Monosaccharides

Un monosaccharide (monosaccharide) est un monomère de glucides. Cinq monosaccharides sont importants dans le corps. Trois d'entre eux sont les sucres hexoses, ainsi appelés parce qu'ils contiennent chacun six atomes de carbone. Ce sont le glucose, le fructose et le galactose, représentés dans la Figure 2.18a. Les monosaccharides restants sont les deux sucres pentoses, chacun contenant cinq atomes de carbone. Ce sont le ribose et le désoxyribose, représentés dans la Figure 2.18b.

Figure 2.18 Cinq monosaccharides importants

Disaccharides

Un disaccharide (disaccharide) est une paire de monosaccharides. Les disaccharides sont formés par synthèse par déshydratation, et la liaison qui les unit est appelée liaison glycosidique (glyco- = « sucre »). Trois disaccharides (illustrés à la Figure 2.19) sont importants pour les humains. Ce sont le saccharose, communément appelé sucre de table ; le lactose, ou sucre du lait ; et le maltose, ou sucre de malt. Comme vous pouvez le déduire de leurs noms communs, vous les consommez dans votre alimentation ; cependant, votre corps ne peut pas les utiliser directement. Au lieu de cela, dans le tube digestif, ils sont scindés en leurs monosaccharides constitutifs par hydrolyse.

Figure 2.19 Trois disaccharides importants Les trois disaccharides importants se forment par synthèse par déshydratation.

Polysaccharides

Les polysaccharides peuvent contenir de quelques-uns à un millier ou plus de monosaccharides. Trois sont importants pour le corps (Figure 2.20) :

• Les amidons sont des polymères de glucose. Ils se présentent sous forme de longues chaînes appelées amylose ou de chaînes ramifiées appelées amylopectine, toutes deux stockées dans les aliments d'origine végétale et relativement faciles à digérer.
• Le glycogène est également un polymère de glucose, mais il est stocké dans les tissus animaux, en particulier dans les muscles et le foie. Il n'est pas considéré comme un glucide alimentaire car très peu de glycogène reste dans les tissus animaux après l'abattage ; cependant, le corps humain stocke l'excès de glucose sous forme de glycogène, encore une fois, dans les muscles et le foie.
• La cellulose, un polysaccharide qui est le composant principal de la paroi cellulaire des plantes vertes, est le composant des aliments végétaux appelé « fibre ». Chez l'homme, la cellulose/fibre n'est pas digestible ; cependant, les fibres alimentaires ont de nombreux bienfaits pour la santé. Elles aident à se sentir rassasié, ce qui permet de manger moins, elles favorisent un tube digestif sain, et une alimentation riche en fibres est censée réduire le risque de maladies cardiaques et éventuellement de certaines formes de cancer.

Figure 2.20 Trois polysaccharides importants Trois polysaccharides importants sont les amidons, le glycogène et les fibres.

Fonctions des glucides

Le corps obtient les glucides des aliments d'origine végétale. Les céréales, les fruits, les légumineuses et autres légumes fournissent la majeure partie des glucides de l'alimentation humaine, bien que le lactose se trouve dans les produits laitiers.

Bien que la plupart des cellules corporelles puissent décomposer d'autres composés organiques pour en tirer de l'énergie, toutes les cellules corporelles peuvent utiliser le glucose. De plus, les cellules nerveuses du cerveau, de la moelle épinière et du système nerveux périphérique, ainsi que les globules rouges, ne peuvent utiliser que le glucose comme carburant. Lors de la dégradation du glucose pour l'énergie, des molécules d'adénosine triphosphate, mieux connue sous le nom d'ATP, sont produites. L'adénosine triphosphate (ATP) est composée d'un sucre ribose, d'une base adénine et de trois groupes phosphate. L'ATP libère de l'énergie libre lorsque ses liaisons phosphate sont rompues, et fournit ainsi de l'énergie prête à l'emploi à la cellule. Plus d'ATP est produit en présence d'oxygène (O₂) que dans les voies qui n'utilisent pas d'oxygène. La réaction globale de conversion de l'énergie du glucose en énergie stockée dans l'ATP peut s'écrire :

En plus d'être une source de carburant essentielle, les glucides sont présents en très petites quantités dans la structure des cellules. Par exemple, certaines molécules de glucides se lient à des protéines pour produire des glycoprotéines, et d'autres se combinent avec des lipides pour produire des glycolipides, tous deux présents dans la membrane qui enveloppe le contenu des cellules du corps.

