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REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE
Union-Discipline-Travail
Ministère de l’Enseignement supérieur
et de la Recherche Scientifique

Laboratoire de Biotechnologies

UE SPM2113 :
STRUCTURES ET PROPRIETES
DES MACROMOLECULES

1

ECUE Glucides et Eau

18/06/2017

ECUE : Structures et Propriétés des
Glucides et l’eau
Licence 2 Biosciences (Semestre 3)
COURS MAGISTRAL
Présenté par
Prof. KRA Kouassi A. Séverin

Maître de Conférences
2

ECUE Glucides et Eau

18/06/2017

CONTENU DUCOURS













Chapitre I: L’EAU
I.1. GENERALITES
I.2. STRUCTURE ET POLARISATION DE LA MOLECULE D’EAU
I.3. QUELQUES PROPRIETES DE L’EAU
I.4. COMPORTEMENTS DES MOLECULES BIOLOGIQUES DANS UN
MILIEUX AQUEUX
I.5. ROLE DE L’EAU
Chapitre II: MACROMOLECULES GLUCIDIQUES
II.1. RAPPELS
II.2. HOLOSIDES
II.3. POLYOSIDES
II.4. HETEROSIDES
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18/06/2017

PREREQUIS
L’étudiant doit avoir des notions de bases de chimie
organique et de biochimie structurale, en particulier
les sujets concernant :
 La notion d’isomérie et de stœchiométrie
 Les grands groupes moléculaires glucidiques
 La structure et la réactivité des aldéhydes et cétones
 Le concept des hétérocycles

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18/06/2017

SEANCE 1

I. L’EAU
I.1. GENERALITES
I.2. STRUCTURE ET POLARISATION DE LA
MOLECULE D’EAU
I.3. QUELQUES PROPRIETES DE L’EAU







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18/06/2017

CHAPITRE I :
I.1. GENERALITES

L’EAU

L’organisme est constitué de nombreuses molécules
différentes. Les constituants minéraux sont l’eau et les
ions minéraux. Ils ont un rôle biologique important.
L’eau est essentielle à la vie, qui devient rapidement
impossible sans eau. C’est un composé vital de
l’organisme. Elle représente 65 % de la masse des êtres
vivants. Tous les constituants de la cellule baignent dans
un environnement aqueux.

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C’est dans ce milieu que se font les échanges entre les
cellules et qu’ont lieu les réactions du métabolisme.
Bien qu’elle n’apporte aucune valeur énergétique aux
aliments, l’eau influence la structure, l’apparence, le goût
des aliments et leur susceptibilité à la dégradation. La
molécule d’eau possède de nombreuses propriétés.

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I.2. STRUCTURE ET POLARISATION DE LA
MOLECULE D’EAU
I.2.1. Structure
La formule chimique de l’eau est : H2O. Sa structure
moléculaire est la suivante :

Figure 1 : Structure de la molécule d’eau
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La molécule d’eau est angulaire ; elle comporte deux
liaisons covalentes et deux doublets non appariés sur
l'atome d'oxygène.
I.2.2. Polarisation
Il existe une différence d’électronégativité entre les
atomes d’oxygène et d’hydrogène qui constituent la
molécule d’eau. Celle-ci fait apparaître une polarisation
permanente de la liaison O-H : charge partielle
permanente négative sur l’atome le plus électronégatif
O, et une charge partielle positive de valeur absolue
identique sur l’atome le moins électronégatif H.
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Cette distribution des charges électriques constitue un
dipôle. En conséquence, l’atome d’hydrogène devient un
donneur de liaison hydrogène et tout atome possédant
un doublet électronique libre (en général O ou N)
devient un accepteur de liaison hydrogène.

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Les molécules d’eau se lient entre elles grâce au
processus appelé lien d’hydrogène. La charge positive
de l’hydrogène est attirée par la charge négative de
l’oxygène. Cette attraction incite les molécules d’eau à
se regrouper. Le regroupement le plus stable et le plus
générateur de vie est le groupement en 6, lié ensemble
en anneaux hexagonaux. C’est ce qui forme la structure
externe de la molécule d’eau.

