Définition du polysaccharide
Un polysaccharide est une grosse molécule constituée de nombreux monosaccharides plus petits. Les monosaccharides sont des sucres simples, comme le glucose. Des enzymes spéciales lient ces petits monomères entre eux, créant ainsi de grands polymères de sucre, ou polysaccharides. Un polysaccharide est également appelé glycan. Un polysaccharide peut être un homopolysaccharide, dans lequel tous les monosaccharides sont identiques, ou un hétéropolysaccharide dans lequel les monosaccharides varient. Selon les monosaccharides qui sont reliés et les carbones des monosaccharides qui sont reliés, les polysaccharides prennent diverses formes. Une molécule avec une chaîne droite de monosaccharides est appelée un polysaccharide linéaire, tandis qu’une chaîne qui a des bras et des tours est connue comme un polysaccharide ramifié.
Fonctions d’un polysaccharide
Dépendant de leur structure, les polysaccharides peuvent avoir une grande variété de fonctions dans la nature. Certains polysaccharides sont utilisés pour stocker de l’énergie, d’autres pour envoyer des messages cellulaires, et d’autres encore pour fournir un support aux cellules et aux tissus.
Stockage de l’énergie
De nombreux polysaccharides sont utilisés pour stocker l’énergie dans les organismes. Alors que les enzymes qui produisent de l’énergie ne travaillent que sur les monosaccharides stockés dans un polysaccharide, les polysaccharides se replient généralement ensemble et peuvent contenir de nombreux monosaccharides dans une zone dense. De plus, comme les chaînes latérales des monosaccharides forment autant de liaisons hydrogène que possible entre elles, l’eau ne peut pas pénétrer dans les molécules, ce qui les rend hydrophobes. Cette propriété permet aux molécules de rester ensemble et de ne pas se dissoudre dans le cytosol. La concentration de sucre dans une cellule s’en trouve réduite, et une plus grande quantité de sucre peut alors être absorbée. Non seulement les polysaccharides stockent l’énergie, mais ils permettent de modifier le gradient de concentration, ce qui peut influencer l’absorption cellulaire de nutriments et d’eau.
Communication cellulaire
De nombreux polysaccharides deviennent des glycoconjugués lorsqu’ils se lient de manière covalente à des protéines ou à des lipides. Les glycolipides et les glycoprotéines peuvent être utilisés pour envoyer des signaux entre et dans les cellules. Les protéines destinées à un organite spécifique peuvent être « marquées » par certains polysaccharides qui aident la cellule à les déplacer vers un organite spécifique. Les polysaccharides peuvent être identifiés par des protéines spéciales, qui aident ensuite à lier la protéine, la vésicule ou toute autre substance à un microtubule. Le système de microtubules et de protéines associées à l’intérieur des cellules peut transporter n’importe quelle substance jusqu’à son lieu de destination une fois qu’elle a été marquée par des polysaccharides spécifiques. En outre, les organismes pluricellulaires possèdent des systèmes immunitaires basés sur la reconnaissance des glycoprotéines à la surface des cellules. Les cellules d’un seul organisme produisent des polysaccharides spécifiques dont elles se parent. Lorsque le système immunitaire reconnaît d’autres polysaccharides et des glycoprotéines différentes, il se met en action et détruit les cellules envahissantes.
Soutien cellulaire
De loin, l’un des plus grands rôles des polysaccharides est celui de soutien. Toutes les plantes sur Terre sont soutenues, en partie, par le polysaccharide cellulose. D’autres organismes, comme les insectes et les champignons, utilisent la chitine pour soutenir la matrice extracellulaire autour de leurs cellules. Un polysaccharide peut être mélangé à un grand nombre d’autres composants pour créer des tissus plus ou moins rigides, voire des matériaux aux propriétés particulières. Entre la chitine et la cellulose, deux polysaccharides constitués de monosaccharides de glucose, des centaines de milliards de tonnes sont créées par les organismes vivants chaque année. Tout, du bois des arbres aux coquilles des créatures marines, est produit par une forme de polysaccharide. En réorganisant simplement leur structure, les polysaccharides peuvent passer de molécules de stockage à des molécules fibreuses beaucoup plus solides. La structure cyclique de la plupart des monosaccharides facilite ce processus, comme on le voit ci-dessous.
Structure d’un polysaccharide
Tous les polysaccharides sont formés par le même processus de base : les monosaccharides sont reliés par des liaisons glycosidiques. Dans un polysaccharide, les monosaccharides individuels sont appelés résidus. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des nombreux monosaccharides créés dans la nature. Selon le polysaccharide, n’importe quelle combinaison d’entre eux peut être combinée en série.
La structure des molécules combinées détermine les structures et les propriétés du polysaccharide résultant. L’interaction complexe entre leurs groupes hydroxyles (OH), les autres groupes latéraux, les configurations des molécules et les enzymes impliquées affectent tous le polysaccharide résultant produit. Un polysaccharide utilisé pour le stockage de l’énergie donnera un accès facile aux monosaccharides, tout en conservant une structure compacte. Un polysaccharide utilisé comme support est généralement assemblé sous la forme d’une longue chaîne de monosaccharides, qui agit comme une fibre. De nombreuses fibres ensemble produisent des liaisons hydrogène entre les fibres qui renforcent la structure globale du matériau, comme on le voit dans l’image ci-dessous.
