Glucose - Glucose

d -Glucose
Alpha-D-Glucopyranose.svg
Projection Haworth du - d -glucopyranose
Chaîne-D-glucose-2D-Fischer.png
Projection de Fischer de d- glucose
Noms
Prononciation / l u k z / , / ɡ l u k s /
Nom IUPAC
Nom IUPAC préféré
Les NIP ne sont pas identifiés pour les produits naturels.
Autres noms
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
3DMet
Abréviations Glc
1281604
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Numéro CE
83256
KEGG
Engrener Glucose
CID PubChem
Numéro RTECS
UNII
  • InChI=1S/C6H12O6/c7-1-2-3(8)4(9)5(10)6(11)12-2/h2-11H,1H2/t2-,3-,4+,5-, 6?/m1/s1 ChèqueOui
    Clé : WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N ChèqueOui
  • OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O
  • C([C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H]([C@H](O1)O)O)O)O)O
Propriétés
C 6 H 12 O 6
Masse molaire 180,156  g/mol
Apparence poudre blanche
Densité 1,54 g / cm 3
Point de fusion - d -Glucose : 146 °C (295 °F ; 419 K)
β- d -Glucose : 150 °C (302 °F ; 423 K)
909 g/L (25 °C (77 °F))
−101,5×10 −6  cm 3 /mol
8.6827
Thermochimie
218,6 J/(K·mol)
209,2 J/(K·mol)
Std enthalpie de
formation
f H 298 )
−1271 kJ/mol
2 805 kJ/mol (670 kcal/mol)
Pharmacologie
B05CX01 ( OMS ) V04CA02 ( OMS ), V06DC01 ( OMS )
Dangers
Fiche de données de sécurité ICSC 08655
NFPA 704 (diamant de feu)
0
1
0
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ChèqueOui vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

Le glucose est un sucre simple de formule moléculaire C 6 H 12 O 6. Le glucose est le monosaccharide le plus abondant , une sous-catégorie de glucides . Le glucose est principalement fabriqué par les plantes et la plupart des algues lors de la photosynthèse à partir de l'eau et du dioxyde de carbone, en utilisant l'énergie de la lumière du soleil, où il est utilisé pour fabriquer de la cellulose dans les parois cellulaires , le glucide le plus abondant au monde.

Dans le métabolisme énergétique , le glucose est la source d'énergie la plus importante dans tous les organismes . Le glucose pour le métabolisme est stocké sous forme de polymère , dans les plantes principalement sous forme d' amidon et d' amylopectine , et chez les animaux sous forme de glycogène . Le glucose circule dans le sang des animaux sous forme de sucre sanguin . La forme de glucose naturel est d Glucose, alors que l Glucose est produit synthétiquement en quantités relativement faibles et est de moindre importance. Le glucose est un monosaccharide contenant six atomes de carbone et un groupe aldéhyde, et est donc un aldohexose . La molécule de glucose peut exister sous une forme à chaîne ouverte (acyclique) ainsi qu'en anneau (cyclique). Le glucose est d'origine naturelle et se trouve dans les fruits et d'autres parties des plantes à l'état libre. Chez les animaux, le glucose est libéré à partir de la dégradation du glycogène dans un processus connu sous le nom de glycogénolyse .

Le glucose, en tant que solution de sucre par voie intraveineuse , figure sur la liste des médicaments essentiels de l'Organisation mondiale de la santé, les médicaments les plus sûrs et les plus efficaces nécessaires dans un système de santé . Il figure également sur la liste en association avec le chlorure de sodium.

Le nom glucose est dérivé du grec ancien γλεῦκος (gleûkos, « vin, moût »), de γλυκύς (glykýs, « doux »). Le suffixe " -ose " est un classificateur chimique, désignant un sucre.

Histoire

Le glucose a été isolé pour la première fois à partir de raisins secs en 1747 par le chimiste allemand Andreas Marggraf . Le glucose a été découvert dans les raisins par Johann Tobias Lowitz en 1792, et distingué comme étant différent du sucre de canne (saccharose). Le glucose est le terme inventé par Jean Baptiste Dumas en 1838, qui a prévalu dans la littérature chimique. Friedrich August Kekulé a proposé le terme dextrose (du latin dexter = droite), car dans une solution aqueuse de glucose, le plan de la lumière polarisée linéairement est tourné vers la droite. En revanche, le d- fructose (un cétohexose) et le l- glucose tournent la lumière polarisée linéairement vers la gauche. La notation antérieure selon la rotation du plan de la lumière polarisée linéairement ( d et l -nomenclature) a ensuite été abandonnée au profit de la d - et l -notation, qui fait référence à la configuration absolue du centre asymétrique le plus éloigné du groupe carbonyle , et en accord avec la configuration du d - ou l -glycéraldéhyde.

Étant donné que le glucose est une nécessité fondamentale de nombreux organismes, une compréhension correcte de sa composition chimique et de sa structure a grandement contribué à l'avancement général de la chimie organique . Cette compréhension s'est produite en grande partie à la suite des enquêtes d' Emil Fischer , un chimiste allemand qui a reçu le prix Nobel de chimie en 1902 pour ses découvertes. La synthèse du glucose a établi la structure de la matière organique et a par conséquent formé la première validation définitive des théories de Jacobus Henricus van 't Hoff sur la cinétique chimique et les arrangements des liaisons chimiques dans les molécules carbonées. Entre 1891 et 1894, Fischer a établi la configuration stéréochimique de tous les sucres connus et a correctement prédit les isomères possibles , en appliquant la théorie de Van 't Hoff des atomes de carbone asymétriques. Les noms faisaient initialement référence aux substances naturelles. Leurs énantiomères ont reçu le même nom avec l'introduction de nomenclatures systématiques, prenant en compte la stéréochimie absolue (ex : nomenclature Fischer, nomenclature d / l ).

Pour la découverte du métabolisme du glucose, Otto Meyerhof a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1922. Hans von Euler-Chelpin a reçu le prix Nobel de chimie avec Arthur Harden en 1929 pour leurs "recherches sur la fermentation du sucre et leur part des enzymes dans ce processus". En 1947, Bernardo Houssay (pour sa découverte du rôle de l'hypophyse dans le métabolisme du glucose et des glucides dérivés) ainsi que Carl et Gerty Cori (pour leur découverte de la conversion du glycogène à partir du glucose) reçoivent le prix Nobel de Physiologie ou Médecine. En 1970, Luis Leloir a reçu le prix Nobel de chimie pour la découverte de nucléotides de sucre dérivés du glucose dans la biosynthèse des glucides.

Propriétés chimiques

Le glucose forme des solides blancs ou incolores qui sont très solubles dans l'eau et l'acide acétique, mais peu solubles dans le méthanol et l' éthanol . Ils fondent à 146 ° C (295 ° F) ( α ) et 150 ° C (302 ° F) ( β ), et se décomposent à partir de 188 ° C (370 ° F) avec libération de divers produits volatils, en laissant finalement un résidu de carbone .

