Macromolécules : structure et fonctions

Synthèse des Macromolécules Biologiques

Les macromolécules sont des molécules de grande taille, essentielles à la vie. Il existe 4 classes principales :

• Glucides
• Lipides
• Protéines
• Acides nucléiques

Trois d'entre elles (glucides, protéines, acides nucléiques) sont des polymères, construits à partir d'unités répétées appelées monomères. Les réactions de condensation (spécifiquement de déshydratation) lient les monomères, tandis que les réactions d'hydrolyse les séparent.

I- Les Glucides (Hydrates de Carbone)

• Constitués d'oses (monomères).
• Possèdent un groupe carbonyle et plusieurs groupes hydroxyles.
• Leur nom finit souvent par -ose (ex: glucose, fructose, lactose).

A) Les Monosaccharides (Sucres Simples)

• Un seul ose (ex: glucose $C_6H_{12}O_6$).
• Classés en aldoses (carbonyle en bout de chaîne) ou cétoses (carbonyle dans la chaîne).
• Classés aussi par le nombre de carbones (3 à 7) : trioses (3C), pentoses (5C), hexoses (6C).
• En solution aqueuse, la plupart sont cycliques.
• Source principale d'énergie pour la respiration cellulaire.

B) Les Disaccharides

• Formés de deux monosaccharides liés par une liaison glucidique (par déshydratation).
• Exemple : le saccharose (sucre de table) = glucose + fructose.

C) Les Polysaccharides

• Contiennent des centaines à des milliers de monosaccharides unis par des liaisons glucidiques.
• Rôle de stockage :
  • Amidon (cellules végétales)
  • Glycogène (animaux) : polymère de glucose très ramifié.
• Rôle structural :
  • Cellulose (paroi des cellules végétales)
  • Chitine (exosquelette d'arthropodes, paroi des champignons)

II- Les Lipides

• Ne sont pas des polymères.
• Caractère fortement hydrophobe.
• Comprennent : les graisses, les phospholipides, les stéroïdes.

A) Les Graisses (Triglycérides)

• Composées d'un glycérol et de trois acides gras.
• Acides gras saturés : pas de double liaison.
• Acides gras insaturés : une ou plusieurs doubles liaisons.
• Graisses animales : majoritairement saturées (lard, beurre).
• Graisses végétales : plus d'acides gras insaturés (huiles).
• Fonctions : réserves d'énergie (1g de graisse = 2x l'énergie d'1g de polysaccharide), isolant mécanique, électrique et thermique.

B) Les Phospholipides

• Semblables aux triglycérides mais avec deux chaînes d'acides gras et un groupement phosphate lié au glycérol.
• Possèdent une tête hydrophile (groupement phosphate) et des queues hydrophobes (acides gras).
• Composant majeur de la membrane plasmique (bicouche lipidique).

C) Les Stéroïdes

• Caractérisés par un squelette de quatre cycles de carbone fusionnés.
• Tous dérivent du cholestérol.
• Cholestérol : contribue à la viscosité et souplesse des membranes, précurseur d'autres stéroïdes (notamment des hormones stéroïdiennes).

III- Les Protéines

• Polymères d'acides aminés (AA) liés dans un ordre précis et spécifique.
• Chaque acide aminé possède un groupe carboxyle, un groupe amino et un radical variable (chaîne latérale R).
• Il existe 20 acides aminés principaux.
• Les AA sont liés par des liaisons peptidiques (réaction de déshydratation).
• Une protéine (polypeptide) possède une structure 3D unique qui détermine sa fonction.
• La séquence en AA détermine la conformation spatiale de la protéine.

Niveaux d'Organisation Structurelle des Protéines

1. Structure primaire : La séquence linéaire des acides aminés.
2. Structure secondaire : Organisation locale due aux ponts hydrogène. Forme des hélices $\alpha$ ou des feuillets $\beta$.
3. Structure tertiaire : Repliement tridimensionnel de toute la chaîne polypeptidique, stabilisé par les interactions entre chaînes latérales (Van der Waals, ponts H, liaisons ioniques, liaisons covalentes, ponts disulfures).
4. Structure quaternaire : Association de plusieurs chaînes polypeptidiques (sous-unités) pour former une macromolécule fonctionnelle.

La fonctionnalité d'une protéine dépend du maintien de ces quatre niveaux structurels. Un changement d'un seul AA ou des conditions environnementales altérées (pH, température, concentration en sels) peut entraîner une dénaturation (perte de forme et donc de fonction), souvent irréversible.

Diverses Fonctions des Protéines

• Structure : collagène, kératine.
• Réserve : albumine.
• Transport : hémoglobine.
• Communication : hormones (certaines).
• Contraction : actine, myosine.
• Défense : immunoglobulines (anticorps).
• Métabolisme : enzymes (catalyseurs de réactions).

IV- Les Acides Nucléiques

• Polymères de nucléotides.
• Deux types principaux : ADN et ARN.

A) L'ADN (Acide Désoxyribonucléique)

• Matériel génétique héréditaire, contient l'information pour fabriquer les protéines.
• Sucre : désoxyribose.
• Bases azotées : Adénine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Thymine (T).
• Formé de deux brins spiralés (double hélice) reliés par des ponts hydrogène entre les bases.
• L'ordre spécifique des bases azotées ($A, C, G, T$) constitue le code génétique et détermine l'individualité.
• Les gènes sont des séquences spécifiques d'ADN qui encodent la fabrication des protéines.

B) L'ARN (Acide Ribonucléique)

• Polymère de nucléotides, généralement sous forme de simple brin.
• Sucre : ribose.
• Bases azotées : Adénine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Uracile (U) (remplace la Thymine de l'ADN).
• Différents types d'ARN avec des fonctions spécifiques :
  • ARNm (messager) : Transmet l'information génétique de l'ADN du noyau vers le cytoplasme pour la synthèse des protéines.
  • ARNr (ribosomique) : Constituant majeur des ribosomes, sites de synthèse des protéines.
  • ARNt (de transfert) : Lie un acide aminé spécifique et le transporte au ribosome pour l'incorporer dans la protéine en formation.