Glucides
Dérivés des oses : osamines et acides sialiques

On trouve plusieurs catégories de dérivés d'oses :

• les désoxyriboses,
• les acides uroniques,
• les osamines,
• les acides sialiques…

Osamines

Les osamines (amino sugar en anglais) dérivent des oses par le remplacement d'un groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$) par un groupe amine ($\ce{-NH2}$).

Les osamines sont en réalité des 2-amino-2-désoxyoses.

Vue d'ensemble

1. Les hexosamines, i.e. 2-amino-2-désoxyhexoses, sont les plus courantes et sont retrouvées sous forme combinée dans :

• dans de nombreux polysaccharides,
• dans les glycoprotéines,
• les protéoglycanes.

2. Le plus souvent, le groupement amine est N-acétylé $\ce{-HN-C(=O)-CH3}$) pour former des N-acétyl-hexosamines.

• Les fonctions alcool ($\ce{R-OH}$) en 4 et 6 peuvent être estérifiées, i.e. remplacées par un groupe alcoxyle ($\ce{-O-R'}$).
• La fonction amine peut être acidifiée par l'acide sulfurique ($\ce{H2SO4}$), i.e. ($\ce{HN-SO2OH}$).

Principales hexosamines

1. La D-glucosamine (2-amino-2-désoxy-D-glucose) est le plus souvent rencontrée sous forme N-acétylée, i.e. la N-acétyl-D-glucosamine (GlcNAc).

a. La principale source de D-glucosamine est la chitine, polysaccharide de la carapace des arthropodes et crustacés, d'où le nom de chitosamine.

b. Elle est également un constituant de :

• nombreux oligosaccharides (lait de femme),
• polyosides bactériens,
• glycoprotéines et
• glycosaminoglycuronoglycanes du tissu conjonctif (acide hyaluronique).

c. Sous forme N-sulfatée, elle entre dans la composition de l'héparine.

2. La D-galactosamine (2-amino-2-désoxy-D-galactose) est sous forme N-acétylée, i.e. la N-acétyl-D-galactosamine (GalNAc).

On la trouve dans :

• la chondroïtine sulfate, d'où son nom antérieur de chondrosamine,
• les oligosaccharides,
• les glycoprotéines, par exemple les groupes sanguins.

3. La D-mannosamine (2-amino-2-désoxy-D-mannose) est retrouvée dans les acides sialiques sous forme N-acétylée, i.e. la N-acétyl-D-mannosamide (ManNac).

Acides sialiques

Les acides sialiques, comptant plus de 50 dérivés de l'acide neuraminique, font partie intégrante de nombreuses glycoprotéines, des glycosphingolipides comme les gangliosides.

Structure des acides sialiques

1. L'acide neuraminique peut être considéré comme un cétose à neuf atomes de carbone résultant de la condensation :

• 

  d'une molécule d'acide pyruvique (C1 à 3),
• d'une molécule de D-mannosamine (C4 à 9).

2. Les différents groupes fonctionnels de la molécule confèrent à l'acide neuraminique et aux acides sialiques un certain nombre de propriétés.

a. Les acides sialiques (C1) sont des acides forts (pKa = 2,6) comme les glycoprotéines qui les contiennent, i.e. :

• leur charge est négative,
• ils sont hydrophiles.

b. La fonction cétone ($\ce{-C=O}$), en C2, leur confère un caractère réducteur et permet la formation d'hémiacétal en C6.

• Les acides sialiques peuvent être combinés sous forme osidique, i.e. glycoprotéines, et oligosaccharides.

• 

  Cette liaison glycosidique est fragile et est hydrolysée spécifiquement par les neuraminidases.

c. La fonction amine ($\ce{-NH2}$), en C5, est le plus souvent O-acylée ($\ce{R-C(=O)-}$) dans les composés naturels (Sialic acid O-acetylation: From biosynthesis to roles in health and disease 2021).

d. Les groupes hydroxyles ($\ce{-OH}$), en C4, C7, C8 et C9) sont souvent O-acétylés ($\ce{R-C(=O)-}$) en bleu sur la figure.

Différents acides sialiques

L'acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac ou NANA), provenant de la condensation de l'acide pyruvique et du N-acétyl-D-mannosamine (ManNac), le plus répandu, est aussi appelé acide sialique et est retrouvé :

• les oligosaccharides (neuraminyl lactose du lait de femme),
• les glycolipides,
• les glycoprotéines.

