Chapitre 3 : Des aliments aux nutriments

Les fonctions de nutrition

Auteur : Yves Kuster Formateur SVT ESPE de Bretagne

Objectifs Ce cours en ligne vous apportera une information de base, richement illustrée, concernant les fonctions de nutrition. Ce    

cours sur les fonctions de nutrition est divisé en 4 chapitres : Chapitre 1 : La construction de la matière vivante Chapitre 2 : L’alimentation animale et humaine Chapitre 3 : Des aliments aux nutriments Chapitre 4 : L’apport des nutriments et de l’oxygène aux cellules de l’organisme Un ensemble d’exercices accompagne chaque chapitre.

Pour en savoir plus sur le sujet : Wikipédia http://fr.wikipedia.org/wiki/Physiologie#Syst.C3.A8me_digestif.2C_aliment ation_et_excr.C3.A9tion Site « La main à la pâte » http://www.lamap.fr/?Page_Id=16&Element_Id=1022&DomainScienceT ype_Id=3

Chapitre 3 – Des aliments aux nutriments 1 – La digestion : une simplification moléculaire 1.1

– Un peu d’histoire

Longtemps considérée comme une simple trituration ou fragmentation mécanique des aliments commençant dans la bouche (rôle des dents) et se poursuivant dans l’estomac (muscles), il faut attendre le XVIIIème siècle avec les travaux de Réaumur et de Spallanzani pour établir l’idée que la digestion est un ensemble de transformations chimiques.

Exercice 1 : Spallanzani

Les

travaux

de

Réaumur

et

de

1 – Les observations de Réaumur (1683 – 1757) « Une buse d’une grosse espèce à qui j’avais seulement arraché quelques plumes des ailes pour la laisser vivre en liberté dans mon jardin, fut destinée à des expériences auxquelles eut pu servir tout autre oiseau carnassier. Je plaçai dans un gros tube de fer blanc ouvert par les deux bouts, un morceau de viande qui l’égalait presque en longueur et qui n’avait guère que le tiers de son diamètre (…). Le tube ainsi garni de viande fut donné à la buse pour son premier déjeuner, à sept heures du matin. Dès que je l’eus introduit dans son gosier, mes doigts le saisirent par dehors à travers des plumes et des membranes du canal, pour le faire descendre peu à peu jusqu’à l’estomac. Ce ne fut que le lendemain que je trouvai le tube qu’elle venait de rendre : il avait toute sa rondeur, on ne découvrait sur sa surface extérieure aucune trace de frottements. Le morceau de viande avait été réduit peut être du quart de son premier volume et de son premier poids ; ce qui en restait était couvert par une espèce de bouillie, venue probablement de celles de ses parties qui avaient été dissoutes. Le reste de la chair avait perdu sa consistance ; en la tirant doucement avec la pointe d’un canif, on la mettait en charpie ; son odeur n’était point celle de la viande pourrie.

Extrait de « Observations sur la digestion des oiseaux » - Réaumur

Remarque La buse comme beaucoup de rapaces rejette par le bec la partie non digestible de ses aliments. 2

– Les travaux de l’abbé Spallanzani (1729 – 1799)

Spallanzani fut le premier biologiste à tenter des digestions expérimentales hors de l’organisme (digestions in vitro). IL se procure du suc gastrique (sécrété par els glandes de la paroi de l’estomac) sur des oiseaux à jeun (poules, oies…). Avec le suc gastrique ainsi recueilli, il réalise une expérience devenue célèbre et résumée par le schéma ci-dessous. Pour que ces tubes soient

maintenus à une température constante, proche de celle du corps, Spallanzani qui n’avait pas d’étuve, les place pendant trois jours sous ses aisselles.

Expérience de digestion in vitro de Spallanzani

Quelle hypothèse, Réaumur cherchait-il à valider ? supplémentaires apportent l’expérience de Spallanzani ?

