vignette|150px|Par exemple, le glucose est un glucide à six carbones, cinq groupes hydroxyle et un groupe aldéhyde. vignette|Les grains et céréales contiennent une grande quantité de glucides.
Les glucides sont définis par l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) comme une classe de composés organiques contenant un groupe carbonyle (aldéhyde ou cétone) et au moins deux groupes hydroxyle (-OH). On inclut dans cette classe les substances issues des monosaccharides par réduction du groupe carbonyle, par oxydation d'au moins un groupe à l'extrémité de la chaîne en acide carboxylique ou par remplacement d'un ou plusieurs groupes hydroxyle par un atome d'hydrogène, un groupe amino, un groupe thiol ou par tout atome similaire.
Les glucides ont été initialement (et fautivement) nommés hydrates de carbone (ou carbohydrates), car on avait observé que leur composition élémentaire pourrait correspondre à un modèle C(H2O). Toutefois, le chimiste allemand Emil Fischer, qui obtint le prix Nobel de chimie en 1902, a découvert que ces composés ne sont pas des hydrates [parce que ne s'y retrouve pas sous cette forme, avec un O et deux H qui lui sont liés, comme dans la molécule de glucose (ci-contre)], d'où un nécessaire changement de nom que n'ont pas encore complètement fait les anglophones, qui utilisent encore le terme « carbohydrates », ou les germanophones, qui parlent de « Kohlenhydrate ».
Ils se présentent généralement sous la forme de cristaux blancs, car ils n'absorbent pas les rayonnements du spectre UV, ni ceux du spectre visible.
Les glucides font partie, avec les protéines et les lipides, des constituants essentiels des êtres vivants et de leur nutrition, car ils sont un des principaux intermédiaires biologiques de stockage et de consommation d'énergie. Chez les organismes autotrophes, comme les plantes, les sucres sont convertis en amidon pour le stockage. Chez les organismes hétérotrophes, comme les animaux, ils sont stockés sous forme de glycogène puis utilisés comme source d'énergie dans les réactions métaboliques, leur oxydation lors de la digestion des glucides apportant environ selon l'étude dans la bombe calorimétrique.
Typologie Les glucides sont habituellement répartis entre oses (monosaccharides tels le glucose, le galactose ou le fructose) et osides, qui sont des polymères d'oses (oligosaccharides et polysaccharides). Les disaccharides (diholosides), tels le saccharose, le lactose ou le maltose font partie de cette dernière catégorie. Mais seuls les monosaccharides et les disaccharides ont un pouvoir sucrant. Les polysaccharides, comme l'amidon, sont insipides.
Les oses (sucres simples) sont des molécules simples, non hydrolysables, formant des cristaux incolores. Les aldoses sont les glucides possédant un groupe aldéhyde sur le premier carbone. Les cétoses sont les glucides possédant un groupe cétone sur le deuxième carbone. Les osides (sucres complexes), hydrolysables sont des polymères d'oses liés par une liaison osidique : les holosides sont des polymères exclusivement d'oses ; les oligoholosides ont un degré de polymérisation inférieur à 10, les polyholosides ont un degré de polymérisation supérieur à 10 ( amylose, amylopectine, cellulose, glycogène), les homopolyosides sont les glucides dont l'hydrolyse donne un seul type d'oses, les hétéropolyosides sont les glucides dont l'hydrolyse ne donne pas qu'un seul type d'oses ; les hétérosides sont des polymères d'oses et de molécule(s) non glucidique(s) (aglycone) : les O-hétérosides où un groupe alcool (-OH) de l'aglycone participe à la liaison osidique, les N-hétérosides où un groupe amine (-N=) de l'aglycone participe à la liaison osidique, les S''-hétérosides où un groupe thiol (-SH) de l'aglycone participe à la liaison osidique.
Structure, classification et nomenclature Oses simples Les oses possèdent tous un groupe carbonyle mais celui-ci peut apparaître sous une forme « équivalente » ayant le même degré d'oxydation comme un acétal ou un hémiacétal, spécialement dans les formes cycliques. Les oses possédant un groupe aldéhyde, masqué ou non, sont nommés « aldoses ». Pour un groupe cétone, ils sont appelés « cétoses ».