Avec six atomes de carbone, il est classé comme un hexose , une sous-catégorie des monosaccharides. Le d- glucose est l'un des seize stéréoisomères de l' aldohexose . Le d - isomère , d Glucose, également connu sous le nom de dextrose , est largement répandu dans la nature, mais l Isomère, l Glucose , ne fonctionne pas. Le glucose peut être obtenu par hydrolyse d'hydrates de carbone tels que le sucre du lait ( lactose ), le sucre de canne ( saccharose ), le maltose , la cellulose , le glycogène , etc. Le dextrose est couramment fabriqué commercialement à partir de fécule de maïs aux États-Unis et au Japon, à partir d'amidon de pomme de terre et de blé en Europe. , et de l' amidon de tapioca dans les régions tropicales. Le processus de fabrication utilise l'hydrolyse par vapeur sous pression à pH contrôlé dans un jet suivi d'une dépolymérisation enzymatique supplémentaire. Le glucose non lié est l'un des principaux ingrédients du miel . Toutes les formes de glucose sont incolores et facilement solubles dans l'eau, l'acide acétique et plusieurs autres solvants. Ils ne sont que peu solubles dans le méthanol et l' éthanol .

Structure et nomenclature

Mutarotation du glucose.

Le glucose est généralement présent sous forme solide sous forme de monohydrate avec un cycle pyrane fermé (dextrose hydraté). En solution aqueuse, en revanche, il s'agit d'une chaîne ouverte dans une faible mesure et est présent principalement sous forme de - ou -pyranose , qui s'interconvertissent (voir mutarotation ). A partir de solutions aqueuses, les trois formes connues peuvent être cristallisées : l'α-glucopyranose, l'β-glucopyranose et l'β-glucopyranose hydraté. Le glucose est un élément constitutif des disaccharides lactose et saccharose (sucre de canne ou de betterave), d' oligosaccharides tels que le raffinose et de polysaccharides tels que l' amidon et l' amylopectine , le glycogène ou la cellulose . La température de transition vitreuse du glucose est de 31 °C et la constante de Gordon-Taylor (une constante déterminée expérimentalement pour la prédiction de la température de transition vitreuse pour différentes fractions massiques d'un mélange de deux substances) est de 4,5.

Formes et projections du d- glucose en comparaison
Natta projection Projection de Haworth
D-Glucose Keilstrich.svg Alpha-D-Glucofuranose.svg
α- d- glucofuranose
Bêta-D-Glucofuranose.svg
β- d- glucofuranose
Alpha-D-Glucopyranose.svg
α- d- glucopyranose
Bêta-D-Glucopyranose.svg
β- d- glucopyranose
α- d -Glucopyranose dans (1) Tollens/Fischer (2) projection Haworth (3) conformation de chaise (4) vue stéréochimique
Alpha glucose vues.svg

Forme en chaîne ouverte

Le glucose peut exister à la fois sous forme de chaîne droite et sous forme d'anneau.

La forme à chaîne ouverte du glucose représente moins de 0,02 % des molécules de glucose dans une solution aqueuse. Le reste est l'une des deux formes hémiacétal cycliques. Dans sa forme à chaîne ouverte , la molécule de glucose a un squelette non ramifié ouvert (par opposition à cyclique ) de six atomes de carbone, où C-1 fait partie d'un groupe aldéhyde H(C=O)−. Par conséquent, le glucose est également classé comme un aldose ou un aldohexose . Le groupe aldéhyde fait du glucose un sucre réducteur donnant une réaction positive au test de Fehling .

Formes cycliques

Formes cycliques du glucose
.

De gauche à droite : projections de Haworth et structures en forme de boule et de bâton des anomères α et du D- glucopyranose (rangée du haut) et du D- glucofuranose (rangée du bas)

Dans les solutions, la forme à chaîne ouverte du glucose (soit " D - " ou " L - ") existe en équilibre avec plusieurs isomères cycliques , chacun contenant un cycle de carbones fermé par un atome d'oxygène. En solution aqueuse, cependant, plus de 99% des molécules de glucose existent sous forme de pyranose . La forme à chaîne ouverte est limitée à environ 0,25%, et les formes furanose existent en quantités négligeables. Les termes "glucose" et " D- glucose" sont également généralement utilisés pour ces formes cycliques. Le cycle provient de la forme à chaîne ouverte par une réaction d' addition nucléophile intramoléculaire entre le groupe aldéhyde (en C-1) et le groupe hydroxyle C-4 ou C-5, formant une liaison hémiacétal , -C(OH)H- O−.

La réaction entre C-1 et C-5 donne un système hétérocyclique à six chaînons appelé pyranose, qui est un sucre monosaccharide (d'où "-ose") contenant un squelette de pyrane dérivé . La réaction (beaucoup plus rare) entre C-1 et C-4 donne un cycle furanose à cinq chaînons, nommé d'après l'éther cyclique furane . Dans les deux cas, chaque carbone du cycle a un hydrogène et un hydroxyle attachés, à l'exception du dernier carbone (C-4 ou C-5) où l'hydroxyle est remplacé par le reste de la molécule ouverte (qui est -(C( CH 2 OH)HOH)-H ou -(CHOH)-H respectivement).

La bague de fermeture de réaction peut donner deux produits, notée « α- » et « β- » Quand une molécule d'glucopyranose est tracé dans la projection Haworth , la désignation « α- » signifie que le groupe hydroxyle fixé sur C-1 et le - Le groupe CH 2 OH en C-5 se trouve sur les côtés opposés du plan de l'anneau (un arrangement trans ), tandis que "β-" signifie qu'ils sont du même côté du plan (un arrangement cis ). Par conséquent, l'isomère à chaîne ouverte D - glucose donne lieu à quatre isomères cycliques distinctes: α- D -glucopyranose, β- D -glucopyranose, α- D -glucofuranose et β- D -glucofuranose. Ces cinq structures existent en équilibre et s'interconvertissent, et l'interconversion est beaucoup plus rapide avec la catalyse acide .

Mécanisme de poussée de flèche largement proposé pour l'équilibre dynamique catalysé par un acide entre les anomères et du D-glucopyranose

Chaises conformations de α- (gauche) et β- (droite) D- glucopyranose

L'autre isomère à chaîne ouverte L- glucose donne lieu de manière similaire à quatre formes cycliques distinctes de L- glucose, chacune étant l'image miroir du D- glucose correspondant .

Le cycle glucopyranose (α ou β) peut prendre plusieurs formes non planes, analogues aux conformations "chaise" et "bateau" du cyclohexane . De même, le cycle glucofuranose peut prendre plusieurs formes, analogues aux conformations "enveloppes" du cyclopentane .

A l'état solide, seules les formes glucopyranose sont observées.

Certains dérivés du glucofuranose, tels que le 1,2- O- isopropylidène- D- glucofuranose sont stables et peuvent être obtenus purs sous forme de solides cristallins. Par exemple, réaction du α-D-glucose avec l' acide para- tolylboronique H
3
C
−( C
6
H
4
)− B(OH)
2
reforme le cycle pyranose normal pour donner l'ester quadruple α-D-glucofuranose-1,2∶3,5-bis( p- tolylboronate).

Mutarotation

Mutarotation : les molécules de d- glucose existent sous forme d'hémiacétals cycliques épimères (= diastéréoisomères) les unes par rapport aux autres. Le rapport épimère :β est de 36:64. Dans le -D-glucopyranose (à gauche), le groupe hydroxy marqué en bleu est en position axiale au centre de l'anomère, tandis que dans le β-D-glucopyranose (à droite), le groupe hydroxy marqué en bleu est en position équatoriale au centre anomérique.

