Alimentation

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Classe(s) : Tle ST2S | Thème(s) : Alimentation

Alimentation

L’alimentation fournit à l’organisme les molécules qui lui sont indispensables. Ces molécules sont utilisées comme source d’énergie ou comme matériaux de construction de l’organisme. L’alimentation apparaît ainsi comme un facteur important ayant une influence sur le développement et la santé.

1Des aliments aux molécules

A Les groupes d’aliments


Les aliments sont les différentes substances complexes que l’organisme doit prélever dans le milieu extérieur pour assurer son fonctionnement (apport de matériaux et/ou d’énergie).

Les nutriments sont obtenus par digestion des aliments ; ils passent dans le sang et sont utilisés par les cellules.

Les aliments sont classés en 7 catégories au sein desquelles la « valeur » diététique est la même : 2 aliments d’une même catégorie apportent les mêmes nutriments, en quantités semblables (pour une portion moyenne), et assurent les mêmes apports énergétiques. On parle alors d’équivalence alimentaire.

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Les mots à savoir

Les fibres sont des glucides non digestibles ; ce ne sont donc pas des nutriments, mais elles jouent un rôle dans le transit intestinal.

B L’eau dans l’organisme


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L’eau a pour formule chimique H2O. Elle représente environ 60 % de l’organisme humain, soit 42 litres pour une personne de 70 kg. Le reste de la matière vivante constitue la matière sèche.

L’eau est répartie en différents compartiments dont les trois principaux sont l’eau intracellulaire (26,5 litres), le liquide interstitiel et la lymphe (11 litres) et le plasma (partie liquide du sang, 3 litres).

Elle passe d’un compartiment à l’autre par le phénomène d’osmose : l’eau se déplace toujours du compartiment le moins concentré vers le compartiment le plus concentré.

C Les biomolécules


Les biomolécules sont des constituants de la matière vivante et des aliments. Elles correspondent aux molécules organiques qui possèdent l’élément carbone. Ces dernières sont les biomolécules au sens strict ; elles sont d’origine vivante et comprennent glucides, protides, lipides et vitamines.

Les molécules organiques sont très variées, il s’agit essentiellement de polymères ou macromolécules : protéines, ADN, ARN, glycogène. Un polymère est une molécule de très grande taille qui résulte de l’assemblage d’un grand nombre de sous unités : les monomères.

Les monomères sont des molécules organiques de petite taille, par exemple les oses ou les acides aminés. Ils sont peu nombreux mais permettent la synthèse d’une variété infinie de polymères.

On distingue quatre familles de biomolécules : les glucides, les lipides, les protides et les acides nucléiques.

Les glucides sont des biomolécules comportant au moins un ose. Ils comprennent les oses (monomères) et les osides, qui libèrent des oses par hydrolyse. Dans les osides, on distingue les polyosides et les diosides ou diholosides.

Les oses sont les monomères des glucides ; ils sont présents en petite quantité dans l’organisme.

• Le glucose est le principal ose. C’est un hexose (ose à 6 carbones), sa formule brute est C6H12O6. C’est un substrat énergétique qui couvre environ 50 % des besoins en énergie de l’organisme ; il est utilisable par toutes les cellules. Il est principalement fourni par l’alimentation, mais sa synthèse est également réalisée par le foie.

• Les principaux autres oses sont des hexoses (fructose, galactose, mannose) et des pentoses (ose à 5 carbones) : ribose et désoxyribose qui sont présents dans les nucléotides (ATP par exemple) et les acides nucléiques (ADN et ARN).

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• Les diosides résultent de l’association de deux oses par une liaison osidique ; ce sont donc des dimères (association de deux monomères). Les principaux diosides sont le lactose (glucose + galactose), le saccharose (glucose + fructose), et le maltose (glucose + glucose).

