Biopolymères glucidiques I 23.01.2019 .pdf



Nom original: Biopolymères glucidiques I - 23.01.2019.pdf
Titre: Biopolymères glucidiques I - 23.01.2019 [Mode de compatibilité]
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Université de Monastir

INSTITUT SUPERIEUR DE BIOTECHNOLOGIE DE MONASTIR
Année Universitaire 20182018-2019

Master BIOTECHNOLOGIE

Caractérisation des extraits et molécules d’intérêt
- BIOPOLYMERES GLUCIDIQUES D’ORIGINE MARINE -

Raoui Mounir MAAROUFI

Biopolymères glucidiques d’origine marine I

SOMMAIRE
I- Généralités sur les polysaccharides
Résidus monosaccharidiques communs
Principaux groupements chimiques substituants
La liaison osidique
Polysaccharides et glycosaminoglycanes
- homopolysaccharides
- hétéropolysaccharides
Biosynthèse des glycosaminoglycanes
Localisation tissulaire
Rôles biologiques

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I

RM Maaroufi

SOMMAIRE
II
II-- Techniques d’extraction

III
III-- Techniques de purification
IV-- Caractérisation de la masse molaire
IV
V - Caractérisation structurale par spectroscopie infrarouge à transformée de
Fourier FTIR
VI - Identification enzymatique

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

Polysaccharides et glycosaminoglycanes
- homopolysaccharides
- hétéropolysaccharides

Les glucides :
définition, introduction
Molécules simples ou complexes
Comportant fonction(s) hydrophiles
mais solubles ou non solubles

En fait répondant à une classification systématique
1- oses simples (monosaccharides) et dérivés
Isoméries
Nombre de carbones
Fonction cétone ou aldéhyde
Autres fonctions (basiques, acides)
2- disaccharides (2 oses simples)

Constitués par les

oses simples et/ou
polysacharides (simples(simples
et complexes)et complexes)
3-3-polysacharides
4- association glucides avec d’autres composants
lipides
Protéines et peptide
Bases puriques et pyrimidiques

leurs dérivés

Biopolymères glucidiques d’origine marine I

RM Maaroufi

I- Généralités

Généralités sur les fonctions des glucides
Structures
Tissu conjonctif et milieux extracellulaires
Adhésion cellules - MEC
Association avec les peptides et protéines
Source d’énergie
Rôle fondamental du glucose
Formes de réserve (glycogène, amidon)

Importance des modes de liaison entre les oses
simples dans les polyosides et des groupements
chimiques substituants

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Les oses simples : classification et notion d’isomères
Formes cycliques et anomères
CH2OH

H
4C

5

6

O

C
H
OH

H

H
C2

OH C3
H

OH

C1
OH

α

α-D-Glucopyranose
O

HOCH2

1 CH2OH

6

C

H

H

C

OH C 2
C OH

OH

H

5

4

β

CH2OH

6

3

α-D-Fructofuranose

H
4C

5

O

C
H
OH

OH
H

C2

H2C

OH

O

C

H

OH C 2

H

C

C

OH

H

4

3

1

CH2OH

β-D-Fructofuranose

CH

Pyrane

OH

6
5

CH

HC

β-D-Glucopyranose
HOCH2

O

HC

C1

H

OH C3
H

Projections de Haworth

O
CH

C
HC

CH

Furane

Projection de Haworth: les OH au dessus et en dessous du plan

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Les oses simples : classification et notion d’épimères
Formes cycliques et anomères
CH2OH
5

C
H
OH

H
4C

OH C3
H

6

O
H
C2

H
C1
OH

OH

α-D-Glucose

α

H
4C

H

C3
H

OH

O
H

H
C1
OH

α-D-Galactose

5

OH C
H
C
OH
4
H

Projections de Haworth

OH
C1
H

C2

HC

OH

C3

C2

H

OH

CH
H2C

CH

Pyrane

O
H

O

HC

CH2OH
6

O
H
C2

C
H
OH

β-D-Glucose

CH2OH
5

5

OH C3
H

6

OH C
H
C
OH
4

β

CH2OH

6

OH
C1

β-D-Galactose

H

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Configurations spatiales

H

CH2OH
HO

HO

OH

H

Configuration favorisée

O
HO

H

H

H

β-D-Glucose

H

CH2OH

HO
H

HO

OH

H

Configuration « chaise »

H
HO

Configuration « bateau »

Configuration spatiales chaise ou bateau
Anomères α et β
Généralisables à tous les oses simples
L’anomérie est importante pour la liaison entre deux oses simples

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Principaux dérivés osidiques

Fonction amine en C2 de l’hexose
6CH2OH
5

O
C
OH
H
C1
4C OH H
H
OH C3 C2
H

H

NH2

6CH2OH
5

C
H
4C OH
OH C3
H

HEXOSAMINES

H

O

1
H C
H
C2

β-D-Galactosamine
β-D-Mannosamine

NH
C

β-D-Glucosamine

OH

O

CH3

N-Acétyl-β-D-Glucosamine
N-Acétyl-β-D-Galactosamine
Acétylamine en C2

N-Acétyl-β-D-Mannosamine

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Principaux dérivés osidiques