Ils sont caractérisés par leur nombre d'atomes de carbone, toujours supérieur à trois : les trioses possèdent 3 carbones : dihydroxyacétone, glycéraldéhyde ; les tétroses possèdent 4 carbones : érythrose, thréose, érythrulose ; les pentoses possèdent 5 carbones : ribose, arabinose, xylose, lyxose, ribulose, xylulose ; les hexoses possèdent 6 carbones : allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose, talose, psicose, fructose, sorbose, tagatose ; les heptoses possèdent 7 carbones : sédoheptulose ; les octoses possèdent 8 carbones : heptahydroxyoctanal.
Représentation Les oses sont présents sous forme acyclique et cyclique (cycle de cinq ou six atomes), lesquelles sont détaillées ci-dessous. centre|800x800px|Représentations du D-glucose
Représentation linéaire : modèle de Fischer vignette|250px|Figure 1 : représentation de Fischer des formes D et L du glucose. Les deux sont symétriques par rapport à un plan. Tous les oses possèdent un pouvoir rotatoire du fait de la présence d'un carbone asymétrique, les oses sont dits chiraux sauf la dihydroxyacétone.
Deux énantiomères (antipodes optiques) ont les mêmes propriétés à l'exception d'une seule : leur pouvoir rotatoire opposé. La figure 1 représente les deux énantiomères du glucose, la forme D-glucose est la forme naturelle. Il est à noter que dans la représentation de Fischer, par convention, le carbone le plus oxydé est placé en haut, ce qui permet de définir sans ambiguïté le sens gauche/droite des substituants de la chaîne carbonée. Dans la forme D, le groupe alcool (-OH) porté par le carbone n-1 est à droite (en représentation de Fischer). Dans la forme L, le groupe alcool porté par le carbone n-1 est à gauche (en représentation de Fischer). Il existe aussi des stéréoisomères qui sont des isomères optiques. Tous les énantiomères sont des stéréoisomères.
Cyclisation Pour les sucres, selon qu'un groupe hydroxyle attaque le carbonyle d'un côté ou de l'autre (voir figure), on forme un carbone (généralement) asymétrique appelé « centre anomère ». Le cycle est constitué par cinq (furanose) ou six (pyranose) atomes. Dans une représentation plane avec le groupe -CH2OH au-dessus du plan formé par le cycle, l'anomère est dit « α » si le groupe hydroxyle se trouve derrière le plan, ou « β » s'il se trouve au-dessus du plan. Si la configuration n'est pas connue, on utilise la lettre grecque ξ (xi).
400px|centre|Cyclisation d'une cétone ou d'un aldéhyde. Nu désigne un nucléophile.
Représentation cyclique : modèle de Haworth Quand on laisse du glucose préalablement cristallisé en solution dans de l'eau, le pouvoir rotatoire passe de +112° à +52,5°. Quand on laisse en solution dans l'eau du glucose préalablement cristallisé dans de l'acide acétique, le pouvoir rotatoire passe de +19° à +52,5°.
vignette|Structures du pyrane et du furane. Ceci s'explique par le fait que le glucose (linéaire) en solution aqueuse s'équilibre entre deux formes cycliques. Ceci est dû au fait que le groupe aldéhyde du glucose va réagir avec un des groupes alcool (celui du ). Le glucose devient cyclique, et il dérive du pyrane (ci-contre) d'où il tire le nom « glucopyranose ». Dans cette cyclisation, telle que décrite dans le paragraphe ci-dessus, le groupe alcool peut s'additionner sur le groupe aldéhyde d'un côté ou de l'autre, ce qui provoque l'apparition de deux composés : les et β.
650px|centre|Formation des glucopyranoses à partir du D-glucose
Dans le modèle de Haworth, on considère que le cycle est plan avec l'oxygène endocyclique vers le haut et le carbone anomère à sa droite : si le groupe hydroxyle sur le carbone anomère est en dessous du plan du cycle, il est dit α, sinon il est dit β.