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Figure 3 : Six molécules
Figure 2 : Liaison hydrogène entre deux molécules d’eau

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d’eau liées en un anneau hexagonal

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Lorsque l’on met ensembles plusieurs molécules d’eau,
comme dans un verre, les pôles négatifs des molécules
(oxygène) ont tendance à s’approcher des pôles positifs
(hydrogène) pour former un réseau. Ce réseau est
instable et se réorganise sans cesse car les molécules se
lient et se délient en permanence : c’est ce qui
différencie un liquide d’un solide.

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La durée moyenne d’une liaison entre deux molécules
est de 10 picosecondes (soit 100 milliardièmes de
secondes). L’eau liquide est donc en réorganisation
permanente et c’est ce qui lui donne ses propriétés si
caractéristiques (fluidité, cohésion, adaptation au
conteneur, etc).

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I.3. QUELQUES PROPRIETES DE L’EAU
L’eau est un solvant : de nombreuses molécules
(glucose, dioxygène…) se dissolvent dans l’eau. L’eau
permet la dissociation des sels (chlorure de sodium
NaCl) et facilite la diffusion des ions obtenus. Ainsi, l’eau
est un moyen de transport de certains composés.
L’eau est un réactif : Elle facilite le contact entre les
molécules et donc favorise les réactions chimiques. Elle
permet
par
exemple, la
simplification
de
macromolécules au cours de réactions d’hydrolyse.

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L’eau a une forte capacité thermique : Elle
amortit les variations de température liées à des
facteurs externes (rayonnement solaire) ou internes
(activité musculaire). Elle évacue la chaleur interne par
évaporation de la sueur du corps.
L’eau a une fonction protectrice : Présente en
grande quantité dans les liquides extracellulaires, elle
joue un rôle d’amortisseur. Par exemple, le liquide
céphalo-rachidien protège l’encéphale.

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L’eau est un produit des réactions biochimiques:
l’eau et le gaz carbonique sont des produits finaux de
l’oxydation du glucose dont la réaction globale est la
suivante :
 C6H12O2 + 6O2
6CO2 + 6H2O
La condensation de la réaction de production de l’ATP
à partir de l’ADP et de l’acide phosphorique produit
également de l’eau.
L’eau est un réactif ou substrat des réactions
biochimiques : par exemple : les réactions d’addition
sur les doubles liaisons (hydratation) ; les réactions de
substitution (hydrolyse).
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SEANCE 2



I.4. COMPORTEMENTS DES MOLECULES
BIOLOGIQUES DANS UN MILIEUX AQUEUX



I.5. ROLE DE L’EAU

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I.4. COMPORTEMENTS DES MOLECULES
BIOLOGIQUES DANS UN MILIEUX AQUEUX
I.4.1. Molécules polaires ou hydrophiles
Ces molécules sont essentiellement formées de
groupes polaires et sont donc complètement solubles
dans l’eau.
I.4.2. Molécules apolaires ou hydrophobes
Elles ne portent pas de groupes polaires et sont
souvent formées de chaînes aliphatiques ou cycles
carbonés : elles sont insolubles dans l’eau et solubles
dans les solvants apolaires (acétone, toluène, benzène).

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I.4.3. Molécules amphipolaires ou amphiphiles

Ce sont des molécules biologiques qui sont formées à
la fois de groupes polaires et de structures apolaires
(ex: molécule de savon=molécule tansioactive).

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I.5. ROLE DE L’EAU
Si le rôle de l'eau est bien connu et plus ou moins bien
maîtrisé dans les systèmes simples, il est loin d'être bien
compris et maîtrisé dans l'élaboration de produits
alimentaires complexes. Il peut servir de fil directeur et
de thème fédérateur pour comprendre et maîtriser les
mécanismes responsables de l'altération et allonger la
durée de vie des produits.