La mutarotation consiste en une inversion temporaire de la réaction de formation du cycle, aboutissant à la forme à chaîne ouverte, suivie d'une reformation du cycle. L'étape de fermeture du cycle peut utiliser un groupe -OH différent de celui recréé par l'étape d'ouverture (basculant ainsi entre les formes pyranose et furanose), ou le nouveau groupe hémiacétal créé sur C-1 peut avoir la même latéralité ou l'inverse de celui d'origine. (passant ainsi entre les formes α et β). Ainsi, bien que la forme à chaîne ouverte soit à peine détectable en solution, elle est un composant essentiel de l'équilibre.

La forme à chaîne ouverte est thermodynamiquement instable et s'isomérise spontanément en formes cycliques. (Bien que la réaction de fermeture du cycle puisse en théorie créer des cycles à quatre ou trois atomes, ceux-ci seraient très tendus et ne sont pas observés en pratique.) Dans les solutions à température ambiante , les quatre isomères cycliques s'interconvertissent sur une échelle de temps de quelques heures, dans un processus appelé mutarotation . A partir de n'importe quelles proportions, le mélange converge vers un rapport stable de :β 36:64. Le rapport serait α:β 11:89 s'il n'y avait pas l'influence de l' effet anomérique . La mutarotation est considérablement plus lente à des températures proches de 0 °C (32 °F).

Activité optique

Que ce soit dans l'eau ou sous forme solide, le d -(+)-glucose est dextrogyre , ce qui signifie qu'il fera tourner la direction de la lumière polarisée dans le sens des aiguilles d' une montre en regardant vers la source lumineuse. L'effet est dû à la chiralité des molécules, et en effet l'isomère d'image miroir, le l -(−)-glucose, est lévogyre (fait tourner la lumière polarisée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre) de la même quantité. La force de l'effet est différente pour chacun des cinq tautomères .

Notez que le préfixe d - ne fait pas directement référence aux propriétés optiques du composé. Il indique que le centre chiral C-5 a la même latéralité que celui du d- glycéraldéhyde (qui a été ainsi étiqueté parce qu'il est dextrogyre). Le fait que le d- glucose soit dextrogyre est un effet combiné de ses quatre centres chiraux, pas seulement de C-5 ; et en effet certains des autres d- aldohexoses sont lévogyres.

La conversion entre les deux anomères peut être observée dans un polarimètre puisque le α- d glucose pur a un angle de rotation spécifique de +112,2°·ml/(dm·g), le β- D- glucose pur de +17,5°·ml/( dm·g). Lorsque l'équilibre a été atteint après un certain temps en raison de la mutarotation, l'angle de rotation est de +52,7°·ml/(dm·g). En ajoutant un acide ou une base, cette transformation est beaucoup accélérée. L'équilibrage a lieu via la forme aldéhyde à chaîne ouverte.

Isomérisation

Dans l'hydroxyde de sodium dilué ou d'autres bases diluées, les monosaccharides mannose , glucose et fructose s'interconvertissent (via une transformation de Lobry de Bruyn-Alberda-Van Ekenstein ), de sorte qu'un équilibre entre ces isomères se forme. Cette réaction se déroule via un énédiol :

Isomérisation glucose-fructose-mannose

Propriétés biochimiques

Le glucose est le monosaccharide le plus abondant. Le glucose est également l' aldohexose le plus largement utilisé dans la plupart des organismes vivants. Une explication possible est que le glucose a une tendance plus faible que les autres aldohexoses à réagir de manière non spécifique avec les groupes amine des protéines . Cette réaction - la glycation - altère ou détruit la fonction de nombreuses protéines, par exemple dans l' hémoglobine glyquée . Le faible taux de glycation du glucose peut être attribué à sa forme cyclique plus stable par rapport aux autres aldohexoses, ce qui signifie qu'il passe moins de temps qu'eux sous sa forme réactive à chaîne ouverte . La raison pour laquelle le glucose a la forme cyclique la plus stable de tous les aldohexoses est que ses groupes hydroxy (à l'exception du groupe hydroxy sur le carbone anomérique du d- glucose) sont en position équatoriale . Vraisemblablement, le glucose est le monosaccharide naturel le plus abondant car il est moins glyqué avec des protéines que les autres monosaccharides. Une autre hypothèse est que le glucose, étant le seul d- aldohexose qui possède les cinq substituants hydroxy en position équatoriale sous forme de β- d- glucose, est plus facilement accessible aux réactions chimiques, par exemple, pour l' estérification ou la formation d' acétal . Pour cette raison, le d- glucose est également un élément constitutif hautement préféré des polysaccharides naturels (glycanes). Les polysaccharides composés uniquement de glucose sont appelés glucanes .

Le glucose est produit par les plantes par photosynthèse en utilisant la lumière du soleil, l'eau et le dioxyde de carbone et peut être utilisé par tous les organismes vivants comme source d'énergie et de carbone. Cependant, la plupart du glucose ne se présente pas sous sa forme libre, mais sous la forme de ses polymères, c'est-à-dire le lactose, le saccharose, l'amidon et d'autres qui sont des substances de réserve d'énergie, et la cellulose et la chitine , qui sont des composants de la paroi cellulaire des plantes ou des champignons. et arthropodes , respectivement. Ces polymères sont dégradés en glucose lors de la prise alimentaire par les animaux, les champignons et les bactéries à l'aide d'enzymes. Tous les animaux sont également capables de produire eux-mêmes du glucose à partir de certains précurseurs en cas de besoin. Les neurones , les cellules de la médullaire rénale et les érythrocytes dépendent du glucose pour leur production d'énergie. Chez l'homme adulte, il y a environ 18 g de glucose, dont environ 4 g sont présents dans le sang. Environ 180 à 220 g de glucose sont produits dans le foie d'un adulte en 24 heures.

Bon nombre des complications à long terme du diabète ( par exemple , cécité , insuffisance rénale et neuropathie périphérique ) sont probablement dues à la glycation des protéines ou des lipides . En revanche, l' addition régulée par des enzymes de sucres aux protéines est appelée glycosylation et est essentielle au fonctionnement de nombreuses protéines.

Adoption

Le glucose ingéré se lie initialement au récepteur du goût sucré sur la langue chez l'homme. Ce complexe des protéines T1R2 et T1R3 permet d'identifier les sources alimentaires contenant du glucose. Le glucose provient principalement des aliments – environ 300 g par jour sont produits par la transformation des aliments, mais il est également synthétisé à partir d'autres métabolites dans les cellules du corps. Chez l'homme, la dégradation des polysaccharides contenant du glucose se produit en partie déjà pendant la mastication au moyen de l' amylase , qui est contenue dans la salive , ainsi que par la maltase , la lactase et la sucrase sur la bordure en brosse de l' intestin grêle . Le glucose est un élément constitutif de nombreux glucides et peut être séparé d'eux à l'aide de certaines enzymes. Les glucosidases , un sous-groupe des glycosidases, catalysent d'abord l'hydrolyse des polysaccharides contenant du glucose à longue chaîne, en éliminant le glucose terminal. À leur tour, les disaccharides sont principalement dégradés par des glycosidases spécifiques en glucose. Les noms des enzymes de dégradation sont souvent dérivés du poly- et du disaccharide particuliers ; entre autres, pour la dégradation des chaînes polysaccharidiques, il existe des amylases (du nom de l'amylose, un composant de l'amidon), des cellulases (du nom de la cellulose), des chitinases (du nom de la chitine), etc. De plus, pour le clivage des disaccharides, il existe la maltase, la lactase, la sucrase, la tréhalase et autres. Chez l'homme, environ 70 gènes sont connus qui codent pour les glycosidases. Ils ont des fonctions dans la digestion et la dégradation du glycogène, des sphingolipides , des mucopolysaccharides et du poly( ADP-ribose ). Les humains ne produisent pas de cellulases, de chitinases ou de tréhalases, mais les bactéries de la flore intestinale le font.