En solution aqueuse, le glucose est en équilibre tautomère : 65 % sous forme β-D-glucopyranose, 0,1 % sous forme D-glucose (linéaire) et 35 % d'α-D-glucopyranose. La cyclisation des sucres permet d'avoir deux fois plus d'isomères.
Certains sucres ont cependant tendance à cycliser non pas sous la forme « pyranique » (cycle à six atomes) mais plutôt sous la forme « furanique » (cycle à cinq atomes). Parmi ces sucres, un des plus importants est le ribose qui, dans sa forme D-β, fait partie intégrante des acides nucléiques comme l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN).
450px|centre|Relation entre le bêta-D-ribose et l'adénine
Les oses se cyclisant sous forme furanique (furanose) sont : le ribose donnant du ribofuranose ; le 2-désoxyribose donnant du 2-désoxyribofuranose ; le fructose donnant du fructofuranose ; de manière générale, ce sont les cétohexoses et les aldopentoses.
Les oses se cyclisant sous forme pyranique (pyranose) sont : le glucose donnant du glucopyranose ; le galactose donnant du galactopyranose ; de manière générale, ce sont les aldohexoses.
Osides Les osides sont des polymères d'oses liés par une liaison osidique. Ils sont hydrolysables, et aussi appelés « glucides complexes ».
Terminologie et classification des osides Deux formes d'osides sont nommables. D'un côté, dans les oligosaccharides, on retrouve un nombre déterminé de monosaccharides (oses). Pour les nommer, on peut alors employer les termes : « disaccharides » ( saccharose), « trisaccharides » ( raffinose) D'un autre côté, les polysaccharides sont composés d'un nombre indéterminé de monosaccharides. Pour les nommer, on emploie le terme « polysaccharides » ( cellulose).
Formation de la liaison osidique Une liaison osidique est une liaison covalente, produit de la réaction entre le groupe alcool hémiacétalique (-OH formé par le carbone anomère) et une autre molécule (glucidique ou non).
Diholosides Les diholosides ou disaccharides ou encore diosides sont des sucres composés de deux molécules d'ose (dimère).
Non-réducteurs On dit qu'un diholoside est « non réducteur » si le carbone portant le OH hémiacétalique est engagé dans une liaison (le groupe hémiacétalique n'est pas libre). Autrement dit, la liaison finale est du type « oside ». Saccharose, aussi appelé « sucrose ». C'est un diholoside non réducteur, son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→2)β-D-fructofuranoside ».
Il est scindé en deux molécules : le D-glucopyranose et le D-fructofuranose par l'invertase qui est une α-glycosidase, c'est-à-dire une enzyme spécifique de cette liaison glycosidique.
Tréhalose. On le trouve dans les champignons, les bactéries ou encore dans l'hémolymphe des insectes. De nombreux organismes l'accumulent en réponse à un choc thermique. Son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→1)α-D-glucopyranoside ».
Il est scindé en deux molécules : deux molécules de D glucopyranose par l'invertine.
Réducteurs Lactose. C'est un diholoside réducteur car son groupe hémiacétalique est libre, c'est le glucide du lait, son nom systématique est le « β-D-galactopyranosyl(1→4)-D-glucopyranose ».
Il est hydrolysé en deux molécules : le D glucose et le D galactose par une β-galactosidase.
Maltose. C'est un diholoside homogène réducteur, son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→4)D-glucopyranose ».
Il provient de l'hydrolyse partielle de l'amidon. Il peut être à son tour hydrolysé par une α-glucosidase en deux molécules de D-glucose.
Cellobiose. C'est un diholoside homogène réducteur, son nom systématique est le « β-D-glucopyranosyl(1→4)D-glucopyranose ».
Il provient de l'hydrolyse partielle de la cellulose et est hydrolysé lui-même par une β-glucosidase.
Isomaltose. C'est un produit de dégradation de l'amidon et du glycogène. Son nom systématique est l'« α-D-glucopyranosyl(1→6)D-glucopyranose ».
Structure Un diholoside est constitué de deux oses liés par liaison osidique et peut être réducteur ou non. Exemples : maltose, saccharose, lactose, cellobiose.
Triholosides