Fiche explicative de la leçon: Macromolécules biologiques Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les composants clés des cellules des organismes, y compris les composés inorganiques et organiques et les grandes molécules biologiques.

Des bactéries unicellulaires aux milliards de cellules de votre corps, les organismes vivants sont tous composés d’au moins une cellule. Les cellules contiennent des organites. Les organites sont des structures à l’intérieur d’une cellule remplissant une fonction spécifique. Ces organites sont faits de molécules qui sont faites d’atomes. Les cellules doivent obtenir des nutriments organiques et inorganiques pour rester en vie. Les macromolécules biologiques sont de grosses molécules organiques qui sont particulièrement importantes pour maintenir en vie chaque être vivant, allant des bactéries aux humains. La figure 1 montre les niveaux d’organisation du vivant des organismes multicellulaires classés du plus simple au plus complexe.

A complex organism like a human is multicellular, which means that its body is made of many cells. However, the body of such an organism is not just a big clump of cells as every cell has needs to be viable, and if they were just a clump of a million unspecialized cells, those needs could not be satisfied. To ensure that the organism and its cells are viable, different cells have very specific functions, and those cells work together with other highly specialized cells to create a functioning organism. For example, a neuron is a highly specialized cell that can detect a change in the organism’s external or internal environment and transmit this information in the form of signals to other cells in the body. Many neurons together with other supporting cells form a nervous tissue. And different tissues together can form an organ, like the brain. The brain can process the information and initiate the appropriate responses. When organs work together, this is called an organ system, and different organ systems together build the organism’s body, which is viable and can adapt and respond to its environment.

Exemple 1: Organiser les structures biologiques par leur taille

Classez les structures suivantes dans l’ordre dans lequel elles sont organisées dans le corps humain, de la plus grande à la plus petite : les cellules, les molécules, les atomes, les organites.

Réponse

Les niveaux d’organisation du vivant décrivent comment les structures plus grandes sont constituées à partir de structures plus petites au sein des organismes vivants. Les attributs et caractéristiques des plus petites unités déterminent la fonction des plus grandes structures dont elles font partie. Un organisme multicellulaire complexe, ou un organisme composé de nombreuses cellules formant un tissu, contiendra plusieurs systèmes d’organes. Les systèmes d’organes contiennent plusieurs organes. Les organes sont faits de tissus. Les tissus sont faits de cellules. Les cellules contiennent plusieurs organites qui sont faits de molécules, et les molécules sont faites d’atomes. Même les atomes sont faits de particules subatomiques plus petites. Un exemple de cette disposition peut être observé dans le corps humain.

Par conséquent, l’ordre des structures de la plus grande à la plus petite est le suivant : les cellules les organites les molécules les atomes.

Il existe quatre types de macromolécules biologiques. Il s’agit des protéines, des lipides, des glucides et des acides nucléiques. Chacune de ces molécules est relativement grande par rapport à une plus petite molécule, telle que l’oxygène ou le glucose. Le terme « macro » dans « macromolécule » signifie « grand ».

Les macromolécules biologiques sont des molécules organiques. Cela signifie qu’elles possèdent des atomes de carbone qui sont liés à des atomes d’hydrogène. En biologie, les molécules qui ne possèdent pas de liaisons carbone-hydrogène sont considérées comme étant minérales. Il existe quelques exceptions à cette règle. Un exemple de ces exceptions est le cyanure d'hydrogène, qui est classé comme inorganique malgré qu'il possède une liaison carbone-hydrogène. Cela est dû à certaines autres propriétés spécifiques de ces molécules. La figure 2 montre la différence de composition entre des molécules d’eau, un exemple de molécule minérale, et une molécule de glucose, un exemple de molécule organique.

La plupart des macromolécules biologiques sont également considérées comme des polymères. « Poly » signifie « plusieurs », et « mère » signifie « unité ». Les polymères sont des macromolécules construites à partir de sous-unités répétées appelées des monomères. « Mono » signifie « seul ». On appelle l’assemblage des monomères formant un polymère la « polymérisation », comme le montre la figure 3. La fonction et les propriétés d’un polymère sont déterminés par la structure et la fonction des monomères.

Exemple 3: Décrire la formation des macromolécules à partir de sous-unités monomériques

Les macromolécules biologiques peuvent être formées à partir de sous-unités (les monomères) unies en une chaîne. Quel est le nom de ce processus global ? 

Réponse

Les macromolécules biologiques sont de grandes molécules organiques composées de plusieurs sous-unités liées entre elles. Il peut s’agir de polymères qui sont faits de plusieurs petites unités appelées des monomères. Un exemple de polymère est un polysaccharide, qui est un glucide complexe composé de monomères appelés « monosaccharides ». Différents types de polymère sont fabriqués à partir de différents monomères qui leur donnent différentes propriétés. Lorsque les monomères s’assemblent pour former des polymères, le procédé est appelé la polymérisation.