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I.5.1. Rôle de l’eau dans la conservation des
aliments
L’eau, constituant fondamental des aliments, affecte
directement la qualité des produits préparés ainsi que
leur conservation. Elle est directement associée
aux propriétés sensorielles : texture, arôme,
saveur. En interaction avec les autres constituants
alimentaires, l’eau joue un rôle dans la conformation,
l’état d’association et la fonctionnalité des molécules.
Elle intervient dans les réactions chimiques (en
tant que substrat dans les cinétiques de réaction) et
les processus physiques d’évolution des aliments.
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I.5.2. Interactions entre l’eau et les autres
constituants alimentaires
Le rôle de l’eau varie suivant la nature et la taille des
composés :
 Avec les ions et molécules solubles (taille < 1nm) :
rôle de solvant
 Avec les macromolécules (1 < taille < 5 nm) :
influence sur la conformation et l’association
sur des macromolécules bien définies. Ces
phénomènes sont complexes dans le cas des
macromolécules d’origine biologique : dissolution ;
gélation ; agrégation ; compaction ; synérèse.
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Associations moléculaires et macromoléculaires (taille
± 10 nm) : le matériau organique contient des
associations (glucides, protéines, lipides) pouvant
développer des synergies ou des antagonismes dans les
interactions avec l’eau.

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I.5.3. L’eau, facteur de mobilité
L’eau, par rapport aux autres fluides, est le facteur de
mobilité le plus répandu dans les produits alimentaires.
Il faut prendre en considération deux aspects :
 La migration de l’eau : l’activité de l’eau varie d’un
endroit à l’autre d’un système qui évolue alors pour
l’égaliser. La vitesse de cette évolution dépend de la
nature du milieu et de sa structure (osmose).
 Le transport par l’effet de l’eau : l’eau permet le
déplacement des constituants des milieux dans
lesquels sont plus ou moins dispersées des particules
colloïdales.
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I.5.4. L’eau dans les réactions chimiques
L’eau agit comme réactif dans certaines réactions
chimiques impliquées dans l’altération des aliments.
C’est le cas de la lipolyse (Cas du lait).
L'eau est un produit de la réaction de Maillard et aura
une grande influence sur l'évolution de la réaction. Les
réactions de brunissement vont dépendre de l'activité
de l'eau du milieu (aw).

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I.5.5. L’eau et le développement des microorganismes
Les conditions d’hydratation exercent une très grande
influence sur la physiologie des micro-organismes. Leur
croissance dépend de l’activité de l’eau en raison
en particulier de l’influence de la pression osmotique
sur les échanges transmembranaires.

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L'activité de l'eau notée aw est par définition,
l’eau libre ou non cellulaire contenue dans les
denrées alimentaires ou autres produits. C’est
cette partie d’eau qui participe activement aux
échanges avec l’ambiant. Ces échanges influencent
directement la composition des aliments.
Elle
détermine directement les propriétés physiques,
mécaniques, chimiques et microbiologiques de
nombreuses substances, telles entre autres la
fluidité, la coagulation, la cohésion et l'électricité
statique.
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La capacité de conservation et de stockages, des
aliments, la stabilité des couleurs, du goût, la
teneur en vitamines, l'arôme et les conditions
favorables à la formation de moisissures et à la
croissance des microbes sont directement
influencés par la valeur aw (activity water) qui varie
de 0,00 (sécheresse absolue) à 1 (humidité relative).
Celle-ci exerce une influence sur l’apparition et la
prolifération des microorganismes.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES







SEANCE 3

II. MACROMOLECULES GLUCIDIQUES
II.1. RAPPELS
II.2. HOLOSIDES

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II.1. RAPPELS
II.1.1. Classification des glucides
Tableau de classification générale des glucides

OSES (sens strict)

OSES
(glucides non
hydrolysables)
DERIVES D’OSES

OSIDES (glucides
hydrolysables)