Afin d'entrer ou de sortir des membranes cellulaires des cellules et des membranes des compartiments cellulaires, le glucose nécessite des protéines de transport spéciales de la grande superfamille des facilitateurs . Dans l'intestin grêle (plus précisément dans le jéjunum ), le glucose est absorbé dans l' épithélium intestinal à l'aide de transporteurs de glucose via un mécanisme de transport actif secondaire appelé symport ion sodium-glucose via le cotransporteur sodium/glucose 1 (SGLT1). Un transfert supplémentaire se produit du côté basolatéral des cellules épithéliales intestinales via le transporteur de glucose GLUT2 , ainsi que l'absorption dans les cellules hépatiques , les cellules rénales, les cellules des îlots de Langerhans , les neurones , les astrocytes et les tanycytes . Le glucose pénètre dans le foie par la veine porte et y est stocké sous forme de glycogène cellulaire. Dans la cellule hépatique, il est phosphorylé par la glucokinase en position 6 pour former du glucose 6-phosphate , qui ne peut pas quitter la cellule. Le glucose 6-phosphatase peut reconvertir le glucose 6-phosphate en glucose exclusivement dans le foie, afin que le corps puisse maintenir une concentration suffisante de glucose dans le sang. Dans d'autres cellules, l'absorption se fait par transport passif à travers l'une des 14 protéines GLUT. Dans les autres types cellulaires, la phosphorylation se produit par l'intermédiaire d'une hexokinase , après quoi le glucose ne peut plus diffuser hors de la cellule.

Le transporteur de glucose GLUT1 est produit par la plupart des types de cellules et est particulièrement important pour les cellules nerveuses et les cellules β pancréatiques . GLUT3 est fortement exprimé dans les cellules nerveuses. Le glucose de la circulation sanguine est repris par GLUT4 de cellules musculaires (du muscle squelettique et le muscle cardiaque ) et les cellules adipeuses . GLUT14 est exprimé exclusivement dans les testicules . L'excès de glucose est décomposé et converti en acides gras, qui sont stockés sous forme de triglycérides . Dans les reins , le glucose dans l'urine est absorbé via SGLT1 et SGLT2 dans les membranes cellulaires apicales et transmis via GLUT2 dans les membranes cellulaires basolatérales. Environ 90 % de la réabsorption rénale du glucose se fait via SGLT2 et environ 3 % via SGLT1.

Biosynthèse

Chez les plantes et certains procaryotes , le glucose est un produit de la photosynthèse . Le glucose est également formé par la dégradation de formes polymériques de glucose comme le glycogène (chez les animaux et les champignons ) ou l' amidon (chez les plantes). Le clivage du glycogène est appelé glycogénolyse , le clivage de l'amidon est appelé dégradation de l'amidon.

La voie métabolique qui commence par les molécules contenant deux à quatre atomes de carbone (C) et se termine par la molécule de glucose contenant six atomes de carbone est appelée gluconéogenèse et se produit dans tous les organismes vivants. Les matières premières plus petites sont le résultat d'autres voies métaboliques. En fin de compte presque toutes les biomolécules proviennent de l'assimilation du dioxyde de carbone dans les plantes lors de la photosynthèse. L'énergie libre de formation du α- d -glucose est de 917,2 kilojoules par mole. Chez l'homme, la néoglucogenèse se produit dans le foie et les reins, mais aussi dans d'autres types cellulaires. Dans le foie environ 150 g de glycogène sont stockés, dans le muscle squelettique environ 250 g. Cependant, le glucose libéré dans les cellules musculaires lors du clivage du glycogène ne peut pas être délivré à la circulation car le glucose est phosphorylé par l'hexokinase et une glucose-6-phosphatase n'est pas exprimée pour éliminer le groupe phosphate. Contrairement au glucose, il n'y a pas de protéine de transport pour le glucose-6-phosphate. La néoglucogenèse permet à l'organisme d'accumuler du glucose à partir d'autres métabolites, dont le lactate ou certains acides aminés, tout en consommant de l'énergie. Les cellules tubulaires rénales peuvent également produire du glucose.

Dégradation du glucose

Métabolisme du glucose et diverses formes de celui-ci dans le processus
Les composés contenant du glucose et les formes isomères sont digérés et absorbés par l'organisme dans les intestins, notamment l' amidon , le glycogène , les disaccharides et les monosaccharides .
Le glucose est stocké principalement dans le foie et les muscles sous forme de glycogène. Il est distribué et utilisé dans les tissus sous forme de glucose libre.

Chez l'homme, le glucose est métabolisé par la glycolyse et la voie des pentoses phosphates. La glycolyse est utilisée par tous les organismes vivants, avec de petites variations, et tous les organismes génèrent de l'énergie à partir de la dégradation des monosaccharides. Dans le cours ultérieur du métabolisme, il peut être complètement dégradé via la décarboxylation oxydative , le cycle de l'acide citrique (synonyme cycle de Krebs ) et la chaîne respiratoire en eau et dioxyde de carbone. S'il n'y a pas assez d'oxygène disponible pour cela, la dégradation du glucose chez les animaux se produit en anaérobie pour le lactate via la fermentation lactique et libère moins d'énergie. Le lactate musculaire pénètre dans le foie par la circulation sanguine chez les mammifères, où se produit la néoglucogenèse ( cycle de Cori ). Avec un apport élevé en glucose, le métabolite acétyl-CoA du cycle de Krebs peut également être utilisé pour la synthèse d'acides gras . Le glucose est également utilisé pour reconstituer les réserves de glycogène du corps, qui se trouvent principalement dans le foie et les muscles squelettiques. Ces processus sont régulés hormonalement .

Dans d'autres organismes vivants, d'autres formes de fermentation peuvent se produire. La bactérie Escherichia coli peut se développer sur des milieux nutritifs contenant du glucose comme seule source de carbone. Chez certaines bactéries et, sous forme modifiée, également chez les archées, le glucose est dégradé via la voie Entner-Doudoroff .

L'utilisation du glucose comme source d'énergie dans les cellules se fait soit par la respiration aérobie, la respiration anaérobie ou la fermentation. La première étape de la glycolyse est la phosphorylation du glucose par une hexokinase pour former du glucose 6-phosphate . La principale raison de la phosphorylation immédiate du glucose est d'empêcher sa diffusion hors de la cellule, car le groupe phosphate chargé empêche le glucose 6-phosphate de traverser facilement la membrane cellulaire . En outre, l'ajout du groupe phosphate à haute énergie active le glucose pour une décomposition ultérieure dans les étapes ultérieures de la glycolyse. Dans des conditions physiologiques , cette réaction initiale est irréversible.