• Les polyosides sont des polymères glucidiques comportant plusieurs centaines à plusieurs milliers d’oses. Il existe 3 polyosides importants en biologie :

le glycogène qui comporte jusqu’à 15 000 unités glucose ; c’est un polyoside de réserve présent dans les cellules hépatiques (réserve de glucose pour maintenir la glycémie) et musculaires (réserve d’énergie pour la contraction) ;

l’amidon qui est un polyoside végétal proche du glycogène ; il est abondant dans les aliments dits « féculents », principales sources de glucides. Après hydrolyse dans le tube digestif, il fournit du glucose à l’organisme ;

la cellulose qui est un polymère de glucose présent dans la paroi des cellules végétales ; c’est un polyoside de structure. La cellulose n’est pas digérée par notre organisme.

Les protides sont des biomolécules comportant au moins un acide aminé. Ils comprennent : les acides aminés (monomères des protides), les peptides qui libèrent un petit nombre d’acides aminés par hydrolyse, et les protéines qui sont des polymères de plusieurs centaines d’acides aminés.

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Les acides aminés sont de petites molécules comportant 2 fonctions : acide « —COOH » et amine « —NH». Ceci leur procure une propriété essentielle : 2 acides aminés peuvent réagir l’un sur l’autre, avec élimination d’eau, pour donner une liaison peptidique (CONH). Il en résulte la formation des polymères protidiques. Les acides aminés, au nombre de vingt, diffèrent par le radical. Neuf d’entre eux sont indispensables et doivent être fournis par l’alimentation.

Les peptides comportent moins de cinquante acides aminés, les plus grands sont appelés polypeptides. Ils sont très peu abondants, mais ils possèdent des fonctions importantes, par exemple moduler l’activité cellulaire (hormone, cytokine).

Les protéines sont les constituants organiques les plus abondants du vivant (environ 20 % de la masse des cellules). Une protéine est constituée par l’enchaînement linéaire d’un grand nombre d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Il faut au moins 50 acides aminés pour constituer une protéine.

La nature de l’enchaînement des acides aminés définit la séquence primaire de la protéine. Chaque cellule comporte plusieurs milliers de protéines. Elles ont un rôle structural, par exemple au niveau des membranes, et assurent également des fonctions spécifiques, par exemple récepteur, transporteur, enzyme, anticorps.

Les lipides sont des biomolécules comportant au moins un acide gras. Les principaux lipides sont les acides gras, les triglycérides et les phospholipides. Les lipides sont apolaires et hydrophobes. On élargit souvent la définition de lipides aux biomolécules hydrophobes, ce qui permet d’y inclure le cholestérol notamment.

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Les acides gras sont des acides organiques comportant au moins 4 atomes de carbones, le nombre d’atomes de carbones étant toujours pair. Leur formule générique est R—COOH, la plupart des acides gras possèdent 16 C ou 18 C. On distingue les acides gras :

– saturés (molécule 1 figure 4) sans double liaison ;

– monoinsaturés (molécule 3 figure 4) avec une seule double liaison ;

– polyinsaturés (molécule 2 figure 4) avec plusieurs doubles liaisons. Deux acides gras polyinsaturés, l’acide linoléique et l’acide linolénique, sont indispensables dans l’alimentation.

Tous les acides gras sont des sources d’énergie pour les cellules.

Les triglycérides sont des triesters de glycérol comportant 3 acides gras. Ce sont des molécules hydrophobes présentes sous forme de gouttelettes dans les cellules. Les triglycérides sont des réserves d’énergie.

Les phospholipides sont des molécules amphiphiles : une partie hydrophobe (2 chaînes d’acides gras) et une partie hydrophile (un groupement phosphate). Les phospholipides sont des molécules structurales très importantes présentes en double couche dans les membranes.

Le cholestérol est un alcool gras. On le trouve principalement dans les membranes, mais il intervient aussi comme précurseur des hormones stéroïdes.