Sialylation et désialylation

1. L’acide sialique, en position terminale des N-glycanes ou des O-glycanes d’une glycoprotéine, est associé par une liaison osidique en position α2,3 ou α2,6 à un β-galactose (Sialylation et thrombopénies 2020).

a. Le transfert sur la chaîne glycosidique se fait par des sialyltransférases.

• Le cytosine 5′-monophosphate-acide N-acétylneuraminique (CMP-Neu5Ac) est transporté dans l’appareil de Golgi par le transporteur SLC35A1, où il est transféré sur les glycoconjugués par diverses sialyltransférases, i.e. notamment la ST3 β-galactoside α-2,3-sialyltransférase 4 (ST3GAL4), la ST3GAL1 et la ST6GAL1, en liant le carbone C2 de l’acide sialique avec les carbones C3 (ST3GAL4, ST3GAL1) et C6 (ST6GAL1) du β-galactose, formant ainsi des liaisons α2,3 et α2,6.
• Les sialoglycoconjugués formés sont soit transportés vers la membrane plasmique, soit stockés dans des vésicules/granules de stockage et de sécrétion.

b. L’élimination se fait par des sialidases ou neuraminidases (NEU), i.e. EC 3.2.1.18, au nombre de 4 (NEU1 à NEU4) chez l'homme, exposant le sucre sous-jacent, i.e. le β-galactose.

• NEU1, la sialidase lysosomale, initie la dégradation des sialoglycoconjugués.

L’acide sialique libéré est ensuite transféré dans le cytoplasme par un transporteur, SCL17A5, pour rejoindre un nouveau cycle de biosynthèse.

• NEU2, la sialidase cytosolique, et NEU3, la sialidase associée à la membrane plasmique, présentent une activité maximale avec les gangliosides.
• La sialidase NEU4, liée aux membranes mitochondriales externes, a une large spécificité de substrat, des glycoprotéines aux gangliosides et oligosaccharides.

2. La sialylation, i.e. ajout d'acide sialique, et la désialylation, i.e. retrait d'acide sialique, sont essentielles à de nombreux processus phyiologiques ou pathologiques comme dans :

• la formation d'athérome, i.e. un rapport acide sialique/apoB faible est un déterminant important pour cette formation,
• les fonctions de l'apoC-III, de l'apoA-I,
• la vie des plaquettes (Sialylation et thrombopénies 2020),
• …

Rôles des acides sialiques

Les rôles des acides sialiques sont très nombreux, i.e. ceux décrits sont loin d'être exhaustifs (Sialic acids in human health and disease 2008).

1. Par leur charge négative et leur hydrophilie, les acides sialiques ont des rôles structurels ou physiques dans :

• la plasticité neurale,
• la filtration glomérulaire,
• les sécrétions glandulaires, les membranes cellulaires et le plasma sanguin, car les acides sialiques sont des constituants des gangliosides et des glycolipides,
• le mucus ou les substances mucilagineuses à rôle protecteur et/ou fonctionnel, i.e. la protection des protéines des protéases,
• la répulsion de la charge des cellules sanguines ou des cellules cancéreuses métastatiques, i.e. sialoglycoprotéines liées à la sélectine qui chargent négativement les cellules, provoquant leur répulsion et leur entrée dans le torrent circulatoire (Biological Functions and Analytical Strategies of Sialic Acids in Tumor 2020),
• la reconnaissance de cellules apoptotiques par les macrophages.

2. Les acides sialiques servent de ligands aux récepteurs intrinsèques comme :

• les Siglecs (Sialic acid-binding immunoglobulin-type lectin) trouvées à la surface des cellules immunitaires, i.e. sous-ensemble des lectines de type I,
• le facteur H, i.e. régulateur de la famille de l'activation du complément.

Les interactions possibles entre les acides sialiques de la cellule hôte peuvent se faire avec des récepteurs intrinsèques exprimés sur la même cellule ou sur des cellules différentes.

3. Les acides sialiques servent de composants de sites de liaison pour divers agents pathogènes et toxines ( tableau).

Dans la plupart des cas, un récepteur extrinsèque, i.e. une protéine de liaison aux agents pathogènes, reconnaît certaines formes d'acides sialiques présentés dans des liaisons spécifiques à une chaîne de sucre sous-jacente définie.

Les pathogènes microbiens peuvent se parer d'acides sialiques, aidant à échapper à l'immunité de l'hôte, i.e. par mimétisme moléculaire ( tableau).

De nombreuses bactéries et virus peuvent aussi les métaboliser pour se nourrir.

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