Dans la respiration anaérobie, une molécule de glucose produit un gain net de deux molécules d'ATP (quatre molécules d'ATP sont produites pendant la glycolyse par phosphorylation au niveau du substrat, mais deux sont requises par les enzymes utilisées pendant le processus). Dans la respiration aérobie, une molécule de glucose est beaucoup plus rentable dans la mesure où une production nette maximale de 30 ou 32 molécules d'ATP (selon l'organisme) par phosphorylation oxydative est générée.

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GlycolyseGluconéogenèse_WP534go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to article go to WikiPathways go to article go to Entrez go to article
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Glycolyse et gluconéogenèse modifier

Les cellules tumorales se développent souvent relativement rapidement et consomment une quantité de glucose supérieure à la moyenne par glycolyse, ce qui conduit à la formation de lactate, le produit final de la fermentation chez les mammifères, même en présence d'oxygène. Cet effet est appelé effet Warburg . Pour l'augmentation de l'absorption du glucose dans les tumeurs, divers SGLT et GLUT sont produits en excès.

Dans la levure , l'éthanol est fermenté à des concentrations élevées de glucose, même en présence d'oxygène (ce qui conduit normalement à la respiration mais pas à la fermentation). Cet effet est appelé effet Crabtree .

Source d'énergie

Diagramme montrant les intermédiaires possibles dans la dégradation du glucose ; Voies métaboliques orange : glycolyse, vert : voie d'Entner-Doudoroff, phosphorylante, jaune : voie d'Entner-Doudoroff, non phosphorylée

Le glucose est un carburant omniprésent en biologie . Il est utilisé comme source d'énergie dans les organismes, des bactéries aux humains, par la respiration aérobie , la respiration anaérobie (chez les bactéries) ou la fermentation . Le glucose est la principale source d'énergie du corps humain, grâce à la respiration aérobie, fournissant environ 3,75  kilocalories (16  kilojoules ) d' énergie alimentaire par gramme. La décomposition des glucides (par exemple, l'amidon) donne des mono- et des disaccharides , dont la plupart sont du glucose. Par la glycolyse et plus tard dans les réactions du cycle de l'acide citrique et de la phosphorylation oxydative , le glucose est oxydé pour finalement former du dioxyde de carbone et de l' eau , produisant de l'énergie principalement sous forme d' ATP . La réaction à l'insuline et d'autres mécanismes régulent la concentration de glucose dans le sang. La valeur calorique physiologique du glucose, selon la source, est respectivement de 16,2 kilojoules par gramme et de 15,7 kJ/g (3,74 kcal/g). La haute disponibilité des glucides de la biomasse végétale a conduit à une variété de méthodes au cours de l'évolution, en particulier chez les micro-organismes, pour utiliser l'énergie et le glucose de stockage de carbone. Il existe des différences dans lesquelles le produit final ne peut plus être utilisé pour la production d'énergie. La présence de gènes individuels et de leurs produits géniques, les enzymes, déterminent les réactions possibles. La voie métabolique de la glycolyse est utilisée par presque tous les êtres vivants. Une différence essentielle dans l'utilisation de la glycolyse est la récupération du NADPH en tant que réducteur de l' anabolisme qui devrait autrement être généré indirectement.

Le glucose et l'oxygène fournissent presque toute l'énergie du cerveau , de sorte que sa disponibilité influence les processus psychologiques . Lorsque la glycémie est basse , les processus psychologiques nécessitant un effort mental (par exemple, la maîtrise de soi , la prise de décision avec effort) sont altérés. Dans le cerveau, qui dépend du glucose et de l'oxygène comme principale source d'énergie, la concentration de glucose est généralement de 4 à 6 mM (5 mM équivaut à 90 mg/dL), mais diminue à 2 à 3 mM à jeun. La confusion se produit en dessous de 1 mM et le coma à des niveaux inférieurs.

Le glucose dans le sang est appelé sucre dans le sang . Les niveaux de sucre dans le sang sont régulés par les cellules nerveuses de liaison du glucose dans l' hypothalamus . De plus, le glucose dans le cerveau se lie aux récepteurs du glucose du système de récompense dans le noyau accumbens . La liaison du glucose au récepteur sucré de la langue induit une libération de diverses hormones du métabolisme énergétique, soit par le glucose, soit par d'autres sucres, entraînant une augmentation de l'absorption cellulaire et une baisse du taux de sucre dans le sang. Les édulcorants artificiels n'abaissent pas le taux de sucre dans le sang.

La teneur en sucre dans le sang d'une personne en bonne santé à jeun de courte durée, par exemple après un jeûne d'une nuit, est d'environ 70 à 100 mg/dL de sang (4 à 5,5 mM). Dans le plasma sanguin , les valeurs mesurées sont environ 10 à 15 % plus élevées. De plus, les valeurs dans le sang artériel sont supérieures aux concentrations dans le sang veineux puisque le glucose est absorbé dans les tissus lors du passage du lit capillaire . Également dans le sang capillaire, qui est souvent utilisé pour la détermination de la glycémie, les valeurs sont parfois plus élevées que dans le sang veineux. La teneur en glucose du sang est régulée par les hormones insuline , incrétine et glucagon . L'insuline abaisse le taux de glucose, le glucagon l'augmente. De plus, les hormones adrénaline , thyroxine , glucocorticoïdes , somatotrophine et adrénocorticotrophine entraînent une augmentation du taux de glucose. Il existe également une régulation indépendante des hormones, appelée autorégulation du glucose . Après la prise de nourriture, la concentration de sucre dans le sang augmente. Les valeurs supérieures à 180 mg/dL dans le sang total veineux sont pathologiques et sont appelées hyperglycémie , les valeurs inférieures à 40 mg/dL sont appelées hypoglycémie . En cas de besoin, le glucose est libéré dans la circulation sanguine par la glucose-6-phosphatase à partir du glucose-6-phosphate provenant du glycogène du foie et des reins, régulant ainsi l' homéostasie de la concentration de glucose dans le sang. Chez les ruminants , la concentration de glucose dans le sang est plus faible (60 mg/dL chez les bovins et 40 mg/dL chez les ovins ), car les glucides sont davantage convertis par leur flore intestinale en acides gras à chaîne courte .

Une partie du glucose est convertie en acide lactique par les astrocytes , qui est ensuite utilisé comme source d' énergie par les cellules du cerveau ; une partie du glucose est utilisée par les cellules intestinales et les globules rouges , tandis que le reste atteint le foie , le tissu adipeux et les cellules musculaires , où il est absorbé et stocké sous forme de glycogène (sous l'influence de l' insuline ). Le glycogène des cellules hépatiques peut être converti en glucose et renvoyé dans le sang lorsque l'insuline est faible ou absente ; le glycogène des cellules musculaires n'est pas renvoyé dans le sang en raison d'un manque d'enzymes. Dans les cellules adipeuses , le glucose est utilisé pour alimenter des réactions qui synthétisent certains types de graisses et ont d'autres objectifs. Le glycogène est le mécanisme de « stockage d'énergie du glucose » du corps, car il est beaucoup plus « économe en espace » et moins réactif que le glucose lui-même.