Triglycérides

Un triglycéride (triglyceride) est l'un des groupes de lipides alimentaires les plus courants, et le type le plus abondant dans les tissus corporels. Ce composé, communément appelé graisse, est formé par la synthèse de deux types de molécules (Figure 2.21) :

• Un squelette de glycérol au cœur des triglycérides, composé de trois atomes de carbone.
• Trois acides gras, de longues chaînes d'hydrocarbures avec un groupe carboxyle et un groupe méthyle aux extrémités opposées, s'étendent de chacun des carbones du glycérol.

Figure 2.21 Triglycérides Les triglycérides sont composés de glycérol attaché à trois acides gras via une synthèse par déshydratation. Notez que le glycérol cède un atome d'hydrogène, et les groupes carboxyle sur les acides gras cèdent chacun un groupe hydroxyle.

Les triglycérides se forment par synthèse par déshydratation. Le glycérol cède des atomes d'hydrogène de ses groupes hydroxyle à chaque liaison, et le groupe carboxyle de chaque chaîne d'acide gras cède un groupe hydroxyle. Un total de trois molécules d'eau est ainsi libéré.

Les chaînes d'acides gras qui ne possèdent aucune double liaison carbone sur toute leur longueur et contiennent donc le nombre maximal d'atomes d'hydrogène sont appelées acides gras saturés. Ces chaînes droites et rigides s'assemblent étroitement et sont solides ou semi-solides à température ambiante (Figure 2.22a). Le beurre et le saindoux en sont des exemples, tout comme la graisse présente sur un steak ou dans votre propre corps. En contraste, les acides gras avec une seule double liaison carbone sont coudés à cette liaison (Figure 2.22b). Ces acides gras monoinsaturés sont donc incapables de s'assembler étroitement et sont liquides à température ambiante. Les acides gras polyinsaturés contiennent deux ou plusieurs doubles liaisons carbone et sont également liquides à température ambiante. Les huiles végétales telles que l'huile d'olive contiennent généralement des acides gras mono- et polyinsaturés.

Figure 2.22 Formes des acides gras Le niveau de saturation d'un acide gras affecte sa forme. (a) Les chaînes d'acides gras saturés sont droites. (b) Les chaînes d'acides gras insaturés sont coudées.

Alors qu'une alimentation riche en acides gras saturés augmente le risque de maladies cardiaques, une alimentation riche en acides gras insaturés est censée réduire ce risque. Cela est particulièrement vrai pour les acides gras insaturés oméga-3 que l'on trouve dans les poissons d'eau froide comme le saumon. Ces acides gras ont leur première double liaison carbone au niveau du troisième hydrocarbure à partir du groupe méthyle (appelé l'extrémité oméga de la molécule).

Enfin, les acides gras trans présents dans certains aliments transformés, y compris certaines margarines en bâton ou en pot, sont considérés comme encore plus nocifs pour le cœur et les vaisseaux sanguins que les acides gras saturés. Les graisses trans sont créées à partir d'acides gras insaturés (comme l'huile de maïs) lorsqu'ils sont traités chimiquement pour produire des graisses partiellement hydrogénées.

En tant que groupe, les triglycérides sont une source majeure de carburant pour le corps. Lorsque vous êtes au repos ou endormi, la majeure partie de l'énergie utilisée pour vous maintenir en vie provient des triglycérides stockés dans vos tissus adipeux. Les triglycérides alimentent également les activités physiques longues et lentes telles que le jardinage ou la randonnée, et contribuent à un pourcentage modeste de l'énergie pour les activités physiques intenses. Les graisses alimentaires facilitent également l'absorption et le transport des vitamines liposolubles non polaires A, D, E et K. De plus, la graisse corporelle stockée protège et amortit les os et les organes internes du corps, et agit comme isolant pour retenir la chaleur corporelle.