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HOLOSIDES
(molécules d’oses ou
dérivés uniquement)

Trioses : D-glycéraldéhyde
Tétroses : D-érythrose
Pentoses : D-ribose, D-ribulose, D-xylose
Hexoses : D-glucose, D-mannose, D-galactose, D-fructose

Désoxy-oses : désoxyribose
Osamines : D-glucosamine, D-galactosamine
Acides sialiques : acide N-acétyl neuraminique (NANA)
Acides uroniques : acide glucuronique. Acides aldoniques :
acide gluconique. Polyols : glycérol, inositol, sorbitol
Vitamine C (acide ascorbique)
Diholosides : maltose,
Oligosides
lactose, cellobiose
(oligosaccharides)
saccharose, tréhalose
Triholosides : raffinose,
2 à 10 oses
gentianose
Galactosides : stachyose,
verbascose
Homopolyosides : amidon,
glycogène, cellulose, dextranes,
Polyosides
fructosanes, pectines, chitine
(polysaccharides)
Hétéropolyosides : gomme, agaragar, alginates, carraghénates
> 10 oses

Hétérosides : O-hétérosides, S-hétérosides, N- hétérosides
HETEROSIDES
Glycoconjugués : glycolipides, glycoprotéines, protéoglycanes,
(molécules d’oses +
peptidoglycanes.
aglycone)
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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.1.2. Quelques abréviations conventionnelles
Glc: glucose, Man: mannose, Fru: fructose, Gal:
galactose, Rha: rhamnose, GlcN: glucosamine, GalN:
galactosamine, GlcNac: N-acétylglucosamine, GalNac:
N- acétylgalactosamine, NeuAc: acide Nacétylneuraminique, GlcUA: acide glucuronique

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.1.3. Liaison osidique : définition

Une liaison osidique est une liaison formée par
condensation :
- de l'hydroxyle (OH) de la fonction
hémiacétalique portée par le carbone anomérique
d'un ose (C1 pour les aldoses, C2 pour les cétoses),
- d’un groupement –OH (ou –NH2 ou –SH) d’une
autre molécule.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Figure 4: Réaction de formation d’une liaison osidique

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

La liaison osidique bien que relativement stable à pH 7,
peut être rompue par hydrolyse acide et
enzymatique. Dans les conditions cellulaires, les
enzymes qui interviennent dans la catalyse enzymatique
sont appelées glycosidases. Elles présentent une
spécificité du type de liaison (nature de l’ose
engagé par son – OH hémiacétalique et parfois position
α ou β). In vitro, cette hydrolyse peut être obtenue en
milieu acide (pH 1 à 2) et à chaud (60°C) en une heure
environ.
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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.1.4. Liaison osidique entre deux oses
Un diholoside est formé par la condensation de 2 oses
liés par une liaison osidique :
- un des oses est obligatoirement engagé
par le groupement –OH de sa fonction
hémiacétalique,
- l’autre ose peut être lié :
▪ par un –OH d’une de ses fonctions alcools,
primaire ou secondaires. Cet ose conserve
sa
fonction hémiacétalique libre et le diholoside
formé est réducteur;
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CHAPITRE II :



MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

par
le
–OH
de
sa
fonction
hémiacétalique. Le diholoside formé n’est
donc pas réducteur car il n’y a aucune fonction
hémiacétalique libre (toutes les 2 engagées dans la
liaison osidique).

Figure 5 : Possibilités de formation de liaisons osidiques entre deux hexoses
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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Nomenclature :
Le 1er ose engageant son C anomérique dans la liaison
osidique prend le suffixe -osyl ou - osido.
Si la liaison osidique n’engage pas le C anomérique du
2ème ose, on utilise le suffixe –ose pour le 2ème
ose.
 α ou β x…osyl (1 → n) y… ose
Si la liaison osidique engage le C anomérique du 2ème
ose, on utilise le suffixe -oside pour le 2ème ose.

