Macromolécules : Polysaccharides, protéines et acides nucléiques

Par Joseph Constance, MARévisé par le Dr Liji Thomas, MD

L’eau, les molécules organiques et les ions inorganiques sont les constituants des cellules. L’eau constitue la plus grande fraction des trois, représentant près des trois quarts de la masse totale d’une cellule. Les interactions entre les différents composants d’une cellule et sa teneur en eau sont la clé de la chimie biologique.

Le sodium, le potassium, le magnésium, le calcium, le phosphate et le chlorure, sont parmi les principaux ions inorganiques d’une cellule, et ne représentent pas plus de 1% de la masse cellulaire. Mais les molécules organiques sont les composants vraiment nouveaux d’une cellule. La plupart de ces composés organiques appartiennent à l’une des classes de molécules suivantes :

• Carbohydrates
• Lipides
• Acides nucléiques
• Protéines

Dans les cellules individuelles, il existe des milliers de types différents de macromolécules, ou composés organiques. Ceux-ci seront différents, même parmi les cellules d’une même personne. Les variations sont plus importantes entre les différentes personnes. Les macromolécules – protéines, acides nucléiques et polysaccharides – sont formées par la polymérisation de centaines de leurs précurseurs de faible poids moléculaire – acides aminés, nucléotides et sucres simples.

La diversité parmi les macromolécules évolue à partir du vaste potentiel de formation de différentes combinaisons des quelque 50 monomères communs qui composent une macromolécule. Ces macromolécules peuvent constituer jusqu’à 90% du poids sec d’une cellule. Il est possible de comprendre la chimie de base de la composition d’une cellule en comprenant les fonctions et les structures des quatre principaux types de composés organiques, ou macromolécules.

Les glucides

Les glucides sont les matériaux de construction et les nutriments de base de l’organisme. Les sucres simples et les polysaccharides composent ce groupe. Le glucose est un exemple de sucre simple qui est un nutriment cellulaire important. La décomposition des sucres simples par réaction chimique génère de l’énergie cellulaire et déclenche la synthèse d’autres constituants de la cellule. Les polysaccharides, ou glucides complexes, représentent la forme que prend le sucre lorsqu’il est stocké. Les polysaccharides sont les composants structurels d’une cellule. De plus, les polysaccharides et autres sucres peuvent fonctionner comme des marqueurs pour certains processus de reconnaissance cellulaire, y compris le mouvement intracellulaire des protéines.

Lipides

Les lipides sont des molécules hydrophobes. Ils constituent une forme très efficace de stockage de l’énergie, et sont des constituants majeurs de la membrane cellulaire. Ils sont importants dans la signalisation cellulaire, fonctionnent comme point de départ de divers processus de biosynthèse tels que la synthèse des œstrogènes et de la testostérone. Certains lipides sont capables de transmettre des signaux des récepteurs de la surface cellulaire à des cibles dans la même cellule ou dans d’autres. Les phospholipides contiennent deux acides gras reliés à un groupe de tête polaire. Outre les phospholipides, les cellules possèdent des glycolipides et du cholestérol.

Acides nucléiques

Les acides nucléiques stockent et transmettent les données héréditaires. L’ADN et l’ARN représentent les molécules informationnelles d’une cellule. L’ADN joue un rôle crucial en tant que matériel génétique de l’homme et de nombreuses autres espèces. L’ARN participe à diverses activités cellulaires. L’ARN messager (ARNm) transporte les informations de l’ADN vers les ribosomes, où ils participent à la synthèse des protéines. En outre, l’ARN ribosomal et l’ARN de transfert participent à la synthèse des protéines. D’autres molécules d’ARN traitent et déplacent à la fois les protéines et l’ARN. L’ARN peut également catalyser des réactions chimiques, comme celles qui impliquent la synthèse des protéines et le traitement de l’ARN.

Protéines

Les protéines jouent un rôle important dans la plupart des tâches que réalise un organisme. Les protéines réalisent le travail d’une cellule, dirigé par l’information génétique portée par les acides nucléiques. Une cellule contient plusieurs milliers de protéines, qui fonctionnent comme des éléments structurels de la cellule, stockent et transportent de petites molécules, transmettent des données entre les cellules et défendent l’organisme contre l’apparition d’infections. Mais les protéines fonctionnent également comme des enzymes qui accélèrent la plupart des réactions chimiques. Ainsi, les protéines guident la plupart des activités cellulaires.

Structure et fonction

Les liaisons covalentes, la polarité, la température, la structure et la réactivité chimique sont parmi les facteurs chimiques qui régissent la structure et la fonction des macromolécules. La structure des macromolécules détermine leur fonctionnement et la régulation des tâches. La structure tridimensionnelle des protéines et des acides nucléiques est contrôlée par des liaisons non covalentes et covalentes, ce qui leur confère une fonction. Parallèlement, il est possible de modifier la structure et la fonction des protéines et des acides nucléiques en appliquant un épissage alternatif, en altérant la séquence de nucléotides ou en procédant à des modifications chimiques. Finalement, la structure et la fonction des macromolécules peuvent changer au fil du temps pour créer une activité biologique différente.

En termes de fonction, les macromolécules exploitent les interactions non covalentes lorsqu’elles inter-réagissent avec d’autres molécules. La plupart des fonctionnalités biologiques dépendent de la spécificité et de l’affinité de ces interactions. La structure des macromolécules varie et évolue dans le temps. Ceci est très important pour la fonctionnalité biologique. Il est possible pour de petites molécules d’atteindre l’intérieur d’une macromolécule. La structure des macromolécules peut influencer l’équilibre stable des processus biochimiques et de biologie moléculaire.

Ressources supplémentaires

• Le lancement de la nouvelle génération d’Optima AUC fait progresser la recherche sur les protéines et la caractérisation des macromolécules
• Une nouvelle méthode pour manipuler les macromolécules
• Les chercheurs utilisent la modélisation informatique à grande…modélisation informatique à grande échelle pour montrer les effets du confinement sur les macromolécules cellulaires
• Les scientifiques utilisent la technique PCT pour comprendre les effets physiques de la compression sur les macromolécules
• Un gel transparent pourrait bientôt devenir le premier le premier et le meilleur choix pour sceller les incisions cornéennes

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Lectures complémentaires

• Tout le contenu des lipides
• Que sont les lipides ?
• Fonctions biologiques des lipides
• Métabolisme des lipides
• Santé et nutrition des lipides

Écrit par

Joseph Constance

Joseph Constance a écrit sur la recherche, le développement et les marchés dans les soins de santé et les domaines connexes. Il a rédigé un certain nombre d’articles et de rapports d’analyse commerciale/étude de marché dans les domaines des dispositifs médicaux, des diagnostics cliniques et des produits pharmaceutiques. Joseph est titulaire d’une maîtrise en communication de l’université de New York. Il aime passer du temps avec sa femme, faire du vélo, voyager et découvrir différentes cultures.

Citations

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