Les liaisons glycosidiques entre les monosaccharides consistent en une molécule d’oxygène pontant deux cycles de carbone. La liaison est formée lorsqu’un groupe hydroxyle est perdu par le carbone d’une molécule, tandis que l’hydrogène est perdu par le groupe hydroxyle d’un autre monosaccharide. Le carbone de la première molécule va substituer l’oxygène de la deuxième molécule comme étant le sien, et une liaison glycosidique est formée. Comme deux molécules d’hydrogène et un oxygène sont expulsés, la réaction a également produit une molécule d’eau. Ce type de réaction est appelé réaction de déshydratation car l’eau est retirée des réactifs.
Exemples d’un polysaccharide
Cellulose et chitine
La cellulose et la chitine sont toutes deux des polysaccharides structuraux qui consistent en plusieurs milliers de monomères de glucose combinés en longues fibres. La seule différence entre ces deux polysaccharides sont les chaînes latérales attachées aux cycles carbonés des monosaccharides. Dans la chitine, les monosaccharides de glucose ont été modifiés par un groupe contenant plus de carbone, d’azote et d’oxygène. La chaîne latérale crée un dipôle, ce qui augmente la liaison hydrogène. Alors que la cellulose peut produire des structures dures comme le bois, la chitine peut produire des structures encore plus dures, comme la coquille, le calcaire et même le marbre lorsqu’elle est comprimée.
Les deux polysaccharides se forment sous forme de longues chaînes linéaires. Ces chaînes forment de longues fibres, qui sont déposées à l’extérieur de la membrane cellulaire. Certaines protéines et d’autres facteurs aident les fibres à se tisser en une forme complexe, qui est maintenue en place par des liaisons hydrogène entre les chaînes latérales. Ainsi, de simples molécules de glucose, autrefois utilisées pour le stockage de l’énergie, peuvent être converties en molécules dotées d’une rigidité structurelle. La seule différence entre les polysaccharides structurels et les polysaccharides de stockage réside dans les monosaccharides utilisés. En modifiant la configuration des molécules de glucose, au lieu d’un polysaccharide structurel, la molécule se ramifiera et stockera beaucoup plus de liaisons dans un espace plus restreint. La seule différence entre la cellulose et l’amidon est la configuration du glucose utilisé.
Glycogène et amidon
Probablement les polysaccharides de stockage les plus importants de la planète, le glycogène et l’amidon sont produits respectivement par les animaux et les plantes. Ces polysaccharides sont formés à partir d’un point de départ central, et s’étendent en spirale vers l’extérieur, en raison de leurs schémas de ramification complexes. Avec l’aide de diverses protéines qui s’attachent aux polysaccharides individuels, les grandes molécules ramifiées forment des granules, ou amas. C’est ce que l’on peut voir dans l’image ci-dessous des molécules de glycogène et des protéines associées, vues au centre.
Lorsqu’une molécule de glycogène ou d’amidon est décomposée, les enzymes responsables commencent aux extrémités les plus éloignées du centre. Ceci est important, car vous remarquerez qu’en raison de l’importante ramification, il n’y a que 2 points de départ, mais de nombreuses extrémités. Cela signifie que les monosaccharides peuvent être rapidement extraits du polysaccharide et être utilisés comme source d’énergie. La seule différence entre l’amidon et le glycogène est le nombre de ramifications par molécule. Cela est dû au fait que différentes parties des monosaccharides forment des liaisons et que différentes enzymes agissent sur les molécules. Dans le glycogène, une branche se produit tous les 12 résidus environ, tandis que dans l’amidon, une branche ne se produit que tous les 30 résidus.
- Monosaccharide – La plus petite unité de molécules de sucre, ou un monomère de sucre.
- Monomère – Une entité unique qui peut être combinée pour former une entité plus grande, ou polymère.
- Polymère – Comprend les protéines, les polysaccharides et de nombreuses autres molécules existant de plus petites unités combinées ensemble.
- Polypeptide – Un polymère de monomères d’acides aminés, également appelé protéine.
Quiz
1. Si vous ne vous êtes pas brossé les dents depuis un certain temps, vous pouvez remarquer qu’une plaque jaune commence à s’accumuler. Une partie de cette plaque est constituée de dextrans, ou polysaccharides que les bactéries utilisent pour stocker de l’énergie. Où les bactéries obtiennent-elles les monosaccharides pour créer ces polysaccharides ?
A. Elles les synthétisent à partir de la lumière du soleil.
B. Elles les créent à partir de leur code génétique.
C. Ils les collectent à partir des restes de nourriture que vous mangez.
2. Les plantes produisent à la fois l’amidon amylose, et le polymère structurel cellulose, à partir d’unités de glucose. La plupart des animaux ne peuvent pas digérer la cellulose. Même les ruminants tels que les bovins ne peuvent pas digérer la cellulose et dépendent d’organismes internes symbiotiques pour briser les liens de la cellulose. Cependant, tous les mammifères produisent de l’amylase, une enzyme qui peut décomposer l’amylose. Pourquoi l’amylase ne peut-elle pas briser les liens de la cellulose ?
A. La cellulose et l’amylose sont structurellement différentes, et l’amylase ne reconnaît pas la cellulose.
B. Les liaisons glycosidiques de la cellulose sont plus fortes.
C. La matrice extracellulaire créée par la cellulose ne peut pas être décomposée.
3. L’hyaluronane est une molécule présente dans les articulations des vertébrés qui assure un soutien en créant une matrice gélatineuse pour amortir les os. L’hyaluronane est créé à partir de plusieurs monosaccharides différents liés ensemble en longues chaînes. Lesquels des énoncés suivants décrivent l’hyaluronane ?
1. homopolysaccharide
2. hétéropolysaccharide
3. polymère
4. monomère
A. Tous
B. 1, 3
C. 2, 3