En raison de son importance pour la santé humaine, le glucose est un analyte dans les tests de glycémie qui sont des tests sanguins médicaux courants . Manger ou jeûner avant de prélever un échantillon de sang a un effet sur les analyses de glucose dans le sang; un taux élevé de glucose à jeun glycémie niveau peut être un signe de prédiabète ou un diabète sucré .

L' indice glycémique est un indicateur de la vitesse de résorption et de conversion en glycémie à partir des glucides ingérés, mesuré comme l' aire sous la courbe de la glycémie après consommation par rapport au glucose (le glucose est défini comme 100). L'importance clinique de l'index glycémique est controversée, car les aliments riches en graisses ralentissent la résorption des glucides et abaissent l'index glycémique, par exemple la crème glacée. Un indicateur alternatif est l' indice d'insuline , mesuré comme l'impact de la consommation de glucides sur les niveaux d'insuline dans le sang. La charge glycémique est un indicateur de la quantité de glucose ajoutée à la glycémie après consommation, basée sur l'index glycémique et la quantité de nourriture consommée.

Précurseur

Les organismes utilisent le glucose comme précurseur pour la synthèse de plusieurs substances importantes. L'amidon , la cellulose et le glycogène ("amidon animal") sont des polymères de glucose courants ( polysaccharides ). Certains de ces polymères (amidon ou glycogène) servent de réserves d'énergie, tandis que d'autres (cellulose et chitine , qui est fabriquée à partir d'un dérivé du glucose) ont des rôles structurels. Les oligosaccharides de glucose combinés à d'autres sucres constituent d'importantes réserves d'énergie. Ceux-ci incluent le lactose , le sucre prédominant dans le lait, qui est un disaccharide glucose-galactose, et le saccharose , un autre disaccharide qui est composé de glucose et de fructose . Le glucose est également ajouté à certaines protéines et lipides dans un processus appelé glycosylation . Ceci est souvent critique pour leur fonctionnement. Les enzymes qui relient le glucose à d'autres molécules utilisent généralement du glucose phosphorylé pour alimenter la formation de la nouvelle liaison en la couplant à la rupture de la liaison glucose-phosphate.

Outre son utilisation directe en tant que monomère, le glucose peut être décomposé pour synthétiser une grande variété d'autres biomolécules. Ceci est important, car le glucose sert à la fois de réserve primaire d'énergie et de source de carbone organique. Le glucose peut être décomposé et converti en lipides . C'est également un précurseur pour la synthèse d'autres molécules importantes telles que la vitamine C (acide ascorbique). Dans les organismes vivants, le glucose est converti en plusieurs autres composés chimiques qui sont le matériau de départ de diverses voies métaboliques . Parmi eux, tous les autres monosaccharides tels que le fructose (via la voie des polyols ), le mannose (l'épimère du glucose en position 2), le galactose (l'épimère en position 4), le fucose, divers acides uroniques et les sucres aminés sont produits à partir du glucose. En plus de la phosphorylation en glucose-6-phosphate, qui fait partie de la glycolyse, le glucose peut être oxydé lors de sa dégradation en glucono-1,5-lactone . Le glucose est utilisé chez certaines bactéries comme élément constitutif de la biosynthèse du tréhalose ou du dextrane et chez les animaux comme élément constitutif du glycogène. Le glucose peut également être converti de la xylose isomérase bactérienne en fructose. De plus, les métabolites du glucose produisent tous les acides aminés non essentiels , les alcools de sucre tels que le mannitol et le sorbitol , les acides gras , le cholestérol et les acides nucléiques . Enfin, le glucose est utilisé comme élément constitutif de la glycosylation des protéines en glycoprotéines , glycolipides , peptidoglycanes , glycosides et autres substances (catalysées par les glycosyltransférases ) et peut en être clivé par les glycosidases .

Pathologie

Diabète

Le diabète est un trouble métabolique dans lequel le corps est incapable de réguler les niveaux de glucose dans le sang, soit en raison d'un manque d'insuline dans le corps, soit en raison de l'échec des cellules du corps à répondre correctement à l'insuline. Chacune de ces situations peut être causée par des élévations persistantes de la glycémie, par un épuisement pancréatique et une résistance à l'insuline . Le pancréas est l'organe responsable de la sécrétion des hormones insuline et glucagon. L'insuline est une hormone qui régule les niveaux de glucose, permettant aux cellules du corps d'absorber et d'utiliser le glucose. Sans lui, le glucose ne peut pas pénétrer dans la cellule et ne peut donc pas être utilisé comme carburant pour les fonctions de l'organisme. Si le pancréas est exposé à des élévations persistantes de la glycémie, les cellules productrices d'insuline du pancréas pourraient être endommagées, provoquant un manque d'insuline dans le corps. La résistance à l'insuline se produit lorsque le pancréas essaie de produire de plus en plus d'insuline en réponse à des taux de glucose sanguin constamment élevés. Finalement, le reste du corps devient résistant à l'insuline produite par le pancréas, nécessitant ainsi plus d'insuline pour obtenir le même effet hypoglycémiant et forçant le pancréas à produire encore plus d'insuline pour rivaliser avec la résistance. Cette spirale négative contribue à l'épuisement pancréatique et à la progression de la maladie du diabète.

Pour surveiller la réponse du corps à la thérapie hypoglycémiante, les niveaux de glucose peuvent être mesurés. La surveillance de la glycémie peut être effectuée par plusieurs méthodes, telles que le test de glycémie à jeun qui mesure le taux de glucose dans le sang après 8 heures de jeûne. Un autre test est le test de tolérance au glucose (GTT) de 2 heures - pour ce test, la personne subit un test de glycémie à jeun, puis boit une boisson au glucose de 75 grammes et est à nouveau testée. Ce test mesure la capacité du corps de la personne à traiter le glucose. Au fil du temps, la glycémie devrait diminuer car l'insuline lui permet d'être absorbée par les cellules et de sortir de la circulation sanguine.

Gestion de l'hypoglycémie

Glucose, 5% solution pour perfusion

Les personnes atteintes de diabète ou d'autres conditions qui entraînent une hypoglycémie transportent souvent de petites quantités de sucre sous diverses formes. Un sucre couramment utilisé est le glucose, souvent sous forme de comprimés de glucose (glucose pressé en forme de comprimé parfois avec un ou plusieurs autres ingrédients comme liant), des bonbons durs ou des sachets de sucre .

Sources

Comprimés de glucose

La plupart des glucides alimentaires contiennent du glucose, soit comme seul élément constitutif (comme dans les polysaccharides amidon et glycogène ), soit avec un autre monosaccharide (comme dans les hétéro-polysaccharides saccharose et lactose ). Le glucose non lié est l'un des principaux ingrédients du miel .