Les acides nucléiques regroupent deux types de molécules : l’ADN (acide désoxyribonucléique) et l’ARN (acide ribonucléique). Les acides nucléiques interviennent pour la conservation et l’expression du patrimoine génétique.

D Les vitamines et minéraux


Les vitamines sont des biomolécules non énergétiques, nécessaires au bon fonctionnement des cellules en très petite quantité et obligatoirement fournies par l’alimentation. Les vitamines sont classées selon leur solubilité : il y a 7 vitamines hydrosolubles (vitamine C et vitamines du groupe B) et 4 vitamines liposolubles (A, D, E, K).

Les minéraux sont les éléments constitutifs de l’organisme qui ne comportent pas de carbone. Les macroéléments, environ 4 % de la masse corporelle, ont un rôle constitutif ; ils sont présents sous forme d’ions dans le squelette (3/4 de la masse minérale) et dans les tissus mous. Principaux cations : Ca2 +, Na +, K ; principaux anions : Cl-, HPO42-, SO42-.

Les oligoéléments sont présents à l’état de trace. On dénombre 13 oligoéléments parmi lesquels : le fluor, le fer, l’iode, le cobalt, le zinc… Les oligoéléments ont un rôle fonctionnel (sauf le fluor de l’émail dentaire), la plupart ont des fonctions catalytiques.

2L’équilibre alimentaire

A L’équilibre qualitatif et quantitatif


Les mots à savoir

La ration alimentaire correspond à l’ensemble des boissons et aliments consommés en une journée ; elle doit assurer des apports suffisants de matière et d’énergie.

Les apports quantitatifs (ou apports d’énergie) assurent le fonctionnement « basal » de l’organisme ainsi que les activités physiques. Ils sont assurés principalement par les glucides et les lipides qui libèrent respectivement 17 kJ et 39 kJ par gramme.

Certaines molécules ne sont pas synthétisées par notre organisme : elles doivent obligatoirement se trouver dans la ration alimentaire. Ces molécules sont appelées molécules indispensables. Pour d’autres molécules, il y a synthèse par notre organisme, mais en quantité insuffisante. On parle alors de molécules essentielles.

Les apports qualitatifs (ou apports de matière) permettent le remplacement des nutriments utilisés par le fonctionnement cellulaire.

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L’équilibre de la ration alimentaire doit se réaliser pour l’énergie, le type et l’origine des nutriments.

Pour l’équilibre énergétique, la ration alimentaire doit apporter environ 9 000 kJ par jour pour une femme et 12 000 kJ par jour pour un homme. Les besoins énergétiques augmentent lors de l’activité physique ou lorsque la température extérieure diminue. Ils augmentent également avec la masse corporelle. Les différents types de nutriments doivent être apportés en quantités suffisantes pour assurer le renouvellement des molécules.

Les lipides et protides doivent avoir des origines animales et végétales (suivant l’origine, la composition en nutriments varie).

Les apports glucidiques doivent pour leur part fournir des glucides à assimilation rapide, à assimilation lente et des fibres.

B Étude de quelques déséquilibres alimentaires


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On parle de déséquilibre lorsque les apports ne correspondent pas aux besoins de l’organisme. Les déséquilibres peuvent être spécifiques (un seul nutriment est concerné) ou globaux (plusieurs nutriments concernés).

L’obésité est un excès de tissus adipeux entraînant surpoids et complications de santé. On mesure l’obésité par l’indice de masse corporelle :

IMC = masse en kg/(taille en cm)2.

L’obésité est très souvent due à une ration alimentaire déséquilibrée, mais elle peut également résulter de facteurs génétiques ou de la prise de médicaments.

Elle peut conduire à des troubles articulaires ou ligamentaires, des difficultés respiratoires, des problèmes circulatoires et au diabète.

La prévention passe par la promotion d’une alimentation équilibrée et de l’activité physique, qui relèvent aussi du traitement de l’obésité, de même que des traitements médicamenteux (pour diminuer l’appétit) ou chirurgicaux (pour diminuer le volume de l’estomac).