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CHAPITRE II :




MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Pour les aldoses : α ou β x…osyl (1 → 1) α ou
β y…oside
Pour les cétoses : α ou β x…osyl (1 → 2) α ou
β y…oside

Figure 6 : Nomenclature des liaisons osidiques entre deux oses
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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.1.5. Méthodes d’étude de liaison osidique
Lorsqu’on étudie un oside, il faut d’abord déterminer la
nature de ses oses constitutifs. Pour cela, les osides
sont hydrolysés en milieu acide, de manière à rompre
toutes les liaisons osidiques, puis les oses sont séparés
par des techniques chromatographiques, identifiés
et dosés individuellement.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Il reste ensuite à déterminer le mode de liaison
entre les oses constitutifs. Pour cela, plusieurs
méthodes d’analyse peuvent être utilisées :
- méthylation des hydroxyles libres suivi
d’hydrolyse acide ménagée
- oxydation par l’acide périodique
- action des glycosidases

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.2. HOLOSIDES
On distingue les oligosides et les polyosides. Les
oligosides ou oligoholosides sont des holosides qui
résultent de la condensation de 2 à 10 molécules
d’oses. Au-delà de 10 monomères condensés, on parle
de polyosides ou polymères d’oses.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.2.1. Oligosides
II.2.1.I. Diholosides
Trois diholosides existent à l’état libre: le lactose, le
saccharose et le thréalose ; d’autres proviennent de
l’hydrolyse de polyosides. Ils correspondent tous à la
condensation de 2 molécules d’hexoses avec
élimination d’une molécule d’eau : leur formule brute
est donc C12H22O11. Ils sont classés en fonction de leur
pouvoir réducteur, conséquence de la nature de la
liaison osidique.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

II.2.1.1.I Diholosides réducteurs
 Lactose
C’est le principal glucide présent dans le lait des
mammifères dans lequel il est retrouvé à un taux
d’environ 5%, soit 50 g/L. Il est formé de glucose et de
galactose reliés par une liaison de type β (1-4) : β-Dgalactopyranosyl (1-4) D-glucopyranose.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Figure 7 : Structure du lactose

Une β-galactosidase intestinale appelée lactase, ancrée
dans la membrane des entérocytes, catalyse l’hydrolyse
du lactose en glucose et galactose qui peuvent être
absorbés.
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CHAPITRE II :



MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Maltose

Le maltose est un produit intermédiaire de l’hydrolyse
des polyholosides de réserve : amidon ou glycogène. Il
est présent en grande quantité dans l’orge germé ou
«malt». Il est formé de deux molécules de glucose
reliées par une liaison de type α (1-4) : α-Dglucopyranosyl (1-4) D-glucopyranose.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Figure 8 : Structure du maltose

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

L’hydrolyse enzymatique du maltose est catalysée par
des α-glucosidases (ou « maltases ») qui catalysent
spécifiquement l’hydrolyse d’une liaison osidique qui
engage la fonction hémiacétalique de l’anomère α du
glucose. Elles sont synthétisées par les cellules
intestinales, végétales, par les levures (rôle dans la
fabrication du pain) et certaines bactéries.

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CHAPITRE II :

MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

A côté du maltose, il existe aussi l’isomaltose, lui aussi
produit de dégradation de l’amidon ou du glycogène. Il
est formé de 2 molécules de glucose, reliées par une
liaison de type α (1-6) : α-D-glucopyranosyl (1-6) Dglucopyranose.

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CHAPITRE II :



MACROMOLECULES GLUCIDIQUES

Cellobiose

C’est un produit de la dégradation de la cellulose. Il est
très proche du maltose dont il diffère uniquement par
la configuration du carbone anomérique du premier
glucose en position β. Il est formé de 2 molécules de
glucose, reliées par une liaison de type β (1-4).
L’hydrolyse enzymatique du cellobiose est réalisée par
la cellobiase qui est une β-glucosidase spécifique de la
liaison β (1-4) : β-D-glucopyranosyl (1-4) Dglucopyranose.

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