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Définition de : MOLÉCULE

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Article publié par Encyclopaedia Universalis MOLÉCULE Assemblage d'atomes dont les positions relatives sont plus ou moins fixées, la molécule possède une forme caractéristique et est dotée d'une certaine permanence. Naissance et évolution de la notion de molécule L'intuition corpusculaire selon laquelle la matière est constituée de minuscules granules remonte aux philosophes grecs de l'Antiquité. L'Anglais John Dalton, en 1803 de manière allusive, puis en 1808 de façon plus formelle et détaillée, émit l'hypothèse atomique : chacun des éléments est formé d'atomes spécifiques. Les molécules sont faites de ces atomes, en petit nombre. Dalton hésitait sur la formulation adéquate de l'eau, pour prendre cet exemple. Était-elle OH, OH2 ou O2H, où O désigne un atome d'oxygène et H un atome d'hydrogène ? Durant la décennie suivante, Amedeo Avogadro et André-Marie Ampère, au vu des déterminations volumétriques de Gay-Lussac et d'autres, émirent une conjecture hardie, qui s'avéra d'une immense fécondité : dans des conditions standards de pression et de température ambiantes, un même volume de gaz, quel qu'il soit (oxygène, hydrogène, azote, eau, etc.), contient le même nombre de molécules individuelles. Ce nombre, dit nombre d'Avogadro, pour 23 un volume de 22,4 litres, a une valeur proche de 6  ×  10 . e Controversée tout au long du xix siècle, la théorie atomique de Dalton fut e corroborée, au début du xx siècle, par les découvertes de la physique atomique.
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MOLÉCULE

Assemblage d'atomes dont les positions relatives sont plus ou moins fixées, la molécule possède une forme caractéristique et est dotée d'une certaine permanence.

Naissance et évolution de la notion de molécule

L'intuition corpusculaire selon laquelle la matière est constituée de minuscules granules remonte aux philosophes grecs de l'Antiquité. L'Anglais John Dalton, en 1803 de manière allusive, puis en 1808 de façon plus formelle et détaillée, émit l'hypothèse atomique : chacun des éléments est formé d'atomes spécifiques. Les molécules sont faites de ces atomes, en petit nombre. Dalton hésitait sur la formulation adéquate de l'eau, pour prendre cet exemple. Était-elle OH, OH2 ou O2H, où O désigne un atome d'oxygène et H un atome d'hydrogène ?

Durant la décennie suivante, Amedeo Avogadro et André-Marie Ampère, au vu des déterminations volumétriques de Gay-Lussac et d'autres, émirent une conjecture hardie, qui s'avéra d'une immense fécondité : dans des conditions standards de pression et de température ambiantes, un même volume de gaz, quel qu'il soit (oxygène, hydrogène, azote, eau, etc.), contient le même nombre de molécules individuelles. Ce nombre, dit nombre d'Avogadro, pour un volume de 22,4 litres, a une valeur proche de 6 × 1023.

Controversée tout au long du xixe siècle, la théorie atomique de Dalton fut corroborée, au début du xxe siècle, par les découvertes de la physique atomique. Entre-temps, la détermination des masses atomiques avait permis d'établir la formule de l'eau comme H2O. La masse d'une mole d'eau, c'est-à-dire du nombre d'Avogadro de molécules individuelles, est de 18 grammes. Cela vient de ce que, les masses étant additives, une mole d'atomes d'hydrogène a une masse de 1 gramme, et une mole d'atomes d'oxygène une masse de 16 grammes.

Les molécules usuelles ont des masses comprises entre 2 (celle de la molécule de dihydrogène H2) et environ 1 000. C'est le cas, par exemple, de l'aspirine, de la vitamine C et du cholestérol. La plupart des médicaments se situent aussi dans cette même fourchette de masses moléculaires.

La notion de molécule ne se borne pas à une inscription alphanumérique du type H2O : elle s'accompagne de l'idée qu'il y a là un objet qui, bien que microscopique, a une forme précise. Dans l'exemple de la molécule d'eau, les trois atomes H, O et H occupent ainsi les sommets d'un triangle, l'angle HOH étant de l'ordre de 1080. Déjà au xviiie siècle, René Just Haüy, qui fut le « père » de la cristallographie, avait très justement inféré de la symétrie sénaire des cristaux de glace, tels qu'ils apparaissent dans les flocons de neige, cette forme coudée pour les molécules d'eau. Ampère, en 1814, proposa que les molécules ont pour formes des polyèdres représentatifs, en petit nombre. Mais cette intuition pénétrante ne commença d'être admise que dans les années 1850-1860, avec l'avènement des formules structurales.

