3.1 Synthèse des macromolécules biologiques
Objectifs d’apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de faire ce qui suit :
- Comprendre la synthèse des macromolécules
- Expliquer les réactions de déshydratation (ou de condensation) et d’hydrolyse
Comme vous l’avez appris, les macromolécules biologiques sont de grosses molécules, nécessaires à la vie, qui sont construites à partir de molécules organiques plus petites. Il existe quatre grandes classes de macromolécules biologiques (glucides, lipides, protéines et acides nucléiques). Chacun d’entre eux est un composant cellulaire important et remplit un large éventail de fonctions. Combinées, ces molécules constituent la majorité de la masse sèche d’une cellule (rappelons que l’eau constitue la majorité de sa masse complète). Les macromolécules biologiques sont organiques, c’est-à-dire qu’elles contiennent du carbone. En outre, ils peuvent contenir de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote et d’autres éléments mineurs.
Synthèse par déshydratation
La plupart des macromolécules sont constituées de sous-unités uniques, ou blocs de construction, appelés monomères. Les monomères se combinent entre eux par des liaisons covalentes pour former des molécules plus grandes appelées polymères. Ce faisant, les monomères libèrent des molécules d’eau en tant que sous-produits. Ce type de réaction est une synthèse par déshydratation, ce qui signifie « assembler en perdant de l’eau ».
Dans une réaction de synthèse par déshydratation (Figure 3.2) l’hydrogène d’un monomère se combine avec le groupe hydroxyle d’un autre monomère, libérant une molécule d’eau. En même temps, les monomères partagent des électrons et forment des liaisons covalentes. Au fur et à mesure que d’autres monomères s’y ajoutent, cette chaîne de monomères répétitifs forme un polymère. Différents types de monomères peuvent se combiner dans de nombreuses configurations, donnant naissance à un groupe varié de macromolécules. Un même type de monomère peut se combiner de différentes manières pour former plusieurs polymères différents. Par exemple, les monomères de glucose sont les constituants de l’amidon, du glycogène et de la cellulose.
Hydrolyse
Les polymères se décomposent en monomères lors de l’hydrolyse. Une réaction chimique se produit lorsqu’une molécule d’eau est insérée le long de la liaison. La rupture d’une liaison covalente avec cette molécule d’eau dans le composé permet d’atteindre cet objectif (Figure 3.3). Au cours de ces réactions, le polymère se divise en deux composants : une partie gagne un atome d’hydrogène (H+) et l’autre gagne une molécule d’hydroxyle (OH–) à partir d’une molécule d’eau divisée.
Les réactions de déshydratation et d’hydrolyse sont catalysées, ou « accélérées », par des enzymes spécifiques ; les réactions de déshydratation impliquent la formation de nouvelles liaisons, ce qui nécessite de l’énergie, tandis que les réactions d’hydrolyse rompent des liaisons et libèrent de l’énergie. Ces réactions sont similaires pour la plupart des macromolécules, mais chaque réaction de monomère et de polymère est spécifique à sa classe. Par exemple, les enzymes catalytiques du système digestif hydrolysent ou décomposent les aliments que nous ingérons en molécules plus petites. Cela permet aux cellules de notre corps d’absorber facilement les nutriments dans l’intestin. Une enzyme spécifique décompose chaque macromolécule. Par exemple, l’amylase, la sucrase, la lactase ou la maltase décomposent les hydrates de carbone. Des enzymes appelées protéases, tel que la pepsine et la peptidase, et l’acide chlorhydrique décomposent les protéines. Les lipases décomposent les lipides. Ces macromolécules décomposées fournissent l’énergie nécessaire aux activités cellulaires.
