1

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

2

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

3

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

4

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

5

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

6

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.  

7

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…

8

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…

9

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

10

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? 

11

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)

12

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

13

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

14

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

15

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…

16

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 

17

Différents types de glycosylation dans différents compartiments subcellulaires

Conséquences physiologiques et physiopathologiques de la glycosylation

des protéines

18

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

19

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

20

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

21

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

22

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

23

L’aggrécane, constituant principal du cartilage

Les peptidoglycanes de la paroi bactérienne

24

Résistance à la pénicilline

Les pénicillines inhibent la synthèse du peptidoglycane

Institut de Formation en Soins Infirmiers – 1ère AnnéeAnnée universitaire 2014 - 2015

Mentions légalesL'ensemble de ce document relève des législations française et internationale sur le droitd'auteur et la propriété intellectuelle. Tous les droits de reproduction de tout ou partiesont réservés pour les textes ainsi que pour l'ensemble des documents iconographiques,photographiques, vidéos et sonores.

Ce document est interdit à la vente ou à la location. Sa diffusion, duplication, mise àdisposition du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en réseau,partielles ou totales, sont strictement réservées aux Instituts de Formation en SoinsInfirmiers de la région Rhône-Alpes.

L'utilisation de ce document est strictement réservée à l'usage privé des étudiantsinscrits dans les Instituts de Formation en Soins Infirmiers de la région Rhône-Alpes, etnon destinée à une utilisation collective, gratuite ou payante.