Cela signifie que le nom du procédé de l’assemblage de monomères est la polymérisation.

Comme mentionné précédemment, les glucides sont l’une des 4 principales classes de macromolécules présentes dans les cellules vivantes. Les glucides sont des molécules qui contiennent du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène dans des proportions précises. Certaines des fonctions des glucides est de stocker l’énergie sous une forme qui peut être facilement utilisée par les cellules vivantes et de fournir une structure à certains types de cellules.

Les polymères glucidiques sont également connus sous le nom de polysaccharides. « Saccharide » signifie sucre. Ainsi, vous devinerez certainement que les monomères des glucides sont des mono-saccharides, également appelés des sucres simples. L’amidon, la cellulose et le glycogène sont quelques exemples de glucides complexes.

Le terme « glucide » désigne à la fois des sucres simples et des polysaccharides. Mais, quand nous parlons de macromolécules, nous faisons allusion aux glucides complexes, pas aux sucres simples. La figure 4 montre une grande molécule de polysaccharide qui est constituée de nombreuses petites molécules de monosaccharide répétées.

Tout comme les glucides, les lipides sont également faits d’une combinaison de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, mais le rapport de ces éléments diffère. Plus précisément, ils ont moins d’oxygène et plus de carbone et d’hydrogène que les glucides. Certaines des fonctions des lipides est de stocker l’énergie pendant de longues périodes et de composer les membranes de nos cellules et de nos organites. Les lipides sont caractérisés par des chaînes d’atomes de carbone et d’hydrogène liés entre eux, appelées des « chaînes hydrocarbonées ». Tous les lipides sont insolubles dans l’eau. En effet, les lipides sont généralement des molécules non polaires, ce qui signifie que les charges positives et négatives des pôles de la molécule ne sont pas distincts. Un exemple courant de lipide est une huile de cuisson typique, qui comme nous le savons ne se mélange pas avec l’eau. La photo suivante montre comment les lipides, tels que l’huile de cuisson, ne sont pas solubles dans l’eau.

Alors que les lipides sont des macromolécules, la plupart des scientifiques ne les considèrent pas comme des polymères. Les polymères sont des molécules qui sont faites de nombreuses sous-unités similaires, appelées des « monomères », qui sont liées entre elles au sein de grands complexes. Les lipides sont généralement constitués de quelques sous-unités différentes qui ne sont habituellement pas considérées comme des monomères. Quelques exemples de lipides sont les triglycérides, les acides gras, les phospholipides et le cholestérol, dont les structures générales sont illustrées dans la figure 6.

Les protéines sont des polymères construits à partir de nombreux monomères d’acides aminés, comme indiqué dans la figure 7. Il existe 20 types différents d’acides aminés dont les caractéristiques sont différentes. Les acides aminés partagent une structure similaire, mais leurs chaînes latérales ou leur groupe R varient, comme montré dans la figure 8. Les chaînes d’acides aminés sont appelées des polypeptides en raison des liaisons peptidiques qui se forment entre eux. Ces chaînes d’acides aminés doivent être repliées et prendre la forme de protéines fonctionnelles. La séquence finale et la disposition des acides aminés donnent les caractéristiques de chaque protéine.

Les protéines ont des structures très variables qui leur permettent de remplir différentes fonctions. Certaines des fonctions des protéines sont le soutien de la structure, le mouvement, la protection, la signalisation et l’accélération des réactions chimiques. Quelques exemples de protéines sont l’hormone protéique insuline, les enzymes et les anticorps qui aident à combattre les infections.

Le dernier groupe de macromolécules biologiques que nous allons examiner sont les acides nucléiques. Les acides nucléiques sont l’ADN et l’ARN. ADN signifie « acide désoxyribonucléique » et ARN signifie « acide ribonucléique », ce qui permet de facilement retenir le nom de leur catégorie. Les acides nucléiques sont des macromolécules qui stockent et transfèrent des informations génétiques. Comme le montre la figure 9, les acides nucléiques sont des polymères fabriqués à partir de monomères appelés nucléotides. L'ADN est une molécule extrêmement stable qui peut contenir beaucoup d'informations sur la disposition de ses nucléotides. La disposition des nucléotides dans les molécules d'ADN et d'ARN est également appelée « séquence de nucléotides ».

Comparés aux protéines, les acides nucléiques ont une structure facile à répliquer. C’est pourquoi les acides nucléiques conviennent parfaitement pour le stockage des informations génétiques, qui contiennent les instructions à la fabrication des protéines. Cela leur permet également d’être facilement transmis des parents à la progéniture.

Les macromolécules biologiques, les lipides, les protéines, les glucides et les acides nucléiques sont des composants cellulaires importants qui jouent de nombreux rôles dans les processus vitaux des êtres vivants.

Passons en revue ce que nous avons appris jusqu’à présent.