Oxydation de l’hydroxyle en C6

COO
6

COO
6
5

O
C
OH
H
C1
4C OH H
H
OH C3 C2
H

H

Acides uroniques

OH

Acide
β-D-Glucuronique

Carboxyle en C6

COO
6

5

O
OH C
OH
H
C1
4C OH H
H
H C3 C2
H

OH

Acide
β-D-Galacturonique

5

O
C
OH
H
C1
4C OH O H
H
OH C3 C2
H

H

H

Acide
β-D-Mannuronique

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Principaux dérivés osidiques

Groupe méthyle (réduction de l’hydroxyle en C6)
Déhydroxylation du carbone
H

H

5
O H
C
6
CH3
C
OH C 1
H
4
C 2 OH
OH C

H

3

OH

H

β-L-Fucose
(6-désoxy-L-galactose)

Déhydroxylation du carbone

5

O
OH C
6
CH3
C
H
H
4
H

OH
C1

C3

C2 H

OH

OH

α-L-Rhamnose
(6-désoxy-L-galactose)

- Stéréoisomères L
- Liaison avec les lipides
et les protéines
- Rôles physiologiques ++++

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

A- Résidus monosaccharidiques communs

Principaux dérivés osidiques
Un ose simple complexe:
L’acide NN-acétylneuraminique (NANA) ou sialique
responsable de
la sensation
visqueuse de
la salive et
des mucines
enrobant les
organes
corporels.

rôle important
dans les
interactions
intercellulaires

CH3
H
O

C
HN

C

4
3

H C OH
2
H
C OH
5C
1
HOCH2
H
H
6C
OH

O

9
COOC

H
C

8

OH
7

H

Dérivé de la NN-acétylmannosamine

protection
des protéines
contre leur
dégradation par
les protéases
récepteur pour
les
virus Influenza
pour permettre
leur attachement
aux cellules
muqueuses (une
étape précoce du
déclenchement
de la grippe
grippe))

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

B- La liaison osidique

La liaison osidique
Addition de deux oses simples
Liaison O-osidique (O-glycosidique)
Condensation de deux hydroxyles:
- soit liés aux carbones anomériques des deux oses
- soit 1 OH lié au carbone anomérique + 1 OH lié à un autre carbone
H
C
OH

H

+

H2O

C
HO

+H2O

H

H

C

C
O

Dénomination biochimique dépend:
-De la nature des oses
-Des anomères
-Des carbones porteurs des hydroxyles engagés dans la liaison
-Des formes cycliques

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

B- La liaison osidique

Exemples de liaisons osidiques

Cas du lactose
CH2OH

CH2OH

6

6

Ose dont le
carbone
anomérique
est engagé
à gauche

5

OH C
H
C
OH
4
H

C3

H
Galactose

5

C
H
OH

O

OH

H

C1

C2 H

C3

C2 H

OH

H

OH
Glucose

O
H

H
C1

O

4C

0-β-D-galactopyranosyl-(1->4)-β-D-glucopyranose

Ose dont le
carbone
anomérique
est libre à droite
(extrémité
réductrice)

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

B- La liaison osidique

Exemples de liaisons osidiques
Cas du saccharose
CH2OH

6

H
4C

5

C
H
OH

OH C3
H
Glucose

O

H

H

C1

C2
OH

O

HOCH2

H

1

C

2

O

H

OH C 5

C

C

OH

H

3

4

CH2OH
6

Fructose

Les deux carbones anomériques sont engagés dans la liaison O-osidique
0-α-D-glucopyranosyl-(1->2)-β-D-fructofuranoside

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les homo- et hétéro-polysaccharides
Linéaires

branchés

Homopolysaccharides
Linéaires

branchés
Hétéropolysaccharides

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les homopolysaccharides de structure:

Cellulose et chitine

Cellulose: polymère linéaire de 10 à 15000 β-D-glucose
- Liaisons β-(1->4)

H

HO

H

HO

OH

H

CH2

H

O

O

O

H

HOCH2

Attention
Ose dessiné
à l’envers !

Nombreuses
liaisons H intra
et interchaînes

HO

HO

H

H
H

H

Liaison osidique
en

OH
CH2

H

HO

O

H

HO
H

O
HOCH2

HO

HO

H

H

H

O
configuration

β

H

Structure linéaire
Chitine: polymère linéaire de 10 à 15000 β-N-acétyl-D-glucosamine
- Liaisons β-(1->4)

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

RM Maaroufi
C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les homopolysaccharides de structure:

Hydroxyle sur
le C2

Cellulose :
glucose (β
(β 1 4) glucose

Cellulose et chitine

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les homopolysaccharides de structure:

Cellulose et chitine

Acétylamine
sur le C2

Chitine : N
N--acétylglucosamine (β
(β 1 4) NN-acétylglucosamine

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les homopolysaccharides de réserve: amidons et glycogène
Liaisons α-(1->4)-glycopyranosyl
6

