MACROMOLÉCULES: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, FONCTIONS ET EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Les macromolécules sont de grosses molécules - généralement plus de 1000 atomes - formées par l'union de monomères estructurares ou de blocs plus petits. Dans les êtres vivants, on retrouve quatre principaux types de macromolécules: les acides nucléiques, les lipides, les glucides et les protéines. Il en existe également d'autres d'origine synthétique, comme les plastiques.

Chaque type de macromolécule biologique est composé d'un monomère spécifique, à savoir: les acides nucléiques par les nucléotides, les glucides par les monosaccharides, les protéines par les acides aminés et les lipides par les hydrocarbures de longueur variable.

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En ce qui concerne leur fonction, les glucides et les lipides stockent de l'énergie pour que la cellule puisse effectuer ses réactions chimiques, et ils sont également utilisés comme composants structurels.

Les protéines ont également des fonctions structurelles, en plus d'être des molécules à catalyse et capacité de transport. Enfin, les acides nucléiques stockent des informations génétiques et participent à la synthèse des protéines.

Les macromolécules synthétiques suivent la même structure qu'une biologique: de nombreux monomères liés entre eux pour former un polymère. Le polyéthylène et le nylon en sont des exemples. Les polymères synthétiques sont largement utilisés dans l'industrie pour la fabrication de tissus, plastiques, isolants, etc.

caractéristiques

Taille

Comme son nom l'indique, l'une des caractéristiques distinctives des macromolécules est leur grande taille. Ils sont constitués d'au moins 1 000 atomes, liés par des liaisons covalentes. Dans ce type de liaison, les atomes impliqués dans la liaison partagent les électrons du dernier niveau.

Constitution

Un autre terme utilisé pour désigner les macromolécules est le polymère ("plusieurs parties"), qui sont constitués d'unités répétitives appelées monomères ("une partie"). Ce sont les unités structurelles des macromolécules et peuvent être identiques ou différentes les unes des autres, selon les cas.

Nous pourrions utiliser l'analogie du jeu pour enfants Lego. Chacune des pièces représente les monomères, et lorsque nous les joignons pour former différentes structures, nous obtenons le polymère.

Si les monomères sont les mêmes, le polymère est un homopolymère; et s'ils sont différents, ce sera un hétéropolymère.

Il existe également une nomenclature pour désigner le polymère en fonction de sa longueur. Si la molécule est composée de quelques sous-unités, elle est appelée oligomère. Par exemple, lorsque nous voulons faire référence à un petit acide nucléique, nous l'appelons un oligonucléotide.

Structure

Compte tenu de l'incroyable diversité des macromolécules, il est difficile d'établir une structure générale. Le «squelette» de ces molécules est constitué de leurs monomères correspondants (sucres, acides aminés, nucléotides, etc.), et elles peuvent être regroupées de manière linéaire, ramifiée, ou prendre des formes plus complexes.

Comme nous le verrons plus loin, les macromolécules peuvent être d'origine biologique ou synthétique. Les premiers ont une infinité de fonctions chez les êtres vivants, et les seconds sont largement utilisés par la société - comme les plastiques, par exemple.

Macromolécules biologiques: fonctions, structure et exemples

Chez les êtres organiques, nous trouvons quatre types de base de macromolécules, qui remplissent un nombre immense de fonctions, permettant le développement et la subsistance de la vie. Ce sont des protéines, des glucides, des lipides et des acides nucléiques. Nous décrirons ci-dessous ses caractéristiques les plus pertinentes.

Protéine

Les protéines sont des macromolécules dont les unités structurelles sont des acides aminés. Dans la nature, on trouve 20 types d'acides aminés.

Structure

Ces monomères sont composés d'un atome de carbone central (appelé carbone alpha) lié par des liaisons covalentes à quatre groupes différents: un atome d'hydrogène, un groupe amino (NH ₂), un groupe carboxyle (COOH) et un groupe R.

Les 20 types d'acides aminés ne diffèrent les uns des autres que par l'identité du groupe R. Ce groupe varie en termes de nature chimique, étant capable de trouver des acides aminés basiques, acides, neutres, avec des chaînes longues, courtes et aromatiques, entre autres.

Les résidus d'acides aminés sont maintenus ensemble par des liaisons peptidiques. La nature des acides aminés déterminera la nature et les caractéristiques de la protéine résultante.

La séquence linéaire d'acides aminés représente la structure primaire des protéines. Ceux-ci sont ensuite pliés et regroupés en différents modèles, formant les structures secondaires, tertiaires et quaternaires.