Une étape décisive, non seulement dans la conceptualisation de la molécule, mais aussi dans sa banalisation, fut sa commercialisation. Aujourd'hui, des officines spécialisées vendent sur catalogue des produits chimiques par milliers. Ce négoce se mit en place à la fin du xixe siècle, dans la foulée du commerce, plus ancien, de substances naturelles telles que gommes, laques, vernis, huiles essentielles ou colorants. Il prit son essor surtout après le milieu du xxe siècle, portant bien davantage sur des molécules synthétisées que sur des molécules extraites de plantes.

Au xxe siècle, d'abord dans les années 1930 pour quelques cas isolés, puis en grand nombre à partir des années 1960 grâce à la mise en place d'une radioastronomie, des molécules furent découvertes, partout dans l'Univers, dans l'espace interstellaire. Il s'agit d'édifices relativement petits, avec des masses moléculaires généralement inférieures à 100, ayant de petits nombres d'atomes, une demi-douzaine au maximum, faites surtout des éléments hydrogène, carbone, azote et oxygène. On en connaît à présent plus d'une centaine.

Macromolécule

Durant le xixe siècle, de nombreux scientifiques avaient refusé la notion d'objet moléculaire du fait de son caractère conjectural, de son manque de réalité. Cette mise en doute persista au xxe siècle, jusque vers 1935, à propos de la macromolécule, la molécule géante dont sont faits les polymères tant biologiques qu'artificiels. La difficulté conceptuelle était de taille, si l'on ose dire : il fallait admettre qu'un édifice moléculaire peut outrepasser, et de beaucoup, la dimension de la maille cristalline qui, pourtant, l'englobe (la maille cristalline est l'élément de volume qui, indéfiniment répété dans les trois dimensions de l'espace, correspond à un cristal donné). On doit au chimiste allemand Hermann Staudinger et à son opiniâtreté d'avoir imposé cette notion de macromolécule.

Une macromolécule possède plusieurs centaines d'atomes, pour le moins ; et sa masse moléculaire se chiffre en millions. Parmi les molécules biologiques, l'amidon, la cellulose, l'ADN, les protéines sont des macromolécules. Parmi les polymères artificiels, on compte les plastiques : polyéthylène, polystyrène, Nylon, Téflon, etc.

Les macromolécules, en règle générale et en dépit du paradoxe signalé ci-dessus, sont réticentes à former des édifices cristallins. Cela compliqua leur étude structurale, car la diffraction des rayons X par un cristal est une voie royale de détermination des positions relatives des atomes dans une molécule, ou une macromolécule.

Les macromolécules biologiques s'apparentent à des textes intelligibles. Un acide nucléique tel que l'ADN est un support d'informations, tout comme une page imprimée ou un disque porteur de données audiovisuelles. Le génome en est formé, et les gènes qui le constituent sont porteurs de l'information génétique, c'est-à-dire du plan directeur d'un organisme quelconque, organisant son existence presque entière, son existence biologique tout au moins, à l'avance et par le menu. Lorsque cette information, inscrite sur l'ADN, est traduite, des molécules de telle ou telle protéine, elles aussi des macromolécules, sont synthétisées par l'organisme. La séquence des acides aminés individuels dans cette macromolécule protéique est dictée par celle des bases nucléiques, appelées codons, dans l'ADN de départ.

Chacune des protéines, que caractérise donc une séquence particulière d'acides aminés, adopte dès lors une forme ou conformation qui lui est propre. Nombre de protéines montrent ainsi dans leur structure spatiale de petites logettes qui les rendent aptes à accueillir des molécules plus petites. Ce rôle de récepteur biologique rend compte de nombreux phénomènes, qui vont de l'olfaction à l'action hormonale ou médicamenteuse. La petite molécule se fixe, elle vient s'emboîter dans le récepteur protéique, car ce dernier lui est complémentaire par la forme.

C'est ainsi que, pour les pharmacologues, pour les psychiatres et, dans une certaine mesure, pour le grand public, le mot molécule est devenu synonyme de médicament, la partie étant prise pour le tout.

Ainsi, la molécule a subi deux, voire trois glissements de sens successifs. De miette de matière, elle devint une architecture en miniature ; de celle-ci, elle est passée à un texte, pour ce qui est d'un biopolymère comme l'ADN ; ou, ce qui revient presque au même, à un message, dans le cas d'une molécule de médicament, dont la fixation sur un récepteur enclenche une réponse de l'organisme.

Auteur: Pierre LASZLO