Teneur en sucre de certains aliments végétaux courants (en grammes pour 100 g)
alimentaire
article
Glucides
totaux, y compris
les fibres alimentaires

Sucres totaux

Fructose libre

Glycémie libre
Saccharose Rapport
fructose/
glucose
Saccharose en
proportion des
sucres totaux (%)
Des fruits
Pomme 13,8 10.4 5.9 2.4 2.1 2.0 19,9
Abricot 11.1 9.2 0,9 2.4 5.9 0,7 63,5
Banane 22,8 12.2 4.9 5.0 2.4 1,0 20,0
Figue , séchée 63,9 47,9 22,9 24,8 0,9 0,93 0,15
Raisins 18.1 15,5 8.1 7.2 0,2 1.1 1
Orange nombril 12,5 8.5 2,25 2.0 4.3 1.1 50,4
Pêche 9.5 8.4 1.5 2.0 4.8 0,9 56,7
Poire 15,5 9.8 6.2 2.8 0,8 2.1 8.0
Ananas 13.1 9,9 2.1 1.7 6.0 1.1 60,8
Prune 11.4 9,9 3.1 5.1 1.6 0,66 16.2
Des légumes
Betterave , rouge 9.6 6.8 0,1 0,1 6.5 1,0 96,2
Carotte 9.6 4.7 0,6 0,6 3.6 1,0 77
Poivron rouge , doux 6.0 4.2 2.3 1.9 0.0 1.2 0.0
Oignon , doux 7.6 5.0 2.0 2.3 0,7 0,9 14.3
Patate douce 20.1 4.2 0,7 1,0 2.5 0,9 60,3
patate douce 27,9 0,5 Traces Traces Traces N / A Traces
Canne à sucre 13-18 0,2–1,0 0,2–1,0 11-16 1,0 haute
Betterave à sucre 17–18 0,1–0,5 0,1–0,5 16-17 1,0 haute
Céréales
Maïs , doux 19,0 6.2 1.9 3.4 0,9 0,61 15,0

^A La valeur en glucides est calculée dans la base de données USDA et ne correspond pas toujours à la somme des sucres, de l'amidon et des "fibres alimentaires".

Fabrication commerciale

Le glucose est produit industriellement à partir de l'amidon par hydrolyse enzymatique à l' aide de glucose amylase ou par l'utilisation d' acides . L'hydrolyse enzymatique a largement remplacé l'hydrolyse catalysée par un acide. Le résultat est un sirop de glucose (enzymatiquement avec plus de 90 % de glucose dans la matière sèche) avec un volume de production mondial annuel de 20 millions de tonnes (en 2011). C'est la raison de l'ancien nom commun "sucre d'amidon". Les amylases proviennent le plus souvent de Bacillus licheniformis ou Bacillus subtilis (souche MN-385), qui sont plus thermostables que les enzymes initialement utilisées. À partir de 1982, les pullulanases d' Aspergillus niger ont été utilisées dans la production de sirop de glucose pour convertir l'amylopectine en amidon (amylose), augmentant ainsi le rendement en glucose. La réaction est effectuée à un pH = 4,6–5,2 et une température de 55–60 °C. Le sirop de maïs contient entre 20% et 95% de glucose dans la matière sèche. La forme japonaise du sirop de glucose, Mizuame , est fabriquée à partir d' amidon de patate douce ou de riz . La maltodextrine contient environ 20 % de glucose.

De nombreuses cultures peuvent être utilisées comme source d'amidon. Le maïs , le riz, le blé , le manioc , la pomme de terre , l' orge , la patate douce, la cosse de maïs et le sagou sont tous utilisés dans diverses parties du monde. Aux États-Unis , l'amidon de maïs (issu du maïs) est utilisé presque exclusivement. Une partie du glucose commercial est un composant du sucre inverti , un mélange à peu près 1:1 de glucose et de fructose produit à partir de saccharose. En principe, la cellulose pourrait être hydrolysée en glucose, mais ce procédé n'est pas encore commercialement pratique.

Conversion en fructose

Aux USA presque exclusivement le maïs (plus précisément : le sirop de maïs) est utilisé comme source de glucose pour la production d' isoglucose , qui est un mélange de glucose et de fructose, puisque le fructose a un pouvoir sucrant plus élevé — avec le même pouvoir calorifique physiologique de 374 kilocalories par 100g. La production mondiale annuelle d'isoglucose est de 8 millions de tonnes (en 2011). Lorsqu'il est fabriqué à partir de sirop de maïs, le produit final est du sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS).

Utilisation commerciale

Douceur relative de divers sucres par rapport au saccharose

Le glucose est principalement utilisé pour la production de fructose et dans la production d'aliments contenant du glucose. Dans les aliments, il est utilisé comme édulcorant, humectant , pour augmenter le volume et créer une sensation en bouche plus douce . Diverses sources de glucose, comme le jus de raisin (pour le vin) ou le malt (pour la bière), sont utilisées pour la fermentation en éthanol lors de la production de boissons alcoolisées . La plupart des boissons gazeuses aux États-Unis utilisent du HFCS-55 (avec une teneur en fructose de 55% dans la masse sèche), tandis que la plupart des autres aliments sucrés au HFCS aux États-Unis utilisent du HFCS-42 (avec une teneur en fructose de 42% dans la masse sèche ). Dans le pays voisin le Mexique, en revanche, le sucre de canne est utilisé dans la boisson gazeuse comme édulcorant, qui a un pouvoir sucrant plus élevé. En outre, le sirop de glucose est utilisé, entre autres, dans la fabrication de confiseries telles que les bonbons , le caramel et le fondant . Les réactions chimiques typiques du glucose lorsqu'il est chauffé dans des conditions exemptes d'eau sont la caramélisation et, en présence d'acides aminés, la réaction de Maillard .

De plus, divers acides organiques peuvent être produits biotechnologiquement à partir du glucose, par exemple par fermentation avec Clostridium thermoaceticum pour produire de l'acide acétique , avec Penicillium notatum pour la production d' acide araboascorbique , avec Rhizopus delemar pour la production d' acide fumarique , avec Aspergillus niger pour le production d' acide gluconique , avec Candida brumptii pour produire de l' acide isocitrique , avec Aspergillus terreus pour la production d ' acide itaconique , avec Pseudomonas fluorescens pour la production d' acide 2-cétogluconique , avec Gluconobacter suboxydans pour la production d' acide 5-cétogluconique , avec Aspergillus oryzae pour la production d' acide kojique , avec Lactobacillus delbrueckii pour la production d' acide lactique , avec Lactobacillus brevis pour la production d' acide malique , avec Propionibacter shermanii pour la production d' acide propionique , avec Pseudomonas aeruginosa pour la production d' acide pyruvique et avec Gluconobacter suboxydans pour la production de tartrique acide . Des produits naturels bioactifs puissants comme le triptolide qui inhibent la transcription des mammifères via l'inhibition de la sous-unité XPB du facteur de transcription général TFIIH ont été récemment rapportés comme conjugués de glucose pour cibler les cellules cancéreuses hypoxiques avec une expression accrue du transporteur de glucose.

Une analyse

Plus précisément, quand une molécule de glucose doit être détectée à une certaine position dans une molécule plus grande, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire , cristallographie aux rayons X d' analyse ou la lectine immunocoloration est effectuée avec la concanavaline A conjugué enzyme rapporteur (qui se lie au glucose seul ou mannose).