Les acides gras sont également des composants des glycolipides, qui sont des composés sucre-graisse trouvés dans la membrane cellulaire. Les lipoprotéines sont des composés dans lesquels les triglycérides hydrophobes sont emballés dans des enveloppes protéiques pour le transport dans les fluides corporels.

Phospholipides

Comme son nom l'indique, un phospholipide (phospholipid) est un composé lipidique dans lequel un groupe phosphate remplace l'un des acides gras d'un lipide et une molécule de phosphore. En fait, les phospholipides sont de structure similaire aux triglycérides. Cependant, au lieu d'avoir trois acides gras, un phospholipide est généré à partir d'un diglycéride, un glycérol avec seulement deux chaînes d'acides gras (Figure 2.23). Le troisième site de liaison sur le glycérol est occupé par le groupe phosphate, qui à son tour est attaché à une région « tête » polaire de la molécule. Rappelons que les triglycérides sont non polaires et hydrophobes. Cela reste vrai pour la partie acide gras d'un composé phospholipidique. Cependant, la tête d'un phospholipide contient des charges sur les groupes phosphate, ainsi que sur l'atome d'azote. Ces charges rendent la tête du phospholipide hydrophile. Par conséquent, les phospholipides sont dits avoir des queues hydrophobes, contenant les acides gras neutres, et des têtes hydrophiles, contenant les groupes phosphate chargés et l'atome d'azote.

Figure 2.23 Autres lipides importants (a) Les phospholipides sont composés de deux acides gras, de glycérol et d'un groupe phosphate. (b) Les stérols sont des lipides en forme d'anneau. Le cholestérol est présenté ici. (c) Les prostaglandines sont dérivées d'acides gras insaturés. La prostaglandine E2 (PGE2) comprend des groupes hydroxyle et carboxyle.

Stéroïdes

Un composé stéroïde (steroid) (appelé stérol) a pour fondement un ensemble de quatre anneaux hydrocarbonés liés à une variété d'autres atomes et molécules (voir Figure 2.23b). Bien que les plantes et les animaux synthétisent des stérols, le type qui apporte la contribution la plus importante à la structure et à la fonction humaines est le cholestérol, qui est synthétisé par le foie chez l'homme et les animaux et est également présent dans la plupart des aliments d'origine animale. Comme les autres lipides, les hydrocarbures du cholestérol le rendent hydrophobe ; cependant, il possède une tête hydroxyle polaire qui est hydrophile. Le cholestérol est un composant important des acides biliaires, des composés qui aident à émulsifier les graisses alimentaires. En fait, la racine du mot cholé- fait référence à la bile. Le cholestérol est également un élément constitutif de nombreuses hormones, des molécules de signalisation que le corps libère pour réguler les processus à des sites distants. Enfin, comme les phospholipides, les molécules de cholestérol se trouvent dans la membrane cellulaire, où leurs régions hydrophobes et hydrophiles aident à réguler le flux de substances entrant et sortant de la cellule.

Prostaglandines

Comme une hormone, une prostaglandine (prostaglandin) fait partie d'un groupe de molécules de signalisation, mais les prostaglandines sont dérivées d'acides gras insaturés (voir Figure 2.23c). L'une des raisons pour lesquelles les acides gras oméga-3 présents dans le poisson sont bénéfiques est qu'ils stimulent la production de certaines prostaglandines qui aident à réguler certains aspects de la pression artérielle et de l'inflammation, et réduisent ainsi le risque de maladies cardiaques. Les prostaglandines sensibilisent également les nerfs à la douleur. Une classe de médicaments analgésiques appelés anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) agit en réduisant les effets des prostaglandines.