Déséquilibre par carence. La carence peut être générale ou spécifique d’un nutriment. Les carences générales entraînent un amaigrissement pouvant aller jusqu’au marasme ou à la cachexie. Dans ce cas, les protéines de l’organisme sont utilisées pour produire de l’énergie et elles n’assurent donc plus leur fonction normale.

En cas de carence spécifique, les signes dépendent du nutriment qui est en quantité insuffisante. Par exemple, une carence spécifique en vitamine D (qui permet la fixation du calcium sur les os) entraîne le rachitisme : les os contiennent peu de calcium et le squelette est plus petit et plus fragile.

Les mots à savoir

Le marasme est un état de maigreur très importante.

La cachexie est une maigreur encore plus prononcée qui s’accompagne d’une altération importante de l’état général.

3Digestion et absorption

A Organisation et exploration de l’appareil digestif


La structure de l’appareil digestif

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L’appareil digestif comprend :

– des organes creux formant un tube de la bouche jusqu’à l’anus et qui constituent le tube digestif ;

– des glandes annexes qui fournissent les sécrétions nécessaires au fonctionnement du tube digestif.

La paroi du tube digestif est constituée de couches concentriques : une muqueuse, une sous-muqueuse et une couche musculaire qui permet les mouvements assurant la progression des aliments dans le tube digestif. Dans la cavité abdomino-pelvienne, le tube digestif est entouré par le péritoine (une séreuse).

La muqueuse intestinale est repliée pour former les valvules conniventes ; la surface des valvules forme elle-même des villosités. Enfin, la surface des entérocytes (cellules intestinales) comporte des microvillosités. Ces trois types de repliements de la surface intestinale permettent d’augmenter la surface du tube digestif et donc la surface d’absorption. Ce phénomène physiologique se trouve ainsi favorisé.

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Une technique d’exploration de l’appareil digestif : la fibroscopie

La technique de la fibroscopie utilise deux fibres optiques introduites par les voies naturelles ou après incision. L’une des fibres permet d’éclairer la cavité ou l’organe à observer et l’autre permet de rapporter l’image hors de l’organisme. On peut ainsi observer la bouche, l’œsophage et l’estomac (passage par voie buccale), l’iléon, le côlon et le rectum (passage par voie anale).

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La fibroscopie permet d’obtenir des images de l’appareil digestif et de sa muqueuse, et d’en observer les lésions. Elle peut également permettre la réalisation d’actes chirurgicaux simples (prélèvement de biopsie, ablation de tumeurs…). En revanche, c’est une technique invasive (risque d’infection et de lésion) et qui nécessite parfois une anesthésie générale.

La vascularisation de l’appareil digestif

Le tube digestif possède une double vascularisation, sanguine et lymphatique. La vascularisation sanguine hépatique est double : apport de sang hématosé par l’artère hépatique et apport de sang (non hématosé) chargé de nutriments par la veine porte hépatique.

Le système sanguin, comme le système lymphatique, possède des ramifications dans chaque villosité intestinale.

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B La digestion


Les phénomènes mécaniques. Au niveau de la bouche, les aliments sont coupés et broyés par les dents ; ils constituent le bol alimentaire. Celui-ci est transformé en chyme au niveau de l’estomac, puis en chyle au niveau de l’intestin.

Tableau 1 : Les principaux phénomènes mécaniques de la digestion

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Les phénomènes chimiques permettent d’hydrolyser les macromolécules en molécules plus petites qui pourront être absorbées à travers la paroi intestinale. Ces réactions sont catalysées (accélérées) par des enzymes, apportées par les différentes sécrétions digestives.

Pour que la digestion des lipides puisse se réaliser, il y a également nécessité de bile, qui permet le mélange des lipides (qui sont hydrophobes) et des enzymes (qui sont en solution aqueuse) ; les lipases peuvent ainsi agir sur les lipides.