2.1

Quelles

informations

– La digestion : une simplification moléculaire

Exercice 2 : Etude expérimentale de la digestion Analyser l’expérience proposée ci-dessous. La comparer à l’expérience de Spallanzani. Confirme-t-elle l’idée qu’un suc digestif est à l’origine d’une transformation chimique de certains aliments.

Le problème est alors de savoir si cette transformation chimique appelée liquéfaction est une simple dissolution en présence d’un suc digestif ou bien une véritable modification chimique des aliments. L’amidon est une molécule de très grande dimension, c’est un polymère de glucose, c'est-à-dire un enchaînement de plusieurs centaines de molécules de glucose. Sous l’action de la salive, les grosses molécules d’amidon se fragmentent en une petite molécule, le maltose (association de 2 glucoses).

Cette transformation d’une grosse molécule organique en molécules plus petites constitue une simplification moléculaire ou digestion chimique. Les trois familles de constituants organiques que sont les glucides, les lipides et les protides peuvent être l’objet d’une simplification moléculaire : - les glucides en sucres simples comme le maltose ou le glucose - les lipides en acides gras et glycérol - les protides en acides aminés

Comment la salive agit-elle ? La simplification moléculaire de l’amidon est réalisée en présence de salive à 37°C en une dizaine de minutes. La salive accélère la transformation de l’amidon tout en agissant dans des conditions compatibles avec la vie de l’organisme : elle joue le rôle d’un catalyseur. On peut extraire de la salive une substance chimique qui sert de catalyseur. Une telle substance présente dans un suc digestif et qui accélère le déroulement de certaines réactions chimiques est appelée une enzyme.

Toutes les enzymes possèdent les caractéristiques suivantes : - ce sont des molécules organiques (des protéines) ; - elles sont détruites par la chaleur (au dessus de 50°C) ; - elles ont un maximum d’efficacité vers 37°C (la température du corps) ; - elles ne catalysent qu’une réaction chimique bien précise : elles sont spécifiques ; - elles n’agissent que dans des conditions de pH bien précises. Ainsi la salive n’est active qu’en milieu neutre alors que le suc gastrique n’agit qu’en milieu acide. - elles ne sont pas modifiées par la réaction chimique qu’elles catalysent. Tout au long de leur progression dans le tube digestif, les aliments subissent des transformations chimiques (simplifications moléculaires). Ces transformations s’effectuent grâce à l’action d’enzymes contenues dans les sucs digestifs sécrétées par un ensemble de glandes digestives. Pour arriver à une vue d’ensemble de la digestion, il convient donc de suivre le trajet des aliments.

1.3 – La structure du tube digestif

L’appareil digestif comprend :

- le tube digestif formé successivement de la cavité buccale, de l’œsophage, de l’estomac, de l’intestin grêle et du gros intestin ; - les glandes digestives qui sont de deux sortes : les premières sont contenues dans la paroi même du tube digestif : estomac et intestin grêle ; les secondes, plus volumineuses, sont à proximité et déversent leur contenu dans le tube digestif : glandes salivaires, pancréas et la vésicule biliaire (au niveau du foie). La progression des aliments s’effectue grâce à la contraction des muscles de la paroi du tube digestif. Dans l’estomac où les aliments séjournent plusieurs heures, ils sont longuement brassés.

1.4 – Les grandes étapes de la digestion La digestion comporte deux sortes d’actions complémentaires : des phénomènes mécaniques : mastication, brassage dans l’estomac et dans l’intestin grêle. Les aliments sont fragmentés en une bouillie fine et mélangés aux sucs digestifs. des phénomènes chimiques qui se produisent sous l’action des enzymes des différents sucs digestifs : simplifications moléculaires.

La digestion s’achève dans l’intestin grêle. Les aliments ingérés, à l’exception des fibres végétales cellulosiques, sont transformés en un liquide blanchâtre comprenant : - de l’eau - des sels minéraux qui existaient dans les aliments et qui ne sont pas transformés ; - des sucres simples résultant de la digestion des glucides ; - des acides aminés provenant de la digestion des protéines ; - des acides gras et du glycérol provenant de la digestion des lipides. Toutes ces substances sont utilisables par l’organisme et sont qualifiés de nutriments. Les nutriments vont passer dans le sang au niveau de l’intestin grêle : c’est l’absorption intestinale.

