plan) ou la série L (si OH est à gauche du plan). 9 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • b- Pouvoir rotatoire Si un faisceau de lumière polarisée traverse une solution de certaines substances, le plan de polarisation est dévié selon un angle qui est en fonction : • De la longueur d’onde de la lumière utilisée ; • De la température ; • De la nature de la substance ; • De la nature de la solution. Une telle substance est douée d’activité optique et la valeur de l’angle de déviation est mesurée. 10 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • De là nous définissons l’isomérie de position pour deux molécules possédant les mêmes propriétés physicochimiques mais dévient la lumière d’angles opposés comme étant des isomères optiques ou énantiomères et chacun d’eux représente l’image de l’autre dans un miroir. 11 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 12 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • c. Filiation des oses selon KILIANI et FISHER KILIANI et FISHER ont proposé une méthode par synthèse pour passer d’un ose ayant n atomes de carbone à l’homologue supérieur ayant n+1 atomes de carbone à l’aide de l’acide cyanhydrique (HCN), la méthode simplifiée est la suivante : 13 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 14 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • d- Epimérisation des oses • Nous donnons le nom d’épiméres à deux structures qui ne se différencient entre elles que par un seul carbone asymétrique. • Le passage d’un épimére à un autre est possible soit par voie chimique soit par voie enzymatique. 15 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 16 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 17 D Mannose (Epimére en C 2) D Glucose D Galactose (Epimére en C 4) Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • Enfin, si la différence porte sur un nombre de carbones asymétriques compris entre 1 et leur nombre total x, on désigne les stéréoisomères du nom général de diastéréoisomères. 18 D glucose et son diastéréoisomère le D gulose Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya Structure cyclique • Structure cyclique • Haworth a découvert qu’en solution aqueuse, les oses à cinq atomes de carbone ou plus adoptent préférentiellement une structure cyclique qui résulte d’une hémiacétalisation interne entre le groupe carbonyle aldéhydique ou cétonique et l’un des groupes hydroxyle. 19 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • En solution, il s'établit un équilibre entre les formes linéaires et les formes cyclisées: 20 forme linéaire (de Fisher) forme cyclique (de Haworth) 0,1/100 à pH physiologique 99,9/100 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • L’hétérocycle formé est constitué de cinq ou de six atomes, dont un atome d’oxygène, les cycles à cinq atomes sont nommés furanoses (pont oxydique entre le C2 et le C5 pour le fructose et pont oxydique entre C1 et C4 pour le glucose) et à six atomes sont nommés pyranoses (pont oxydique entre le C2 et C6 pour le fructose, pont oxydique entre le C1 et le C5 pour le glucose). • . 21 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 22 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • La formation des hémiacétals cycliques conduit à la formation d’un centre chiral supplémentaire appelé carbone anomère, il en résulte des anomères désignés par des symboles α et β. Dans cette projection, le cycle est représenté perpendiculairement au plan. 23 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • Dans les anomères α de la série D, le groupement –OH du C1 dans les aldoses et C2 des cétoses, se situe au dessous du plan, dans la forme β il se situe au dessus du plan. • Par rapport à la forme linéaire, tous les OH qui sont à droite, se présentent en bas dans la forme cyclique. 24 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 25 Pont oxydique α D glucopyranose forme prédominante pour le glucose Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya 26 β-D-fructofuranose (forme prédominante pour le fructose Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya Conformation • La forme cyclique des glucides n’est pas plane comme le laisse penser la projection de Haworth. Pour éviter des tensions dans le cycle, les molécules adoptent une forme non plane. Deux conformations sont possibles celle de chaise et celle de bateau. 27 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • Des considérations énergétiques permettent de penser que la forme chaise est beaucoup plus probable que la forme bateau et elle est aussi la plus stable que la forme bateau qui est énergétiquement moins favorable. 28 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • Il est naturellement possible de basculer d'un anomère à un autre en repassant très temporairement par la forme linéaire de l'ose. Ce phénomène est appelé la mutarotation des oses. On obtient approximativement dans l'eau l'équilibre suivant: • α 40% linéaire β 60 % 29 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya Propriétés physicochimiques des oses • Propriétés physiques Solubilité et cristallisation: Les oses sont généralement solubles dans l’eau alors que leur solubilité dans l’éthanol pur est limitée. Ils sont insolubles dans la plupart des autres solvants organiques tels que l’éther, le chloroforme et le benzène. Mais ils sont solubles dans le méthanol et la pyridine. Ils sont présents sous forme cristalline anhydre. Ils sont souvent hygroscopiques mais leur capacité d’absorption d’eau dépend de leur structure. Leur pouvoir humectant (propriété de retenir l’eau) est utilisé dans l’industrie alimentaire, par exemple dans les sirops de glucose utilisé en boulangerie et en confiserie. 30 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya Propriété spectrale : les oses présentent un spectre infra rouge caractéristique. Ils ne présentent pas d’absorption dans le visible ou l’ultraviolet. Pouvoir rotatoire : les conditions structurales pour avoir une isomérie optique sont régies par le principe de Pasteur ; deux molécules sont énantiomères si elles sont chirales, c’est-à-dire que leurs géométries sont images l’une de l’autre dans un miroir et qu’elles ne sont pas superposables. Donc le pouvoir rotatoire est lié au carbone asymétrique. 31 Cours de biochimie et chimie alimentaire Dr AKRETCHE Soraya • a-Notion fondamentale de la lumière polarisée : Pour la lumière ordinaire, même monochromatique, les différentes ondes lumineuses ne sont uploads/Management/ cours-1-partie-i.pdf