Par Kevin Beck | Mis à jour le 24 mars 2022
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La vie est construite sur quatre familles macromoléculaires sophistiquées qui ont été perfectionnées par l’évolution :les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Chaque classe remplit des fonctions distinctes, mais interdépendantes, essentielles à la structure cellulaire, à la gestion de l'énergie et au transfert d'informations.
Une macromolécule est une grande entité polymère composée de sous-unités répétitives – des monomères – qui ne peuvent être simplifiées sans perdre leur intégrité fonctionnelle. Bien qu’il n’existe pas de seuil strict de taille, les macromolécules typiques contiennent des milliers d’atomes. En biologie, les quatre classes sont riches en carbone, l'azote, l'oxygène, l'hydrogène et le phosphore jouant des rôles cruciaux.
Les glucides (C&H&O; n) sont des sources d’énergie et des composants structurels omniprésents. Leurs monomères, les monosaccharides, répondent à la formule C₆H₁₂O₆ (par exemple, glucose, fructose, galactose) et adoptent souvent des structures cycliques stables. Les disaccharides (par exemple, le maltose, le saccharose) relient deux monosaccharides via des liaisons glycosidiques, tandis que les polysaccharides (amidon, glycogène, cellulose, chitine) sont constitués de trois unités ou plus. L'amidon forme des chaînes hélicoïdales; la cellulose est linéaire, apportant de la rigidité à la plante; la chitine, enrichie en azote, forme des exosquelettes chez les arthropodes; le glycogène sert de réserves de glycocytes dans le foie et les muscles.
Les protéines, polymères de 20 acides aminés, sont à l'origine de pratiquement tous les processus biochimiques. Les liaisons peptidiques se forment lorsque le groupe carboxyle d’un acide aminé se lie au groupe amino du suivant, libérant de l’eau. Le polypeptide résultant se replie en quatre niveaux structurels :primaire (séquence d'acides aminés), secondaire (hélices α, feuillets β), tertiaire (repliement 3D) et quaternaire (complexes multichaînes, par exemple collagène). Les fonctions couvrent la catalyse enzymatique, la signalisation hormonale (insuline, hormone de croissance), le soutien structurel et le transport membranaire.
Les lipides sont des macromolécules hydrophobes qui ne se dissolvent pas dans l'eau. Ils comprennent les triglycérides (acides gras estérifiés en glycérol), les phospholipides, les stéroïdes et les cires. Les triglycérides apportent 9 kcal/g, soit plus que les glucides et les protéines. Les acides gras sont classés par saturation :saturés (pas de doubles liaisons), monoinsaturés (une double liaison), polyinsaturés (deux ou plus). Les graisses saturées sont solides à température ambiante et sont liées au risque cardiovasculaire, tandis que les graisses insaturées favorisent la santé vasculaire. Les phospholipides forment la bicouche des membranes cellulaires, avec des têtes hydrophiles tournées vers les environnements aqueux et des queues hydrophobes vers l'intérieur. Les stéroïdes tels que le cholestérol agissent comme des précurseurs d'hormones.
L'ADN et l'ARN sont des polymères d'acide nucléique composés de nucléotides :sucre pentose, groupe phosphate et base azotée. L'ADN utilise du désoxyribose et est double brin, stockant des informations héréditaires dans des gènes codant pour des protéines. L'ARN, avec le ribose, est simple brin et participe à la transcription (ARNm) et à la traduction (ARNt, ARNr). Les paires de bases diffèrent :les paires d'ADN A‑T et C‑G ; L'ARN remplace la thymine par l'uracile (U). Le génome comprend 23 paires de chromosomes chez l'homme.