Polysaccharides

Comme son nom l’indique, les polysaccharides sont de grandes molécules de poids moléculaire élevé construites en joignant des unités monosaccharides par des liaisons glycosidiques. Ils sont parfois appelés glycans. Les composés les plus importants de cette classe, la cellulose, l’amidon et le glycogène, sont tous des polymères de glucose. Ceci est facilement démontré par une hydrolyse catalysée par un acide jusqu’au monosaccharide. Comme l’hydrolyse partielle de la cellulose donne des quantités variables de cellobiose, nous concluons que les unités de glucose de cette macromolécule sont reliées par des liaisons bêta-glycoside entre les sites C-1 et C-4 des sucres adjacents. L’hydrolyse partielle de l’amidon et du glycogène produit le disaccharide maltose ainsi que des dextrans de faible poids moléculaire, des polysaccharides dans lesquels les molécules de glucose sont reliées par des liaisons alpha-glycosides entre C-1 et C-6, ainsi que les liaisons alpha C-1 à C-4 que l’on trouve dans le maltose. Les polysaccharides construits à partir d’autres monosaccharides (par exemple, le mannose, le galactose, le xylose et l’arabinose) sont également connus, mais ne seront pas discutés ici.

Plus de la moitié du carbone organique total de la biosphère terrestre se trouve dans la cellulose. Les fibres de coton sont essentiellement de la cellulose pure, et le bois des buissons et des arbres est composé d’environ 50% de cellulose. En tant que polymère de glucose, la cellulose a la formule (C6H10O5)n où n varie de 500 à 5 000, selon la source du polymère. Les unités de glucose de la cellulose sont liées de manière linéaire, comme le montre le dessin ci-dessous. Les liaisons bêta-glycoside permettent à ces chaînes de s’étirer, et cette conformation est stabilisée par des liaisons hydrogène intramoléculaires. Une orientation parallèle des chaînes adjacentes est également favorisée par les liaisons hydrogène intermoléculaires. Bien qu’une liaison hydrogène individuelle soit relativement faible, de nombreuses liaisons de ce type agissant ensemble peuvent conférer une grande stabilité à certaines conformations de grosses molécules. La plupart des animaux ne peuvent pas digérer la cellulose en tant qu’aliment, et dans le régime alimentaire de l’homme, cette partie de notre apport végétal sert de fourrage et est éliminée en grande partie sans modification. Certains animaux (la vache et les termites, par exemple) hébergent des micro-organismes intestinaux qui décomposent la cellulose en nutriments monosaccharides grâce à l’utilisation d’enzymes bêta-glycosidases.

La cellulose est couramment accompagnée d’un polymère amorphe ramifié de plus faible poids moléculaire appelé hémicellulose. Contrairement à la cellulose, l’hémicellulose est structurellement faible et est facilement hydrolysée par un acide ou une base diluée. De plus, de nombreuses enzymes catalysent son hydrolyse. Les hémicelluloses sont composées de nombreux sucres D-pentose, le xylose étant le composant principal. Le mannose et l’acide mannuronique sont souvent présents, ainsi que le galactose et l’acide galacturonique.

L’amidon est un polymère de glucose, présent dans les racines, les rhizomes, les graines, les tiges, les tubercules et les cormes des plantes, sous forme de granules microscopiques ayant des formes et des tailles caractéristiques. La plupart des animaux, y compris les humains, dépendent de ces amidons végétaux pour se nourrir. La structure de l’amidon est plus complexe que celle de la cellulose. Les granules intacts sont insolubles dans l’eau froide, mais leur broyage ou leur gonflement dans l’eau chaude les fait éclater.

L’amidon libéré est constitué de deux fractions. Environ 20 % est un matériau soluble dans l’eau appelé amylose. Les molécules d’amylose sont des chaînes linéaires de plusieurs milliers d’unités de glucose reliées par des liaisons glycosidiques alpha C-1 à C-4. Les solutions d’amylose sont en fait des dispersions de micelles hélicoïdales hydratées. La majorité de l’amidon est une substance de poids moléculaire beaucoup plus élevé, constituée de près d’un million d’unités de glucose, et appelée amylopectine. Les molécules d’amylopectine sont des réseaux ramifiés constitués de liaisons glycosidiques en C-1 à C-4 et en C-1 à C-6, et sont essentiellement insolubles dans l’eau. Les formules structurelles représentatives de l’amylose et de l’amylopectine sont présentées ci-dessus. La ramification dans ce diagramme est exagérée, car en moyenne, les branches ne se produisent que toutes les vingt-cinq unités de glucose.

L’hydrolyse de l’amidon, généralement par des réactions enzymatiques, produit un liquide sirupeux constitué en grande partie de glucose. Lorsque l’amidon de maïs est la matière première, ce produit est connu sous le nom de sirop de maïs. Il est largement utilisé pour adoucir la texture, ajouter du volume, empêcher la cristallisation et renforcer la saveur des aliments. Le glycogène est le polymère de stockage du glucose utilisé par les animaux. Il a une structure similaire à celle de l’amylopectine, mais est encore plus fortement ramifié (environ une unité de glucose sur dix). Le degré de ramification de ces polysaccharides peut être mesuré par analyse enzymatique ou chimique.

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