Microstructure des protéines

Les protéines sont des polymères constitués de monomères azotés appelés acides aminés. Un acide aminé (amino acid) est une molécule composée d'un groupe amino et d'un groupe carboxyle, ainsi que d'une chaîne latérale variable. Seulement 20 acides aminés différents contribuent à la quasi-totalité des milliers de protéines différentes importantes pour la structure et la fonction humaines. Les protéines corporelles contiennent une combinaison unique de quelques dizaines à quelques centaines de ces 20 monomères d'acides aminés. Tous ces 20 acides aminés partagent une structure similaire (Figure 2.24). Tous sont constitués d'un atome de carbone central auquel sont liés les éléments suivants :

• un atome d'hydrogène
• un groupe amino alcalin NH₂ (voir Tableau 2.1)
• un groupe carboxyle acide COOH (voir Tableau 2.1)
• un groupe variable

Figure 2.24 Structure d'un acide aminé

Notez que tous les acides aminés contiennent à la fois un acide et une base (amine = « contenant de l'azote »). Pour cette raison, ils constituent d'excellents tampons, aidant le corps à réguler l'équilibre acido-basique. Ce qui distingue les 20 acides aminés les uns des autres est leur groupe variable, appelé chaîne latérale ou groupe R. Ce groupe peut varier en taille et être polaire ou non polaire, conférant à chaque acide aminé ses caractéristiques uniques. Par exemple, les chaînes latérales de deux acides aminés – la cystéine et la méthionine – contiennent du soufre. Le soufre ne participe pas facilement aux liaisons hydrogène, contrairement à tous les autres acides aminés. Cette variation influence la manière dont les protéines contenant de la cystéine et de la méthionine sont assemblées.

Les acides aminés se joignent par synthèse par déshydratation pour former des polymères protéiques (Figure 2.25). La liaison unique qui maintient les acides aminés ensemble est appelée liaison peptidique. Une liaison peptidique (peptide bond) est une liaison covalente entre deux acides aminés qui se forme par synthèse par déshydratation. Un peptide, en fait, est une très courte chaîne d'acides aminés. Les brins contenant moins d'environ 100 acides aminés sont généralement appelés polypeptides plutôt que protéines.

Figure 2.25 Liaison peptidique Différents acides aminés se joignent pour former des peptides, des polypeptides ou des protéines via une synthèse par déshydratation. Les liaisons entre les acides aminés sont des liaisons peptidiques. R1 et R2 peuvent être des chaînes latérales identiques ou différentes.

Le corps est capable de synthétiser la plupart des acides aminés à partir de composants d'autres molécules ; cependant, neuf ne peuvent pas être synthétisés et doivent être consommés dans l'alimentation. Ce sont les acides aminés essentiels.

Les acides aminés libres disponibles pour la construction des protéines sont censés résider dans le pool d'acides aminés à l'intérieur des cellules. Les structures cellulaires utilisent ces acides aminés lors de l'assemblage des protéines. Cependant, si un acide aminé essentiel particulier n'est pas disponible en quantités suffisantes dans le pool d'acides aminés, la synthèse des protéines le contenant peut ralentir, voire cesser.

Forme des protéines

Tout comme une fourchette ne peut pas être utilisée pour manger de la soupe et une cuillère ne peut pas être utilisée pour piquer de la viande, la forme d'une protéine est essentielle à sa fonction. La forme d'une protéine est déterminée, le plus fondamentalement, par la séquence des acides aminés dont elle est constituée (Figure 2.26a). Cette séquence est appelée structure primaire de la protéine.

Figure 2.26 La forme des protéines (a) La structure primaire est la séquence d'acides aminés qui composent la chaîne polypeptidique. (b) La structure secondaire, qui peut prendre la forme d'une hélice alpha ou d'un feuillet bêta plissé, est maintenue par des liaisons hydrogène entre les acides aminés dans différentes régions du brin polypeptidique original. (c) La structure tertiaire résulte d'un repliement et d'une liaison supplémentaires de la structure secondaire. (d) La structure quaternaire résulte des interactions entre deux ou plusieurs sous-unités tertiaires. L'exemple montré ici est l'hémoglobine, une protéine des globules rouges qui transporte l'oxygène vers les tissus corporels.

