Par Keiron Audain, mis à jour le 24 mars 2022
Toutes les cellules vivantes dépendent de macromolécules, des polymères construits à partir d’unités plus petites appelées monomères. La formation de ces polymères, appelée polymérisation, nécessite un apport d'énergie et libère de l'eau comme sous-produit. Chaque classe de macromolécule suit une voie de polymérisation distincte, produisant des acides nucléiques, des protéines, des glucides et des lipides.
Les protéines proviennent d'acides aminés, des monomères qui possèdent un groupe carboxyle à une extrémité et un groupe amino à l'autre. Pendant la polymérisation, le groupe carboxyle d’un acide aminé réagit avec le groupe amino d’un autre, formant une liaison peptidique covalente. Des liaisons peptidiques successives relient des dizaines ou des centaines d’acides aminés en une chaîne polypeptidique linéaire. La chaîne se plie ensuite en une structure tridimensionnelle précise, conférant à la protéine sa fonction biologique unique.
Les acides nucléiques – ADN et ARN – transportent des informations génétiques. Leur monomère, le nucléotide, contient un sucre à cinq carbones (pentose), une base azotée et un groupe phosphate. La polymérisation relie le groupe phosphate d'un nucléotide au groupe hydroxyle du suivant, créant un squelette phosphodiester. Dans l’ADN, deux brins polynucléotidiques complémentaires s’alignent et établissent une liaison hydrogène entre leurs bases, formant la double hélice caractéristique. L'ARN, étant simple brin, adopte divers replis pour ses rôles dans la transcription, la traduction et la régulation.
Les glucides vont des sucres simples (monosaccharides) comme le glucose aux polysaccharides complexes. Les monosaccharides se rejoignent via des liaisons glycosidiques, des liaisons covalentes entre le carbone anomère d'un sucre et un groupe hydroxyle d'un autre. Les disaccharides (par exemple le saccharose) sont constitués de deux monosaccharides, tandis que les polysaccharides tels que l'amidon ou la cellulose contiennent de nombreuses unités. Le type de sucre et la position de chaque liaison glycosidique déterminent les propriétés physiques et le rôle biologique du glucide.
Contrairement aux autres macromolécules, les lipides ne se forment pas par polymérisation. La structure centrale de tous les lipides est le glycérol, un alcool à trois carbones. Les graisses (triglycérides) résultent de l’estérification de trois chaînes d’acides gras en glycérol. Les phospholipides remplacent un acide gras par un groupe phosphate, offrant des propriétés amphipathiques essentielles à la structure membranaire. Les stéroïdes, comme le cholestérol, sont construits sur un squelette à quatre anneaux plutôt que sur une chaîne linéaire.
Comprendre ces processus de polymérisation met en lumière la chimie complexe qui sous-tend la vie cellulaire.