Fonction

Les protéines remplissent diverses fonctions. Certains servent de catalyseurs biologiques et sont appelés enzymes; certaines sont des protéines structurelles, telles que la kératine présente dans les cheveux, les ongles, etc. et d'autres remplissent des fonctions de transport, telles que l'hémoglobine dans nos globules rouges.

Acides nucléiques: ADN et ARN

Le deuxième type de polymère qui fait partie des êtres vivants sont les acides nucléiques. Dans ce cas, les unités structurales ne sont pas des acides aminés comme dans les protéines, mais des monomères appelés nucléotides.

Structure

Les nucléotides sont constitués d'un groupe phosphate, d'un sucre à cinq carbones (le composant central de la molécule) et d'une base azotée.

Il existe deux types de nucléotides: les ribonucléotides et les désoxyribonucléotides, qui varient en termes de sucre de noyau. Les premiers sont les composants structurels de l'acide ribonucléique ou de l'ARN, et les derniers sont ceux de l'acide désoxyribonucléique ou de l'ADN.

Dans les deux molécules, les nucléotides sont maintenus ensemble par une liaison phosphodiester - équivalente à la liaison peptidique qui maintient les protéines ensemble.

Les composants structurels de l'ADN et de l'ARN sont similaires et diffèrent dans leur structure, car l'ARN se trouve sous la forme d'une seule bande et l'ADN dans une double bande.

Fonction

L'ARN et l'ADN sont les deux types d'acides nucléiques que l'on trouve dans les êtres vivants. L'ARN est une molécule multifonctionnelle et dynamique qui apparaît dans diverses conformations structurales et participe à la synthèse des protéines et à la régulation de l'expression des gènes.

L'ADN est la macromolécule chargée de stocker toutes les informations génétiques d'un organisme, nécessaires à son développement. Toutes nos cellules (à l'exception des globules rouges matures) ont du matériel génétique stocké dans leur noyau, de manière très compacte et organisée.

Les glucides

Les glucides, également appelés glucides ou simplement sucres, sont des macromolécules constituées de blocs de construction appelés monosaccharides (littéralement «un sucre»).

Structure

La formule moléculaire des glucides est (CH ₂ O) _n. La valeur de n peut varier de 3, pour le sucre le plus simple, à des milliers pour les glucides les plus complexes, étant assez variable en termes de longueur.

Ces monomères ont la capacité de polymériser les uns avec les autres par une réaction impliquant deux groupes hydroxyle, ce qui entraîne la formation d'une liaison covalente appelée liaison glycosidique.

Cette liaison maintient les monomères glucidiques ensemble de la même manière que les liaisons peptidiques et les liaisons phosphodiester contiennent respectivement des protéines et des acides nucléiques.

Cependant, des liaisons peptidiques et phosphodiester se produisent dans des zones spécifiques de leurs monomères constitutifs, tandis que des liaisons glycosidiques peuvent être formées avec n'importe quel groupe hydroxyle.

Comme nous l'avons mentionné dans la section précédente, les petites macromolécules sont désignées par le préfixe oligo. Dans le cas des petits glucides, le terme oligosaccharides est utilisé, s'il ne s'agit que de deux monomères liés, il s'agit d'un disaccharide, et s'ils sont plus gros, de polysaccharides.

Fonction

Les sucres sont des macromolécules fondamentales pour la vie, car ils remplissent des fonctions énergétiques et structurelles. Celles-ci fournissent l'énergie chimique nécessaire pour conduire un nombre important de réactions à l'intérieur des cellules et sont utilisées comme «carburant» pour les êtres vivants.

D'autres glucides, comme le glycogène, servent à stocker de l'énergie, afin que la cellule puisse y puiser si nécessaire.

Ils ont également des fonctions structurelles: ils font partie d'autres molécules, comme les acides nucléiques, les parois cellulaires de certains organismes et les exosquelettes d'insectes.

Dans les plantes et certains protistes, par exemple, on trouve un glucide complexe appelé cellulose, composé uniquement d'unités de glucose. Cette molécule est incroyablement abondante sur Terre, car elle est présente dans les parois cellulaires de ces organismes et dans d'autres structures de support.

Lipides

«Lipide» est un terme utilisé pour englober un grand nombre de molécules non polaires ou hydrophobes (avec une phobie ou une répulsion à l'eau) constituées de chaînes carbonées. Contrairement aux trois molécules mentionnées, les protéines, les acides nucléiques et les glucides, il n'y a pas de monomère unique pour les lipides.

