chapitre 5 Structure et fonction des molécules organiques complexes 75
5
Structure et fonction
des molécules
organiques complexes
ConCepts Clés
5.1 Les macromolécules sont des polymères
synthétisés à partir de monomères
5.2 Les glucides servent de sources d’énergie
et de matériaux de structure
5.3 Les lipides forment un groupe de molécules
hydrophobes d’aspect varié
5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux
de structure, ce qui leur confère des fonctions
très diversifiées
5.5 Les acides nucléiques emmagasinent
et transmettent l’information génétique,
et contribuent à son expression
IntroduCtIon
Les molécules de la vie
Étant donné la richesse et la complexité de la vie sur Terre,
on s’attendrait à ce que les organismes soient constitués d’une
extraordinaire variété de molécules. Toutefois, on constate
avec étonnement que les molécules complexes d’importance
déterminante pour tous les êtres vivants (des bactéries aux éléphants) appartiennent à seulement quatre classes principales :
les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques.
Les molécules de glucides, de protéines et d’acides nucléiques
étant extrêmement volumineuses, on les appelle macromolécules. Par exemple, les protéines peuvent comporter des
milliers d’atomes et constituer de véritables colosses moléculaires dont la masse peut largement dépasser 100 000 Da
(daltons). Étant donné que les macromolécules sont d’une
taille considérable et d’une incroyable complexité, il est
remarquable que les biochimistes aient réussi à déterminer la
structure détaillée d’un si grand nombre d’entre elles. La scientifique à l’avant-plan de la figure 5.1 porte des lunettes stéréoscopiques pour visualiser la structure spatiale de la protéine
affichée sur son écran.
Il est plus facile de saisir la fonction d’une macromolécule
lorsqu’on comprend son architecture. Comme l’eau et les
molécules organiques simples, les molécules biologiques complexes présentent des propriétés émergentes uniques dues à
l’arrangement ordonné de leurs atomes. Dans ce chapitre,
nous étudierons d’abord comment sont synthétisées les
macromolécules. Puis, nous examinerons la structure et la
fonction des molécules organiques complexes appartenant
aux quatre classes, les glucides, les lipides, les protéines et les
acides nucléiques.
ConCept
5.1
Les macromolécules sont des polymères
synthétisés à partir de monomères
Les macromolécules appartenant à trois des quatre classes
de composés organiques, soit les glucides, les protéines et
les acides nucléiques, sont des polymères (du grec polus,
« plusieurs », et meros, « partie »). Un polymère est une molécule
constituée d’un grand nombre d’unités structurales iden tiques
ou semblables rattachées par des liaisons covalentes, comme
un train formé d’une chaîne de wagons. Chacune des petites
unités structurales formant un polymère s’appelle monomère
(du grec monos, « un seul »). Certaines des molé cules qui servent
de monomères remplissent une fonction qui leur est propre.
La synthèse et la dégradation des polymères
Chaque classe de polymères est constituée d’un type différent
de monomères, mais les mécanismes chimiques par lesquels
les cellules synthétisent ou dégradent les macromolécules
sont toujours les mêmes. Dans les cellules, ces processus font
intervenir des enzymes, des macromolécules spécialisées qui
accroissent la vitesse des réactions chimiques (figure 5.2).
Les monomères se lient au cours d’une réaction dans laquelle
deux molécules s’associent par une liaison covalente en même
temps qu’il se forme une molécule d’eau. Il s’agit d’une réaction de déshydratation (figure 5.2a). Chaque fois que
deux monomères s’unissent, chacun fournit une partie de la
molécule d’eau éliminée au cours de la réaction : l’un d’eux
perd un groupement hydroxyle (—OH), l’autre, un atome
d’hydrogène (—H). Cette réaction se répète chaque fois qu’un
m Figure 5.1 Pourquoi les scientifiques étudient-ils
les structures des macromolécules ?
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Structure et fonction
des molécules
organiques complexes
ConCepts Clés
5.1 Les macromolécules sont des polymères
synthétisés à partir de monomères
5.2 Les glucides servent de sources d’énergie
et de matériaux de structure
5.3 Les lipides forment un groupe de molécules
hydrophobes d’aspect varié
5.4 Les protéines possèdent plusieurs niveaux
de structure, ce qui leur confère des fonctions
très diversifiées
5.5 Les acides nucléiques emmagasinent
et transmettent l’information génétique,
et contribuent à son expression
IntroduCtIon
Les molécules de la vie
Étant donné la richesse et la complexité de la vie sur Terre,
on s’attendrait à ce que les organismes soient constitués d’une
extraordinaire variété de molécules. Toutefois, on constate
avec étonnement que les molécules complexes d’importance
déterminante pour tous les êtres vivants (des bactéries aux éléphants) appartiennent à seulement quatre classes principales :
les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques.
Les molécules de glucides, de protéines et d’acides nucléiques
étant extrêmement volumineuses, on les appelle macromolécules. Par exemple, les protéines peuvent comporter des
milliers d’atomes et constituer de véritables colosses moléculaires dont la masse peut largement dépasser 100 000 Da
(daltons). Étant donné que les macromolécules sont d’une
taille considérable et d’une incroyable complexité, il est
remarquable que les biochimistes aient réussi à déterminer la
structure détaillée d’un si grand nombre d’entre elles. La scientifique à l’avant-plan de la figure 5.1 porte des lunettes stéréoscopiques pour visualiser la structure spatiale de la protéine
affichée sur son écran.
Il est plus facile de saisir la fonction d’une macromolécule
lorsqu’on comprend son architecture. Comme l’eau et les
molécules organiques simples, les molécules biologiques complexes présentent des propriétés émergentes uniques dues à
l’arrangement ordonné de leurs atomes. Dans ce chapitre,
nous étudierons d’abord comment sont synthétisées les
macromolécules. Puis, nous examinerons la structure et la
fonction des molécules organiques complexes appartenant
aux quatre classes, les glucides, les lipides, les protéines et les
acides nucléiques.
ConCept
5.1
Les macromolécules sont des polymères
synthétisés à partir de monomères
Les macromolécules appartenant à trois des quatre classes
de composés organiques, soit les glucides, les protéines et
les acides nucléiques, sont des polymères (du grec polus,
« plusieurs », et meros, « partie »). Un polymère est une molécule
constituée d’un grand nombre d’unités structurales iden tiques
ou semblables rattachées par des liaisons covalentes, comme
un train formé d’une chaîne de wagons. Chacune des petites
unités structurales formant un polymère s’appelle monomère
(du grec monos, « un seul »). Certaines des molé cules qui servent
de monomères remplissent une fonction qui leur est propre.
La synthèse et la dégradation des polymères
Chaque classe de polymères est constituée d’un type différent
de monomères, mais les mécanismes chimiques par lesquels
les cellules synthétisent ou dégradent les macromolécules
sont toujours les mêmes. Dans les cellules, ces processus font
intervenir des enzymes, des macromolécules spécialisées qui
accroissent la vitesse des réactions chimiques (figure 5.2).
Les monomères se lient au cours d’une réaction dans laquelle
deux molécules s’associent par une liaison covalente en même
temps qu’il se forme une molécule d’eau. Il s’agit d’une réaction de déshydratation (figure 5.2a). Chaque fois que
deux monomères s’unissent, chacun fournit une partie de la
molécule d’eau éliminée au cours de la réaction : l’un d’eux
perd un groupement hydroxyle (—OH), l’autre, un atome
d’hydrogène (—H). Cette réaction se répète chaque fois qu’un
m Figure 5.1 Pourquoi les scientifiques étudient-ils
les structures des macromolécules ?