Monomères et Polymères

Définition d'un polymère

Les polymères sont des molécules constituées de monomères qui s'assemblent.

• Les polymères sont de très grosses molécules composées d'unités répétitives uniques et similaires (monomères).

• Poly- signifie "beaucoup" ou "multi", ce qui signifie qu'un polymère est constitué de nombreux monomères.

Différences entre monomères et polymères

Un monomère est une molécule qui peut se lier chimiquement à d'autres molécules pour former une chaîne plus longue. Alors qu'un polymère est la chaîne la plus longue, composée généralement d'un nombre indéterminé de monomères. Ce sont les différences qui distinguent les petites molécules - les monomères, et les plus grosses molécules - les polymères :

Quelles sont les trois catégories de monomères ?

Il existe trois catégories de monomères : les monosaccharides, les acides aminés et les nucléotides.

1. Les monosaccharides

Lorsque les monosaccharides s'assemblent, ils forment des polymères qui sont des polysaccharides (glucides complexes). C'est pourquoi les monosaccharides sont les monomères des glucides complexes, tels que l'amidon et la cellulose.

Les monosaccharides sont des molécules organiques. Ils contiennent des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Le glucose, le fructose, le galactose, le ribose (présent dans l'ARN) et le désoxyribose (présent dans l'ADN) en sont des exemples.

La figure 1 montre les structures en anneau de chacun des monosaccharides importants pour la synthèse.

Fig. 1 - Structures en anneau des monosaccharides glucose, fructose, galactose, désoxyribose et ribose.

2. Acides aminés

Les acides aminés sont les éléments constitutifs des polypeptides (protéines). C'est pourquoi les acides aminés sont les monomères des protéines, comme l'hémoglobine et l'insuline.

Les acides aminés sont également des molécules organiques. Ils contiennent du carbone et de l'hydrogène, mais aussi de l'oxygène et de l'azote.

Les acides aminés sont constitués de :

• un atome de carbone central

• à un groupe amino

• un groupe carboxyle et

• un groupe R organique propre à chaque acide aminé.

L'alanine et la valine sont des exemples d'acides aminés.

Fig. 2 - Structure d'un acide aminé avec ses groupes pertinents

3. Les nucléotides

Les nucléotides s'assemblent pour former des polynucléotides (acides nucléiques). Les nucléotides sont donc les monomères des acides nucléiques(ADN et ARN).

Les nucléotides sont également des molécules organiques, car ils contiennent du carbone et de l'hydrogène. Ils contiennent également de l'oxygène, de l'hydrogène et un à trois phosphates.

Les nucléotides ont pour base un pentose (un sucre à cinq carbones), qui est attaché à une base azotée et à un groupe phosphate.

Les nucléotides de l'ADN ont pour base le désoxyribose , tandis que ceux de l'ARN ont pour base le ribose.

La figure 3 illustre la structure simplifiée d'un nucléotide. Note la liaison phosphodiester sur le troisième atome de carbone, qui le relie au nucléotide suivant dans la chaîne.

Fig. 3 - Structure simplifiée d'un nucléotide

Figure 3. Structure simplifiée d'un nucléotide avec une liaison phosphodiester le reliant au nucléotide suivant.

Source : commons.wikimedia.org

Quelles sont les trois catégories de polymères ?

Les polymères sont divisés en trois groupes : les polysaccharides, les polypeptides et les polynucléotides.

Ils ont tous en commun une propriété évidente : leurs longues chaînes sont constituées d'unités similaires répétées - monomères.

1. Polysaccharides (hydrates de carbone complexes)

Les polysaccharides sont des polymères composés de plusieurs monosaccharides. Les glucides complexes sont des polysaccharides : l'amidon, le glycogène et la cellulose. Tous trois sont composés d'unités répétitives de glucose. La figure 4 montre la structure ramifiée complexe du polysaccharide glycogène. Les cercles répétitifs individuels sont des molécules de glucose.

Fig. 4 - Structure ramifiée complexe du polysaccharide glycogène avec des unités de glucose individuelles reliées entre elles.

2. Polypeptides (protéines)

Les polypeptides sont composés de monomères qui sont des acides aminés. Les protéines sont des polypeptides. L'hémoglobine, l'insuline et la kératine sont des exemples de polypeptides. Jette un coup d'œil à la figure 5, qui illustre la structure primaire d'une protéine, un polypeptide. Comme dans l'image ci-dessus, les cercles individuels représentent les acides aminés.

Fig. 5 - Structure primaire d'une protéine, un polypeptide

3. Polynucléotides (acides nucléiques)

Les polynucléotides sont composés de monomères qui sont des nucléotides. Les acides nucléiques sont des polynucléotides. Sur le plan biologique, les polynucléotides les plus essentiels sont l'ADN et l'ARN.

Étudions l'image ci-dessous. Elle montre une partie de la structure de l'ADN. Peux-tu repérer les nucléotides individuels ?

Fig. 6 - Une partie de la structure de l'ADN avec des nucléotides reliés en chaîne

Comment les monomères s'assemblent-ils pour former des polymères ?

Les monomères s'associent par des liaisons chimiques pour former des polymères. Ce processus est appelé polymérisation.

Deux réactions différentes forment et cassent les polymères : la réaction de condensation et la réaction d'hydrolyse.

Voyons à quoi ressemblent ces deux réactions sur un diagramme. La figure 7 illustre un schéma simplifié de la façon dont les réactions de condensation et d'hydrolyse forment et cassent les polymères. Note l'ajout et l'élimination de molécules d'eau.

Fig. 7 - Schéma simplifié de la condensation (synthèse par déshydratation) et de l'hydrolyse des monomères et des polymères.

1. Réaction de condensation

Comme le montre le schéma ci-dessus (a), les monomères doivent s'assembler pour former un polymère. Les monomères s'unissent par des liaisons chimiques appelées liaisons covalentes. Ces liaisons se forment avec l'aide de l'eau, qui est éliminée au cours de la réaction (elle est "perdue").

Trois liaisons covalentes se forment entre les différents monomères : les liaisons glycosidiques, peptidiques et phosphodiester.

Par conséquent, nous pouvons conclure que :

• La condensation des monosaccharides aboutit à la formation de polysaccharides. La liaison qui se forme entre les monosaccharides est une liaison glycosidique.

• La condensation des acides aminés aboutit à la formation de polypeptides. La liaison qui se forme entre les acides aminés est une liaison peptidique.

• La condensation des nucléotides entraîne la formation de polynucléotides. La liaison qui se forme entre les nucléotides est une liaison phosphodiester.

2. Réaction d'hydrolyse

Ci-dessus, dans la figure 7 (b), tu peux voir que les polymères sont décomposés au cours de la réaction d'hydrolyse.

L'hydrolyse est le contraire de la condensation. Ici, les liaisons covalentes entre les monomères sont rompues, et non pas créées, avec l'aide de l'eau. C'est pourquoi on dit que de l'eau est ajoutée à cette réaction.

Comme pour la condensation, nous pouvons conclure que :

• L'hydrolyse des polysaccharides entraîne la décomposition de la molécule en ses monomères : les monosaccharides. Les liaisons glycosidiques covalentes entre les monosaccharides se brisent.

• L'hydrolyse des polypeptides entraîne la décomposition de la molécule en ses monomères : les acides aminés. Les liaisons peptidiques covalentes entre les acides aminés sont rompues.

• L'hydrolyse des polynucléotides entraîne la décomposition de la molécule en ses monomères : les nucléotides. Les liaisons phosphodiester covalentes entre les nucléotides se brisent.