Bien que certains polypeptides existent sous forme de chaînes linéaires, la plupart sont torsadés ou repliés en structures secondaires plus complexes qui se forment lorsque des liaisons se produisent entre des acides aminés ayant des propriétés différentes dans différentes régions du polypeptide. La structure secondaire la plus courante est une spirale appelée hélice alpha. Si vous preniez une longueur de ficelle et la tordiez simplement en spirale, elle ne conserverait pas sa forme. De même, un brin d'acides aminés ne pourrait pas maintenir une forme spirale stable sans l'aide de liaisons hydrogène, qui créent des ponts entre différentes régions du même brin (voir Figure 2.26b). Moins couramment, une chaîne polypeptidique peut former un feuillet bêta plissé, dans lequel des liaisons hydrogène forment des ponts entre différentes régions d'un seul polypeptide qui s'est replié sur lui-même, ou entre deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques adjacentes.

La structure secondaire des protéines se replie ensuite en une forme tridimensionnelle compacte, appelée structure tertiaire de la protéine (voir Figure 2.26c). Dans cette configuration, les acides aminés qui étaient très éloignés dans la chaîne primaire peuvent être rapprochés via des liaisons hydrogène ou, dans les protéines contenant de la cystéine, via des ponts disulfure. Un pont disulfure (disulfide bond) est une liaison covalente entre des atomes de soufre dans un polypeptide. Souvent, deux ou plusieurs polypeptides distincts se lient pour former une protéine encore plus grande avec une structure quaternaire (voir Figure 2.26d). Les sous-unités polypeptidiques formant une structure quaternaire peuvent être identiques ou différentes. Par exemple, l'hémoglobine, la protéine trouvée dans les globules rouges, est composée de quatre polypeptides tertiaires, dont deux sont appelés chaînes alpha et deux chaînes bêta.

Lorsqu'elles sont exposées à une chaleur extrême, à des acides, à des bases et à certaines autres substances, les protéines se dénaturent. La dénaturation (denaturation) est un changement de la structure d'une molécule par des moyens physiques ou chimiques. Les protéines dénaturées perdent leur forme fonctionnelle et ne sont plus capables d'accomplir leurs tâches. Un exemple quotidien de dénaturation des protéines est le caillage du lait lorsque du jus de citron acide est ajouté.

La contribution de la forme d'une protéine à sa fonction peut difficilement être exagérée. Par exemple, la forme longue et mince des brins protéiques qui composent le tissu musculaire est essentielle à leur capacité à se contracter et à se relâcher. Autre exemple, les os contiennent de longs filaments d'une protéine appelée collagène qui sert d'échafaudage sur lequel les minéraux osseux sont déposés. Ces protéines allongées, appelées protéines fibreuses, sont solides et durables et généralement hydrophobes.

En revanche, les protéines globulaires sont des globes ou des sphères qui ont tendance à être très réactives et sont hydrophiles. Les protéines d'hémoglobine contenues dans les globules rouges en sont un exemple (voir Figure 2.26d) ; cependant, les protéines globulaires sont abondantes dans tout le corps, jouant des rôles critiques dans la plupart des fonctions corporelles. Les enzymes, introduites précédemment comme catalyseurs protéiques, en sont des exemples. La section suivante examine de plus près l'action des enzymes.

Les protéines fonctionnent comme des enzymes

Si vous essayiez de taper un document et qu'à chaque fois que vous appuyiez sur une touche de votre ordinateur portable, il y avait un délai de six ou sept minutes avant d'obtenir une réponse, vous achèteriez probablement un nouvel ordinateur portable. De la même manière, sans enzymes pour catalyser les réactions chimiques, le corps humain serait non fonctionnel. Il ne fonctionne que parce que les enzymes fonctionnent.

Les réactions enzymatiques — réactions chimiques catalysées par des enzymes — commencent lorsque les substrats se lient à l'enzyme. Un substrat (substrate) est un réactif dans une réaction enzymatique. Cela se produit sur des régions de l'enzyme appelées sites actifs (Figure 2.27). Toute enzyme donnée ne catalyse qu'un seul type de réaction chimique. Cette caractéristique, appelée spécificité, est due au fait qu'un substrat ayant une forme et une charge électrique particulières ne peut se lier qu'à un site actif correspondant à ce substrat.