Remarque La bile qui ne contient pas d’enzymes n’est pas un suc digestif. Toutefois elle facilite la digestion des lipides en stabilisant l’émulsion (fines gouttelettes de lipides en suspension dans le bol alimentaire) créée par le brassage des aliments dans l’estomac et dans l’intestin grêle.

2 – L’absorption intestinale 2.1 – Les villosités intestinales L’intestin grêle présente de nombreux replis recouverts de millions de petites saillies appelées villosités qui donnent à sa surface interne un aspect caractéristique.

Lumière intestinale

Repli avec villosités intestinales

Paroi intestinale

Villosités intestinales (MO X300)

Villosités intestinales (Microscopie électronique à balayage X300)

Microvillosités intestinales (Microscopie électronique à transmission X12500)

2.2 – Relations entre les villosités intestinales et le milieu intérieur L’ensemble des replis, villosités et microvillosités intestinales forme avec le milieu intérieur une surface d’échanges considérable au niveau de laquelle les aliments digérés vont passer : - dans le sang : eau, sels minéraux, sucres simples (glucose), acides aminés ; - dans la lymphe : produits de la digestion des lipides. L’absorption est à peu près terminée lorsque le contenu intestinal arrive dans le gros intestin. Le gros intestin est le siège : - d’une important absorption d’eau. Ainsi les résidus de la digestion deviennent de plus en plus solides et forment la matière fécale. - de transformations chimiques d’une partie de la cellulose sous l’action de bactéries de la flore intestinale. Ces fermentations bactériennes produisent du glucose qui est absorbé.

Lumière du tube digestif

Eau, sels minéraux, glucose, acides aminés Acides gras, glycérol

Paroi du tube digestif

Retenir Une surface -

d’échanges se caractérise par : la taille considérable de la surface par rapport au volume ; la finesse de la surface la très riche vascularisation de la surface

CORRECTION DES EXERCICES Exercice 1 : Spallanzani

Les

travaux

de

Réaumur

et

de

Réaumur, par ses observations sur la digestion des oiseaux fut le premier scientifique à montrer que certains aliments subissent, dans l’estomac, une modification en dehors de toute action mécanique. Son hypothèse est que la digestion n’est pas seulement « l’ouvrage de la trituration, un broyage des aliments, en quelque sorte comme des grains de blé sous la meule », mais qu’interviennent aussi des phénomènes chimiques que nous pouvons qualifier de « liquéfaction » des aliments. Par la suite, Spallanzani réalisa des digestions expérimentales hors de l’organisme (ou digestions in vitro), mettant ainsi en évidence, la liquéfaction de certains aliments par le suc gastrique produit par les glandes de la paroi de l’estomac. Mais en quoi consiste cette liquéfaction ? Comment se produit-elle ? (voir exercice 2)

Exercice 2 : Etude expérimentale de la digestion L’expérience présentée fournit un exemple simple de digestion in vitro : la digestion de l’amidon en présence de salive. Comparaison à l’expérience de Spallanzani : o expérience in vitro (tubes à essai) o expérience réalisée en ajoutant à un aliment un suc digestif (amidon/salive au lieu de viande/suc gastrique) o expérience réalisée à la température corporelle (37°C) On peut qualifier cette expérience de réplique de l’expérience de Spallanzani. L’analyse des résultats permet de montrer que dans le tube 2, en présence de salive, l’amidon disparaît progressivement (environ 12 minutes à 37°C) mais qu’apparaît en échange un sucre réducteur (réduit la liqueur de Fehling à chaud). Le tube 1 est un témoin qui permet de conclure à l’action de la salive. La salive est un suc digestif, elle permet la transformation de l’empois d’amidon en un sucre réducteur.