Résumé du chapitre
3.1 Synthèse des macromolécules biologiques
Les protéines, les glucides, les acides nucléiques et les lipides constituent les quatre grandes catégories de macromolécules biologiques, c’est-à-dire de grosses molécules nécessaires à la vie et construites à partir de molécules organiques plus petites. Les macromolécules sont constituées d’unités simples que les scientifiques appellent monomères et qui sont reliées par des liaisons covalentes pour former des polymères plus grands. Le polymère est plus que la somme de ses parties : il acquiert de nouvelles caractéristiques et conduit à une pression osmotique bien inférieure à celle formée par ses ingrédients. Il s’agit d’un avantage important pour le maintien des conditions osmotiques cellulaires. Un monomère s’unit à un autre monomère en libérant des molécules d’eau, ce qui entraîne la formation d’une liaison covalente. Les scientifiques appellent cela des réactions de déshydratation ou de condensation. Lorsque les polymères se décomposent en unités plus petites (monomères), ils utilisent une molécule d’eau pour chaque liaison rompue par ces réactions. Ces réactions sont des réactions d’hydrolyse. Les réactions de déshydratation et d’hydrolyse sont similaires pour toutes les macromolécules, mais chaque réaction de monomère et de polymère est spécifique à sa classe. Les réactions de déshydratation nécessitent généralement un investissement d’énergie pour la formation de nouvelles liaisons, tandis que les réactions d’hydrolyse libèrent généralement de l’énergie en rompant des liaisons.
3.2 Glucides
Les glucides sont un groupe de macromolécules qui constituent une source d’énergie vitale pour la cellule et fournissent un support structurel aux cellules végétales, aux champignons et à tous les arthropodes, dont les homards, les crabes, les crevettes, les insectes et les araignées. Les scientifiques classent les glucides en monosaccharides, disaccharides et polysaccharides en fonction du nombre de monomères dans la molécule. Les monosaccharides sont liés par des liaisons glycosidiques qui se forment à la suite de réactions de déshydratation, formant des disaccharides et des polysaccharides avec élimination d’une molécule d’eau pour chaque liaison formée. Le glucose, le galactose et le fructose sont des monosaccharides courants, tandis que les disaccharides courants sont le lactose, le maltose et le saccharose. L’amidon et le glycogène, exemples de polysaccharides, sont les formes de stockage du glucose chez les plantes et les animaux, respectivement. Les longues chaînes de polysaccharides peuvent être ramifiées ou non. La cellulose est un exemple de polysaccharide non ramifié, tandis que l’amylopectine, un constituant de l’amidon, est une molécule hautement ramifiée. Le stockage du glucose, sous forme de polymères tels que l’amidon ou le glycogène, le rend légèrement moins accessible au métabolisme ; cependant, cela l’empêche de s’échapper de la cellule ou de créer une pression osmotique élevée qui pourrait amener la cellule à absorber une quantité excessive d’eau.
3.3 Lipides
Les lipides sont une classe de macromolécules non polaires et hydrophobes par nature. Les principaux types sont les graisses et les huiles, les cires, les phospholipides et les stéroïdes. Les graisses sont une forme d’énergie stockée et sont également connues sous le nom de triacylglycérols ou triglycérides. Les graisses sont composées d’acides gras et de glycérol ou de sphingosine. Les acides gras peuvent être insaturés ou saturés, en fonction de la présence ou de l’absence de doubles liaisons dans la chaîne d’hydrocarbures. S’il n’y a que des liaisons simples, il s’agit d’acides gras saturés. Les acides gras insaturés peuvent avoir une ou plusieurs doubles liaisons dans la chaîne d’hydrocarbures. Les phospholipides constituent la matrice de la membrane. Ils ont un squelette de glycérol ou de sphingosine auquel sont attachées deux chaînes d’acides gras et un groupe contenant du phosphate. Les stéroïdes constituent une autre classe de lipides. Leur structure de base comporte quatre anneaux de carbone fusionnés. Le cholestérol est un type de stéroïde et un constituant important de la membrane plasmique, où il contribue à maintenir la nature fluide de la membrane. C’est également le précurseur des hormones stéroïdiennes telles que la testostérone.
3.4 Protéines
Les protéines sont une classe de macromolécules qui remplissent diverses fonctions pour la cellule. Ils contribuent au métabolisme en agissant en tant qu’enzymes, transporteurs ou hormones, et fournissent un soutien structurel. Les éléments constitutifs des protéines (monomères) sont les acides aminés. Chaque acide aminé possède un carbone central qui se lie à un groupe amino, un groupe carboxyle, un atome d’hydrogène et un groupe R ou une chaîne latérale. Il existe 20 acides aminés courants, dont chacun diffère par le groupe R. Une liaison peptidique relie chaque acide aminé à ses voisins. Une longue chaîne d’acides aminés est un polypeptide.
Les protéines sont organisées à quatre niveaux : primaire, secondaire, tertiaire et (facultatif) quaternaire. La structure primaire est la séquence unique des acides aminés. Le repliement local du polypeptide pour former des structures telles que l’hélice α et le feuillet β plissé constitue la structure secondaire. La structure tridimensionnelle globale est la structure tertiaire. Lorsque deux polypeptides ou plus se combinent pour former la structure complète de la protéine, la configuration est la structure quaternaire de la protéine. La forme et la fonction des protéines sont intimement liées. Tout changement de forme causé par des variations de température ou de pH peut entraîner la dénaturation des protéines et une perte de fonction.
3.5 Acides nucléiques
Les acides nucléiques sont des molécules composées de nucléotides qui dirigent les activités cellulaires telles que la division cellulaire et la synthèse des protéines. Chaque nucléotide est composé d’un sucre pentose, d’une base azotée et d’un groupe phosphate. Il existe deux types d’acides nucléiques : ADN et ARN. L’ADN porte le plan génétique de la cellule et le transmet des parents à la progéniture (sous forme de chromosomes). Il présente une structure en double hélice, les deux brins étant orientés dans des directions opposées, reliées par des liaisons hydrogène et complémentaires l’un de l’autre. L’ARN est un polymère simple brin composé de nucléotides liés entre eux et constitués d’un sucre pentose (ribose), d’une base azotée et d’un groupe phosphate. L’ARN est impliqué dans la synthèse des protéines et sa régulation. L’ARN messager (ARNm) se copie à partir de l’ADN, s’exporte du noyau vers le cytoplasme et contient les informations nécessaires à la construction des protéines. L’ARN ribosomal (ARNr) fait partie des ribosomes sur le site de la synthèse des protéines, tandis que l’ARN de transfert (ARNt) transporte l’acide aminé sur le site de la synthèse des protéines. Le microARN régule l’utilisation de l’ARNm pour la synthèse des protéines.
