Biomolécules : glucides, lipides, protéines

En clair. Structures, fonctions, métabolisme.

Ce qu'on te demande au bac STL : maîtriser le vocabulaire de « Biomolécules : glucides, lipides, protéines », savoir refaire les calculs ou raisonnements du cours et les appliquer à un cas concret.

Conseil de révision. Relis d'abord l'encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie correspondante du cours.

Introduction

Les biomolécules sont les molécules organiques constitutives du vivant. Glucides, lipides et protéines représentent l'essentiel de la matière sèche d'une cellule et fournissent à l'organisme énergie, structures et fonctions catalytiques. Leur étude est au cœur de la biochimie analytique en STL.

1. Les glucides

Glucide : molécule de formule brute générale $C_n(H_2O)_n$ portant plusieurs fonctions alcool et une fonction carbonyle (aldéhyde ou cétone).

• Monosaccharides (oses simples) : glucose, fructose, galactose ($C_6H_{12}O_6$, M = 180 g·mol⁻¹). Le glucose existe sous forme cyclique (pyranose) avec un carbone anomérique.
• Disaccharides : saccharose (glucose + fructose), lactose (glucose + galactose), maltose (glucose + glucose). Liaison osidique formée par déshydratation.
• Polysaccharides : amidon et glycogène (réserve, glucose lié en α-1,4 et α-1,6), cellulose (structure, liaisons β-1,4 non hydrolysables par l'homme).

Caractère réducteur. Un ose dont le carbone anomérique est libre réduit la liqueur de Fehling (précipité rouge brique de $Cu_2O$) ou le réactif de Benedict. Le saccharose, dont les deux carbones anomériques sont engagés, n'est pas réducteur.

Pouvoir énergétique : 17 kJ·g⁻¹ (≈ 4 kcal·g⁻¹).

2. Les lipides

Lipide : biomolécule hydrophobe ou amphiphile, soluble dans les solvants organiques, constituée majoritairement d'acides gras et de leurs dérivés.

Acides gras : chaîne carbonée $CH_3-(CH_2)_n-COOH$. Saturés (palmitique C16:0), mono-insaturés (oléique C18:1), poly-insaturés indispensables (linoléique ω-6 C18:2, α-linolénique ω-3 C18:3). L'insaturation abaisse le point de fusion : l'huile est liquide, le beurre solide.

Indice de saponification et indice d'iode permettent de caractériser un corps gras au laboratoire. Pouvoir énergétique : 38 kJ·g⁻¹ (≈ 9 kcal·g⁻¹).

3. Les protéines

Protéine : polymère d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, replié en une structure tridimensionnelle qui détermine sa fonction.

• 20 acides aminés protéinogènes, de formule générale $H_2N-CHR-COOH$ ; ce sont des amphotères (zwitterion au pH isoélectrique, noté pHi).
• Liaison peptidique : amide formé entre le $COOH$ d'un acide aminé et le $NH_2$ du suivant, avec perte d'eau.
• Quatre niveaux de structure : primaire (séquence), secondaire (hélice α, feuillet β stabilisés par liaisons hydrogène), tertiaire (repliement global, ponts disulfure), quaternaire (assemblage de sous-unités, ex. hémoglobine à 4 chaînes).

Dénaturation : perte de la structure spatiale sous l'effet de la chaleur (> 60 °C), d'un pH extrême, d'un solvant ou d'un agent réducteur. La séquence primaire est conservée mais la fonction est perdue — c'est la coagulation du blanc d'œuf.

Dosage : méthode de Bradford (bleu de Coomassie, lecture à 595 nm), méthode de Biuret, ou spectrophotométrie directe à 280 nm (absorption des noyaux aromatiques). La loi de Beer-Lambert s'écrit $A = \varepsilon \cdot l \cdot C$.

Pouvoir énergétique : 17 kJ·g⁻¹.

4. Tableau de synthèse

Exemple de calcul. Une portion contient 30 g de glucides, 12 g de lipides et 20 g de protéines. $E = 30 \times 17 + 12 \times 38 + 20 \times 17 = 510 + 456 + 340 = 1\,306$ kJ, soit environ 312 kcal.

Ce qu'il faut retenir

• Chaque famille de biomolécules se définit par son monomère et sa liaison caractéristique.
• Seuls les lipides ont une densité énergétique élevée (38 kJ·g⁻¹) ; l'azote est le marqueur des protéines.
• Les techniques d'identification au laboratoire reposent sur des réactions colorées et la spectrophotométrie (loi de Beer-Lambert).