Les molécules organiques, éléments constitutifs de la vie, sont définies par la présence de carbone (C). Dans la plupart des cas, chaque atome de carbone se lie à l'hydrogène (H) ou à l'oxygène (O). L'azote (N) est également courant, en particulier dans les protéines et les acides nucléiques.
Ces macromolécules sont généralement de grande taille et comprennent des centaines, voire des milliers d’atomes. La tétravalence du carbone lui permet de former divers squelettes (linéaires, cycliques ou ramifiés), ce qui en fait le cœur de la chimie organique.
La solubilité dans l’eau varie considérablement. Par exemple, les acides gras qui composent les lipides sont hydrophobes et résistent à l’eau, alors que de nombreux sucres se dissolvent facilement. Environ un tiers de la masse du corps humain est constitué de molécules organiques.
L'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique) sont les seuls acides nucléiques présents dans la nature. Leurs squelettes sucrés – le désoxyribose dans l’ADN et le ribose dans l’ARN – diffèrent par un seul atome d’oxygène. La double hélice de l’ADN stocke le code génétique, tandis que l’ARN existe sous trois formes principales. L'ARN messager (ARNm) transporte les instructions de l'ADN vers les ribosomes, où les protéines sont synthétisées.
Les glucides représentent collectivement la classe de molécules organiques la plus abondante sur la planète. Leur rôle s'étend de la nutrition cellulaire de base au soutien structurel des plantes. Tous les glucides partagent le rapport de deux hydrogènes pour chaque atome d’oxygène et de carbone, donnant la formule générale (CH₂O)ₙ. Les sucres simples tels que le glucose (C₆H₁₂O₆), le fructose et le galactose sont des monosaccharides. Lorsqu'ils sont liés ensemble, ils forment des polysaccharides comme le glycogène (une réserve d'énergie dans les muscles et le foie) et la cellulose, un composant structurel des parois cellulaires végétales que les humains ne peuvent pas digérer.
Les lipides représentent 15 à 20 % de la masse maigre, ce qui en fait un élément important même chez les individus ayant un tissu adipeux minime. Ils contiennent une forte proportion de carbone et d'hydrogène par rapport à l'oxygène, ce qui explique leur caractère hydrophobe. Les graisses alimentaires, appelées triglycérides, sont constituées d'un squelette de glycérol lié à trois acides gras, qui peuvent être saturés ou insaturés.
Les protéines sont les macromolécules les plus variées, fournissant un support structurel et catalysant les réactions biochimiques. Ils sont assemblés à partir de 20 acides aminés standards, chacun contenant de l’azote. La traduction de l'ARNm par les ribosomes, aidée par l'ARN de transfert (ARNt), produit des chaînes polypeptidiques qui se replient en protéines fonctionnelles.
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