biomolécules carte mentale

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Les biomolécules sont les molécules organiques qui constituent la matière vivante. On les classe en quatre grandes familles : les glucides, source et réserve d'énergie ; les lipides, membranes et réserves concentrées ; les protéines, effectrices de la plupart des fonctions cellulaires ; et les acides nucléiques, supports de l'information génétique. Leur structure dépend de liaisons chimiques spécifiques, comme la liaison peptidique ou la liaison phosphodiester, et leur assemblage par polymérisation de monomères détermine leurs propriétés biologiques.

Les quatre familles de biomolécules
Les glucides sont composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, avec une formule générale proche de (CH2O)n. Le glucose est le carburant universel des cellules, tandis que la cellulose, non digestible par l'homme, assure le rôle structural dans les parois végétales. Les lipides se distinguent par leur caractère hydrophobe : les triglycérides stockent l'énergie de façon très concentrée, alors que les phospholipides s'organisent en bicouche grâce à leur tête polaire et leur queue apolaire. Les protéines résultent de l'assemblage d'acides aminés, dont l'ordre, la séquence primaire, conditionne le repliement tridimensionnel et donc la fonction. Enfin, les acides nucléiques, ADN et ARN, sont des polymères de nucléotides qui stockent et transmettent l'information génétique.

Structure et repliement des protéines
La structure primaire d'une protéine est la séquence d'acides aminés liés par des liaisons peptidiques. La structure secondaire correspond à des motifs locaux comme l'hélice alpha et le feuillet bêta, stabilisés par des liaisons hydrogène. La structure tertiaire décrit le repliement global de la chaîne, maintenu par des interactions entre chaînes latérales : liaisons hydrogène, interactions ioniques, forces de van der Waals et parfois ponts disulfure. La structure quaternaire n'existe que lorsque plusieurs chaînes polypeptidiques s'associent, comme dans l'hémoglobine. Ce repliement n'est pas toujours spontané : des protéines chaperonnes aident certaines chaînes à atteindre leur conformation fonctionnelle, et un dénaturant comme la chaleur peut perdre la fonction sans rompre la séquence.

Condensation, hydrolyse et rôle des enzymes
Les biomolécules sont des polymères construits à partir de monomères : monosaccharides pour les glucides, acides aminés pour les protéines, nucléotides pour les acides nucléiques. La liaison entre monomères se fait par condensation, réaction qui libère une molécule d'eau et forme par exemple une liaison peptidique ou une liaison glycosidique. La réaction inverse, l'hydrolyse, casse ces liaisons en ajoutant de l'eau ; c'est ainsi que la digestion dégrade l'amidon en glucose. Dans la cellule, ces réactions sont catalysées par des enzymes, qui abaissent l'énergie d'activation sans modifier l'équilibre de la réaction. La spécificité enzymatique repose sur la complémentarité de forme entre le site actif et le substrat, modèle dit de la clé dans la serrure, affiné par le modèle de l'ajustement induit.

Énergie et métabolisme cellulaire
Le métabolisme regroupe l'ensemble des réactions chimiques de la cellule, réparties entre anabolisme, qui construit des molécules complexes en consommant de l'énergie, et catabolisme, qui dégrade les biomolécules en libérant de l'énergie. L'ATP joue le rôle de monnaie énergétique : l'hydrolyse de sa liaison phosphate fournit l'énergie nécessaire aux réactions endergoniques. La glycolyse décompose le glucose en pyruvate dans le cytoplasme, puis la respiration cellulaire, en présence d'oxygène, poursuit l'oxydation dans la mitochondrie pour produire davantage d'ATP. En l'absence d'oxygène, la fermentation permet une production limitée d'ATP. Ces voies sont régulées finement, notamment par la disponibilité des substrats et par des mécanismes de rétroaction.