5

C

4

OH C3
H

H
4C

5

O
C
H
OH H
C3

C2

H

OH

H

C1

4C

O

4C

O

OH

5

H

H

C1

C3

C2

H

OH

4C

O

5

O
C
H
OH H
C3

C2

H

OH

C1

C2

H

OH

O
CHLiaison
2

CH2OH
osidique
6
en
5

6

6

O
C
H
OH H

H

C3

CH2OH

6

H

5

O
C
H
OH H

H

C1

C2

CH2OH

CH2OH

6

H

O
C
H
OH H

H

Liaisons α-(1->6)glycopyranosyl

CH2OH

CH2OH

6

H

H

C1
O

4C

5
O H
O H
C
H C
H configurationH
OH H C 1 4 C OH H C 1
O
C2
C2
C
C

α

3

H

3

OH

Liaisons α-(1->4)-glycopyranosyl

H

OH

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les hétéropolysaccharides de structure: Glycosaminoglycanes et protéoglycanes
Composants du cell-coat et de la matrice extracellulaire (tissu conjonctif)

Liaison
O-osidique
(sérine, thréonine)
Répétition
de dimères
O-Ser
O-Ser

protéine

Structure générale

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les hétéropolysaccharides de structure: Glycosaminoglycanes

Chaînes polysaccharidiques constituées en général de la
répétition d’un disaccharide «Acide uronique - Hexosamine»
6

6
5

O

(H,OH)
1

4
3

2

6

Acide glucuronique

COOH

Structure cyclique
du glucose

CH2OH

5

O

O
(H,OH)
1

4
3

Glucosamine

CH2OH

5

4

2

2
3

(H,OH)

1

NH2

Présence éventuelle de groupements chimiques substituants
6

Groupement sulfate substituant sur le C6
de la glucosamine

CH2OSO3-

6-O-SO3Glucosamine

5

O
4

2
3

(H,OH)

1

NH2

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les hétéropolysaccharides de structure: Glycosaminoglycanes

Composition des dimères répétés : hyaluronate (ou acide hyaluronique)
CH2OH

Le seul GAG non sulfaté !

6

H

Masse moléculaire élevée !
COO
6

H
C1 de N-acétyl
glucosamine

4C

O

5

C

4

O

C
H
OH
C3

C1
H
C2 H

H

OH

Acide glucuronique

O

β 1->3

OH

5

C
H

O

C3

C1
H
C2 H

H

NH
C O
CH3

O

C4 de acide
glucuronique

β 1->4
Le seul qui ne soit
jamais sous forme
de protéoglycane!

N-acétyl-glucosamine

- 50000 sous unités/chaîne
- Composant fluide synovial (articulation, vitrée (œil), tendons, cartilage (avec
chondroïtine et kératane sulfate)

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les hétéropolysaccharides de structure: Glycosaminoglycanes

-O SO
3

Chondroïtine sulfate
-

H
C1 de N-acétyl
galactosamine

4C

O

6COO
5
O
C

H
C1
OH H
C2 H
C
3

H
OH
Acide glucuronique

4

O

β 1->3

C1 de N-acétyl
galactosamine

4C

O

C

6 COO-

C1
OH H
C2 H
C
3

H
OSO3Acide iduronique

3

C4 de acide
glucuronique

β 1->4

NH

CH3
N-acétyl-galactosamine sulfatée

4

O

C

H C1
C2 H

O

C O

H
5

O

C
H

H

-O SO
3

Dermatane sulfate

H

C
H

6CH2OH
5

O

C
H

α 1->3

6CH2OH
5

C
H

C
H

3

O

H C1
C2 H

O

C4 de acide
iduronique

β 1->4

NH
C O

CH3
N-acétyl-galactosamine sulfatée

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Les hétéropolysaccharides de structure: Glycosaminoglycanes

H

Héparane sulfate
-

H
C1 de
glucosamine

6COO
5
O
C

H
C1
OH H
C2 H
C
3

4C

O

4

C

β 1->4

H
H

C1 de
glucosamine

4C

O

6

H

4

C

O

C1
OH H
C2 H
C
3

α 1->4

H

H
OOSO3Acide iduronique

O

C4 de acide
glucuronique

β 1->4

NH-OSO3-

C
H

C

COO-

H C1
C2 H

6CH2OSO35

O

C

3

O

Glucosamine

Héparine

H

C
H

C

O

H
OH
Acide glucuronique

5

6CH2OH
5

3

O

H C1
C2 H
NH-OSO3-

Glucosamine

O

β 1->4

C4 de acide
iduronique

RM Maaroufi

Biopolymères glucidiques d’origine marine I
I- Généralités

C- Polysaccharides et glycosaminoglycanes

Glycosaminoglycanes
GalNAc/S

GlcNAc/S

Galactosaminoglycanes

GlcA

Chondoitine
Sulfate (CS)

Glucosaminoglycanes

GlcA/IdoA

Gal
HexA

Dermatane
sulfate (DS)
GlcA/IdoA

Héparine/Héparane
sulfate (H/HS)

Kératane
sulfate (KS)
GlcA

Acide Hyaluronique
(AH)




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