Structure

D'un point de vue structurel, un lipide peut se présenter de multiples manières. Comme elles sont constituées d'hydrocarbures (CH), les liaisons ne sont pas partiellement chargées, elles ne sont donc pas solubles dans les solvants polaires comme l'eau. Cependant, ils peuvent être dissous dans d'autres types de solvants non polaires tels que le benzène.

Un acide gras est composé des chaînes hydrocarbonées mentionnées et d'un groupe carboxyle (COOH) en tant que groupe fonctionnel. Généralement, un acide gras contient 12 à 20 atomes de carbone.

Les chaînes d'acides gras peuvent être saturées, lorsque tous les carbones sont liés entre eux par des liaisons simples, ou insaturées, lorsque plus d'une double liaison est présente dans la structure. S'il contient plusieurs doubles liaisons, c'est un acide polyinsaturé.

Types de lipides selon leur structure

Il existe trois types de lipides dans la cellule: les stéroïdes, les graisses et les phospholipides. Les stéroïdes sont caractérisés par une structure volumineuse à quatre anneaux. Le cholestérol est le plus connu et est un composant important des membranes, car il contrôle leur fluidité.

Les graisses sont constituées de trois acides gras liés via une liaison ester à une molécule appelée glycérol.

Enfin, les phospholipides sont constitués d'une molécule de glycérol attachée à un groupement phosphate et de deux chaînes d'acides gras ou d'isoprénoïdes.

Fonction

Comme les glucides, les lipides fonctionnent également comme une source d'énergie pour la cellule et comme composants de certaines structures.

Les lipides ont une fonction essentielle pour toutes les formes vivantes: ils sont un constituant essentiel de la membrane plasmique. Celles-ci forment la frontière cruciale entre le vivant et le non-vivant, servant de barrière sélective qui décide de ce qui entre dans la cellule et de ce qui ne le fait pas, grâce à sa propriété semi-perméable.

En plus des lipides, les membranes sont également constituées de diverses protéines, qui fonctionnent comme des transporteurs sélectifs.

Certaines hormones (comme les hormones sexuelles) sont de nature lipidique et sont essentielles au développement du corps.

Transport

Dans les systèmes biologiques, les macromolécules sont transportées entre l'intérieur et l'extérieur des cellules par des processus appelés endo et exocytose (impliquant la formation de vésicules) ou par transport actif.

L'endocytose englobe tous les mécanismes que la cellule utilise pour obtenir l'entrée de grosses particules et est classée comme: phagocytose, lorsque l'élément à avaler est une particule solide; pinocytose, lorsque le liquide extracellulaire pénètre; et l'endocytose, médiée par des récepteurs.

La plupart des molécules ainsi ingérées aboutissent dans un organite chargé de la digestion: le lysosome. D'autres se retrouvent dans des phagosomes - qui ont des propriétés de fusion avec les lysosomes et forment une structure appelée phagolysosomes.

De cette manière, la batterie enzymatique présente dans le lysosome finit par dégrader les macromolécules initialement entrées. Les monomères qui les ont formés (monosaccharides, nucléotides, acides aminés) sont transportés vers le cytoplasme, où ils sont utilisés pour la formation de nouvelles macromolécules.

Dans tout l'intestin, il existe des cellules qui ont des transporteurs spécifiques pour l'absorption de chaque macromolécule consommée dans l'alimentation. Par exemple, les transporteurs PEP1 et PEP2 sont utilisés pour les protéines et SGLT pour le glucose.

Macromolécules synthétiques

Dans les macromolécules synthétiques, on retrouve également le même schéma structurel décrit pour les macromolécules d'origine biologique: des monomères ou de petites sous-unités qui sont liées par des liaisons pour former un polymère.

Il existe différents types de polymères synthétiques, le plus simple étant le polyéthylène. Il s'agit d'un plastique inerte de formule chimique CH ₂ -CH ₂ (lié par une double liaison) assez courant dans l'industrie, car il est bon marché et facile à produire.

Comme on peut le voir, la structure de ce plastique est linéaire et ne présente aucune ramification.

Le polyuréthane est un autre polymère largement utilisé dans l'industrie pour la fabrication de mousses et d'isolants. Nous aurons sûrement une éponge de ce matériau dans nos cuisines. Ce matériau est obtenu par condensation de bases hydroxyles mélangées à des éléments appelés diisocyanates.

Il existe d'autres polymères synthétiques de plus grande complexité, comme le nylon (ou le nylon). Parmi ses caractéristiques, il est très résistant, avec une élasticité appréciable. L'industrie textile profite de ces caractéristiques pour la fabrication de tissus, poils, lignes, etc. Il est également utilisé par les médecins pour réaliser des sutures.

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