Réactions de détection qualitatives classiques

Ces réactions n'ont qu'une signification historique :

test de Fehling

Le test de Fehling est une méthode classique de détection des aldoses. En raison de la mutarotation, le glucose est toujours présent dans une faible mesure sous forme d'aldéhyde à chaîne ouverte. En ajoutant les réactifs de Fehling (solution de Fehling (I) et solution de Fehling (II)), le groupe aldéhyde est oxydé en acide carboxylique , tandis que le complexe tartrate de Cu 2+ est réduit en Cu + et forme un précipité rouge brique (Cu 2 O).

Test de péage

Dans le test de Tollens , après addition d' AgNO 3 ammoniacal à la solution échantillon, Ag + est réduit par le glucose en argent élémentaire .

Test de Barfoed

Dans le test de Barfoed , une solution d' acétate de cuivre dissous , d'acétate de sodium et d'acide acétique est ajoutée à la solution du sucre à tester et ensuite chauffée au bain-marie pendant quelques minutes. Le glucose et d'autres monosaccharides produisent rapidement une couleur rougeâtre et un oxyde de cuivre(I) brun rougeâtre (Cu 2 O).

Le test de Nylander

En tant que sucre réducteur, le glucose réagit dans le test de Nylander .

D'autres épreuves

Lors du chauffage d'une solution d'hydroxyde de potassium diluée avec du glucose à 100 °C, un brunissement rougeâtre prononcé et une odeur de caramel se développent. L' acide sulfurique concentré dissout le glucose sec sans noircissement à température ambiante en formant de l'acide sulfurique sucré. Dans une solution de levure, la fermentation alcoolique produit du dioxyde de carbone dans le rapport de 2,0454 molécules de glucose pour une molécule de CO 2 . Le glucose forme une masse noire avec le chlorure stanneux . Dans une solution d'argent ammoniacal, le glucose (ainsi que le lactose et la dextrine) conduit au dépôt d'argent. Dans une solution d' acétate de plomb ammoniacal , du glycoside de plomb blanc se forme en présence de glucose, qui devient moins soluble à la cuisson et brunit. Dans une solution de cuivre ammoniacal, de l'oxyde de cuivre jaune hydraté se forme avec le glucose à température ambiante, tandis que de l'oxyde de cuivre rouge se forme lors de l'ébullition (idem avec la dextrine, sauf avec une solution ammoniacale d'acétate de cuivre ). Avec le réactif de Hager , le glucose forme de l'oxyde de mercure lors de l'ébullition. Une solution alcaline de bismuth est utilisée pour précipiter le bismuth élémentaire brun noir avec du glucose. Le glucose bouilli dans une solution de molybdate d'ammonium rend la solution bleue. Une solution avec du carmin d'indigo et du carbonate de sodium se décolore lorsqu'elle est bouillie avec du glucose.

Quantification instrumentale

Réfractométrie et polarimétrie

Dans les solutions concentrées de glucose avec une faible proportion d'autres glucides, sa concentration peut être déterminée avec un polarimètre. Pour les mélanges de sucres, la concentration peut être déterminée avec un réfractomètre , par exemple dans la détermination Oechsle au cours de la production de vin.

Méthodes enzymatiques photométriques en solution

L'enzyme glucose oxydase (GOx) convertit le glucose en acide gluconique et en peroxyde d'hydrogène tout en consommant de l'oxygène. Une autre enzyme, la peroxydase, catalyse une réaction chromogène (réaction de Trinder) du phénol avec la 4-aminoantipyrine en un colorant violet.

Méthode photométrique de la bandelette réactive

La méthode de la bandelette réactive utilise la conversion enzymatique mentionnée ci-dessus du glucose en acide gluconique pour former du peroxyde d'hydrogène. Les réactifs sont immobilisés sur une matrice polymère, appelée bandelette réactive, qui prend une couleur plus ou moins intense. Cela peut être mesuré par réflectométrie à 510 nm à l'aide d'un photomètre portable à LED. Cela permet une détermination de routine de la glycémie par des profanes. En plus de la réaction du phénol avec la 4-aminoantipyrine, de nouvelles réactions chromogènes ont été développées qui permettent la photométrie à des longueurs d'onde plus élevées (550 nm, 750 nm).

Capteur de glucose ampérométrique

L'électroanalyse du glucose est également basée sur la réaction enzymatique mentionnée ci-dessus. Le peroxyde d'hydrogène produit peut être quantifié ampérométriquement par oxydation anodique à un potentiel de 600 mV. Le GOx est immobilisé sur la surface de l'électrode ou dans une membrane placée à proximité de l'électrode. Des métaux précieux tels que le platine ou l'or sont utilisés dans les électrodes, ainsi que les électrodes en nanotubes de carbone, qui sont par exemple dopées au bore. Les nanofils Cu-CuO sont également utilisés comme électrodes ampérométriques sans enzyme. De cette façon, une limite de détection de 50 µmol/L a été atteinte. Une méthode particulièrement prometteuse est ce qu'on appelle le "câblage enzymatique". Dans ce cas, l'électron circulant lors de l'oxydation est transféré directement de l'enzyme via un fil moléculaire vers l'électrode.

Autres méthodes sensorielles

Il existe une variété d'autres capteurs chimiques pour mesurer le glucose. Compte tenu de l'importance de l'analyse du glucose dans les sciences de la vie, de nombreuses sondes optiques ont également été développées pour les saccharides basées sur l'utilisation d'acides boroniques, qui sont particulièrement utiles pour les applications sensorielles intracellulaires où d'autres méthodes (optiques) ne sont pas ou seulement conditionnellement utilisables. En plus des dérivés organiques de l'acide boronique, qui se lient souvent de manière très spécifique aux groupes 1,2-diol des sucres, il existe également d'autres concepts de sonde classés par des mécanismes fonctionnels qui utilisent des protéines sélectives de liaison au glucose (par exemple la concanavaline A) comme récepteur . En outre, des méthodes ont été développées qui détectent indirectement la concentration de glucose via la concentration de produits métabolisés, par exemple par la consommation d'oxygène à l'aide de capteurs optiques à fluorescence. Enfin, il existe des concepts basés sur des enzymes qui utilisent l'absorbance ou la fluorescence intrinsèque des enzymes (marquées par fluorescence) comme rapporteurs.

Iodométrie cuivre

Le glucose peut être quantifié par iodométrie au cuivre.

Méthodes chromatographiques

En particulier, pour l'analyse de mélanges complexes contenant du glucose, par exemple dans le miel, des méthodes chromatographiques telles que la chromatographie liquide à haute performance et la chromatographie en phase gazeuse sont souvent utilisées en combinaison avec la spectrométrie de masse . Compte tenu des rapports isotopiques, il est également possible de détecter de manière fiable l'adultération du miel par les sucres ajoutés avec ces méthodes. La dérivatisation à l'aide de réactifs de silylation est couramment utilisée. De plus, les proportions de di- et de trisaccharides peuvent être quantifiées.

Analyse in vivo

L'absorption du glucose dans les cellules des organismes est mesurée avec du 2-désoxy-D-glucose ou du fluorodésoxyglucose . Le ( 18 F)fluorodésoxyglucose est utilisé comme traceur en tomographie par émission de positons en oncologie et en neurologie, où il est de loin l'agent diagnostique le plus couramment utilisé.

Les références

Liens externes