Biochimie des glucides

Rôle dans la nutrition humaine

Les besoins caloriques ou énergétiques totaux d'un individu dépendent de l'âge, de la profession et d'autres facteurs, mais varient généralement entre 2000 et 4000 calories par période de 24 heures (une calorie, car ce terme est utilisé en nutrition, est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température de 1000 grammes d'eau de 15 à 16 ° C [59 à 61 ° F]; dans d'autres contextes, cette quantité de chaleur est appelée kilocalorie). Les glucides qui peuvent être utilisés par l'homme produisent quatre calories par gramme, contre neuf calories par gramme de matières grasses et quatre par gramme de protéines. Dans les régions du monde où la nutrition est marginale, une proportion élevée (environ un à deux livres) des besoins énergétiques quotidiens d'un individu peut être fournie par des glucides, la majeure partie du reste provenant de diverses sources de graisses.

système digestif humain: Glucides

Les glucides sont absorbés sous forme de monosaccharides (sucres simples tels que le glucose, le fructose et le galactose qui ne peuvent pas être

Bien que les glucides puissent représenter jusqu'à 80 pour cent de l'apport calorique total dans l'alimentation humaine, pour un régime donné, la proportion d'amidon par rapport aux glucides totaux est assez variable, selon les coutumes en vigueur. En Asie de l'Est et dans les régions d'Afrique, par exemple, où le riz ou les tubercules comme le manioc constituent une source alimentaire importante, l'amidon peut représenter jusqu'à 80% de l'apport total en glucides. Dans un régime occidental typique, 33 à 50 pour cent de l'apport calorique est sous forme de glucides. Environ la moitié (c'est-à-dire 17 à 25%) est représentée par l'amidon; un autre tiers par le sucre de table (saccharose) et le sucre de lait (lactose); et des pourcentages plus faibles par les monosaccharides tels que le glucose et le fructose, qui sont courants dans les fruits, le miel, les sirops et certains légumes comme les artichauts, les oignons et les betteraves à sucre. Le petit reste se compose de glucides en vrac ou indigestes, qui comprennent principalement l'enveloppe extérieure cellulosique des graines et des tiges et des feuilles des légumes. (Voir aussi nutrition.)

Rôle dans le stockage d'énergie

Les amidons, les principaux polysaccharides de réserve d'énergie végétale utilisés par l'homme, sont stockés dans les plantes sous la forme de granules presque sphériques dont le diamètre varie d'environ trois à 100 micromètres (environ 0,0001 à 0,004 pouce). La plupart des amidons végétaux sont constitués d'un mélange de deux composants: l'amylose et l'amylopectine. Les molécules de glucose composant l'amylose ont une structure linéaire ou linéaire. L'amylopectine a une structure à chaîne ramifiée et est une molécule un peu plus compacte. Plusieurs milliers d'unités de glucose peuvent être présentes dans une seule molécule d'amidon. (Dans le diagramme, chaque petit cercle représente une molécule de glucose.)

En plus des granules, de nombreuses plantes ont un grand nombre de cellules spécialisées, appelées cellules parenchymateuses, dont la fonction principale est le stockage de l'amidon; des exemples de plantes avec ces cellules comprennent les légumes-racines et les tubercules. La teneur en amidon des plantes varie considérablement; les concentrations les plus élevées se trouvent dans les graines et les céréales, qui contiennent jusqu'à 80 pour cent de leur glucide total sous forme d'amidon. Les composants amylose et amylopectine de l'amidon se produisent dans des proportions variables; la plupart des espèces végétales stockent environ 25% de leur amidon sous forme d'amylose et 75% sous forme d'amylopectine. Cette proportion peut cependant être modifiée par des techniques de sélection sélective, et certaines variétés de maïs ont été développées qui produisent jusqu'à 70 pour cent de leur amidon sous forme d'amylose, qui est plus facilement digérée par l'homme que l'amylopectine.

En plus des amidons, certaines plantes (par exemple l'artichaut de Jérusalem et les feuilles de certaines herbes, en particulier le seigle) forment des polysaccharides de stockage composés d'unités de fructose plutôt que de glucose. Bien que les polysaccharides de fructose puissent être décomposés et utilisés pour préparer des sirops, ils ne peuvent pas être digérés par les animaux supérieurs.

Les amidons ne sont pas formés par des animaux; au lieu de cela, ils forment un polysaccharide étroitement apparenté, le glycogène. Pratiquement toutes les cellules animales vertébrées et invertébrées, ainsi que celles de nombreux champignons et protozoaires, contiennent du glycogène; des concentrations particulièrement élevées de cette substance se trouvent dans le foie et les cellules musculaires des animaux supérieurs. La structure globale du glycogène, qui est une molécule hautement ramifiée constituée d'unités de glucose, a une ressemblance superficielle avec celle du composant amylopectine de l'amidon, bien que les détails structurels du glycogène soient significativement différents. Dans des conditions de stress ou d'activité musculaire chez les animaux, le glycogène est rapidement décomposé en glucose, qui est ensuite utilisé comme source d'énergie. De cette manière, le glycogène agit comme une réserve immédiate de glucides. De plus, la quantité de glycogène présente à un moment donné, en particulier dans le foie, reflète directement l'état nutritionnel d'un animal. Lorsque des approvisionnements alimentaires adéquats sont disponibles, les réserves de glycogène et de graisse du corps augmentent, mais lorsque les approvisionnements alimentaires diminuent ou lorsque l'apport alimentaire tombe en dessous des besoins énergétiques minimaux, les réserves de glycogène s'épuisent assez rapidement, tandis que celles de graisse sont utilisées à un taux plus lent.

Rôle dans la structure végétale et animale

Alors que les amidons et le glycogène représentent les principaux polysaccharides de réserve des êtres vivants, la plupart des glucides trouvés dans la nature se produisent sous forme de composants structuraux dans les parois cellulaires des plantes. Les glucides dans les parois des cellules végétales se composent généralement de plusieurs couches distinctes, dont l'une contient une concentration de cellulose plus élevée que les autres. Les propriétés physiques et chimiques de la cellulose sont très différentes de celles du composant amylose de l'amidon.

Dans la plupart des plantes, la paroi cellulaire a une épaisseur d'environ 0,5 micromètre et contient un mélange de cellulose, de polysaccharides contenant du pentose (pentosanes) et d'un matériau de type plastique inerte (chimiquement non réactif) appelé lignine. Les quantités de cellulose et de pentosane peuvent varier; la plupart des plantes contiennent entre 40 et 60 pour cent de cellulose, bien que des quantités plus élevées soient présentes dans la fibre de coton.

Les polysaccharides fonctionnent également comme des composants structuraux majeurs chez les animaux. La chitine, qui est similaire à la cellulose, se trouve dans les insectes et autres arthropodes. D'autres polysaccharides complexes prédominent dans les tissus structurels des animaux supérieurs.