En raison de cette correspondance, semblable à un puzzle, entre une enzyme et ses substrats, les enzymes sont connues pour leur spécificité. En fait, lorsqu'une enzyme se lie à son ou ses substrats, la structure de l'enzyme change légèrement pour trouver le meilleur ajustement entre l'état de transition (un intermédiaire structural entre le substrat et le produit) et le site actif, tout comme un gant en caoutchouc se moule à une main insérée dedans. Cette modification du site actif en présence du substrat, ainsi que la formation simultanée de l'état de transition, est appelée ajustement induit. Globalement, il existe une enzyme spécifiquement adaptée à chaque substrat et, par conséquent, à chaque réaction chimique ; cependant, il existe également une certaine flexibilité. Certaines enzymes ont la capacité d'agir sur plusieurs substrats différents structurellement liés.

Figure 2.27 Étapes d'une réaction enzymatique Selon le modèle de l'ajustement induit, le site actif de l'enzyme subit des changements conformationnels lors de la liaison avec le substrat. (a) Les substrats s'approchent des sites actifs de l'enzyme. (b) Les substrats se lient aux sites actifs, produisant un complexe enzyme-substrat. (c) Des changements internes au complexe enzyme-substrat facilitent l'interaction des substrats. (d) Les produits sont libérés et l'enzyme retrouve sa forme originale, prête à faciliter une autre réaction enzymatique.

La liaison d'un substrat produit un complexe enzyme-substrat. Il est probable que les enzymes accélèrent les réactions chimiques en partie parce que le complexe enzyme-substrat subit un ensemble de changements temporaires et réversibles qui entraînent l'orientation des substrats les uns vers les autres dans une position optimale pour faciliter leur interaction. Cela favorise une vitesse de réaction accrue. L'enzyme libère ensuite le ou les produits, et reprend sa forme originale. L'enzyme est alors libre de s'engager à nouveau dans le processus, et le fera tant qu'il restera du substrat.

Autres fonctions des protéines

Les publicités pour les barres protéinées, les poudres et les shakes affirment toutes que les protéines sont importantes pour la construction, la réparation et le maintien du tissu musculaire, mais la vérité est que les protéines contribuent à tous les tissus corporels, de la peau aux cellules cérébrales. De plus, certaines protéines agissent comme des hormones, des messagers chimiques qui aident à réguler les fonctions corporelles. Par exemple, l'hormone de croissance est importante pour la croissance squelettique, entre autres rôles.

Comme il a été noté précédemment, les composants basiques et acides permettent aux protéines de fonctionner comme des tampons pour maintenir l'équilibre acido-basique, mais elles aident également à réguler l'équilibre hydrique et électrolytique. Les protéines attirent les fluides, et une concentration saine de protéines dans le sang, les cellules et les espaces intercellulaires contribue à assurer un équilibre des fluides dans ces divers « compartiments ». De plus, les protéines de la membrane cellulaire aident à transporter les électrolytes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, maintenant ainsi ces ions en bon équilibre. Comme les lipides, les protéines peuvent se lier aux glucides. Elles peuvent ainsi produire des glycoprotéines ou des protéoglycanes, qui ont tous deux de nombreuses fonctions dans le corps.

Le corps peut utiliser les protéines comme source d'énergie lorsque l'apport en glucides et en graisses est insuffisant, et que les réserves de glycogène et de tissu adipeux sont épuisées. Cependant, comme il n'existe pas de site de stockage pour les protéines, à l'exception des tissus fonctionnels, l'utilisation des protéines pour l'énergie entraîne une dégradation tissulaire et un amaigrissement.

Acides nucléiques

Les acides nucléiques diffèrent par leur type de sucre pentose. L'acide désoxyribonucléique (ADN) est un nucléotide qui stocke l'information génétique. L'ADN contient du désoxyribose (ainsi appelé parce qu'il a un atome d'oxygène de moins que le ribose) plus un groupe phosphate et une base azotée. Les « choix » de bases pour l'ADN sont l'adénine, la cytosine, la guanine et la thymine. L'acide ribonucléique (ARN) est un nucléotide contenant du ribose qui aide à manifester le code génétique sous forme de protéine. L'ARN contient du ribose, un groupe phosphate et une base azotée, mais les « choix » de bases pour l'ARN sont l'adénine, la cytosine, la guanine et l'uracile.

Les bases azotées adénine et guanine sont classées comme purines. Une purine (purine) est une molécule azotée avec une structure à double anneau, qui peut accueillir plusieurs atomes d'azote. Les bases cytosine, thymine (trouvée uniquement dans l'ADN) et uracile (trouvée uniquement dans l'ARN) sont des pyrimidines. Une pyrimidine est une base azotée avec une structure à anneau unique.

Les liaisons formées par synthèse par déshydratation entre le sucre pentose d'un monomère d'acide nucléique et le groupe phosphate d'un autre forment un « squelette », d'où dépassent les bases azotées des composants. Dans l'ADN, deux de ces squelettes s'attachent par leurs bases saillantes via des liaisons hydrogène. Celles-ci se tordent pour former une forme connue sous le nom de double hélice (Figure 2.29). La séquence des bases azotées au sein d'un brin d'ADN forme les gènes qui agissent comme un code moléculaire instruisant les cellules dans l'assemblage des acides aminés en protéines. Les humains possèdent près de 22 000 gènes dans leur ADN, enfermés dans les 46 chromosomes à l'intérieur du noyau de chaque cellule (sauf les globules rouges qui perdent leurs noyaux pendant le développement). Ces gènes portent le code génétique pour construire le corps d'un individu et sont uniques pour chaque individu, à l'exception des jumeaux identiques.

Figure 2.29 ADN Dans la double hélice d'ADN, deux brins s'attachent via des liaisons hydrogène entre les bases des nucléotides composants.

En contraste, l'ARN est constitué d'un seul brin de squelette sucre-phosphate parsemé de bases. L'ARN messager (ARNm) est créé pendant la synthèse des protéines pour transporter les instructions génétiques de l'ADN vers les usines de fabrication de protéines de la cellule dans le cytoplasme, les ribosomes.

Adénosine triphosphate

Le nucléotide adénosine triphosphate (ATP) est composé d'un sucre ribose, d'une base adénine et de trois groupes phosphate (Figure 2.30). L'ATP est classé comme un composé à haute énergie car les deux liaisons covalentes reliant ses trois phosphates stockent une quantité significative d'énergie potentielle. Dans le corps, l'énergie libérée par ces liaisons à haute énergie aide à alimenter les activités du corps, de la contraction musculaire au transport de substances à l'intérieur et à l'extérieur des cellules, en passant par les réactions chimiques anaboliques.

Figure 2.30 Structure de l'adénosine triphosphate (ATP)

Lorsqu'un groupe phosphate est clivé de l'ATP, les produits sont l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (P_i). Cette réaction d'hydrolyse peut s'écrire :

L'élimination d'un second phosphate laisse l'adénosine monophosphate (AMP) et deux groupes phosphate. Encore une fois, ces réactions libèrent également l'énergie qui avait été stockée dans les liaisons phosphate-phosphate. Elles sont également réversibles, comme lorsque l'ADP subit une phosphorylation. La phosphorylation (phosphorylation) est l'addition d'un groupe phosphate à un composé organique, dans ce cas, résultant en ATP. Dans de tels cas, le même niveau d'énergie qui avait été libéré pendant l'hydrolyse doit être réinvesti pour alimenter la synthèse par déshydratation.

Les cellules peuvent également transférer un groupe phosphate de l'ATP à un autre composé organique. Par exemple, lorsque le glucose entre pour la première fois dans une cellule, un groupe phosphate est transféré de l'ATP, formant du glucose phosphate (C₆H₁₂O₆—P) et de l'ADP. Une fois que le glucose est phosphorylé de cette manière, il peut être stocké sous forme de glycogène ou métabolisé pour une énergie immédiate.