Les réactions finales d’hydrolyse sont réalisées par les ecto-enzymes : enzymes fixés sur la paroi des entérocytes et qui hydrolysent les peptides, les dextrines, les phospholipides…

Tableau 2 : Les principaux phénomènes chimiques dus aux sécrétions digestives

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C L’absorption digestive


Généralités sur l’absorption

L’absorption digestive correspond au passage des molécules résultant de la digestion (qui se trouvent dans la lumière du tube digestif) à travers la paroi intestinale pour aller dans le milieu intérieur de l’organisme. Suivant les nutriments considérés, l’absorption se réalise de façon passive (sans consommation d’énergie) ou de façon active (avec consommation d’énergie). De plus, en fonction du caractère hydrophile ou hydrophobe des nutriments, l’absorption permettra le passage dans le sang ou la lymphe.

Glucides et acides aminés : absorption par la voie sanguine

Les monosaccharides résultant de la digestion des glucides sont absorbés dans l’intestin grêle. Ils pénètrent dans les entérocytes grâce à un transport actif associé au sodium. Après leur pénétration dans les entérocytes, les glucides passent dans les capillaires sanguins digestifs.

Les acides aminés résultant de la digestion des protides entrent dans les entérocytes au niveau de l’intestin grêle par transport actif. Ils passent ensuite par diffusion dans les capillaires sanguins.

Lipides : absorption par la voie lymphatique

Les lipides sont lipophiles et ne nécessitent donc pas de transporteur pour pénétrer dans les entérocytes. Là, ils s’associent à des apoprotéines pour former des lipoprotéines. Ces structures permettent de solubiliser les lipides (qui sont hydrophobes) dans le milieu intérieur, mais leur taille importante empêche leur entrée dans les capillaires sanguins. Les lipoprotéines passent donc par la voie lymphatique (les pores des capillaires lymphatiques sont plus gros que ceux des capillaires sanguins). Cette absorption des lipides se déroule au niveau de l’intestin grêle.

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L’eau est absorbée par un phénomène appelé l’osmose. Elle passe spontanément des zones les moins concentrées en soluté vers les zones les plus concentrées en soluté. Au niveau digestif, l’eau passe donc de la lumière intestinale (peu concentrée) vers le milieu intérieur (plus concentré du fait de l’absorption digestive).

D Une pathologie digestive : le manque de lactase


Le lactose (glucide principal du lait) est normalement hydrolysé par une enzyme appelée la lactase. Lorsqu’il n’y a pas assez de lactase, le lactose n’est pas hydrolysé et ne peut pas être absorbé. Il reste alors dans la lumière intestinale, ce qui induit une rétention d’eau dans les selles (la lumière intestinale étant plus concentrée que normalement en nutriments) et donc des diarrhées. De plus, le lactose du tube digestif est alors dégradé par les bactéries intestinales avec production de gaz. Cela induit des ballonnements et des douleurs abdominales.

Le traitement est en théorie simple : il faut supprimer le lactose de l’alimentation, afin d’éliminer les troubles liés à la consommation de lait. Lorsque l’intolérance n’est pas totale (alactasie partielle), la mise en œuvre est relativement simple, car de faibles quantités de lactose sont alors tolérées. En revanche, lorsque l’intolérance est prononcée, la mise en œuvre est complexe du fait de la présence dans de nombreux produits alimentaires de lactose « caché » : on retrouve des dérivés laitiers dans les pâtisseries industrielles, mais également dans les plats cuisinés, dans certaines charcuteries, dans certains pains, dans les bonbons, etc.

On peut également limiter les troubles en prenant avant les repas des comprimés renfermant de la lactase. Cette dernière agira sur le lactose alimentaire pour l’hydrolyser et diminuer les symptômes. Ce traitement doit être renouvelé avant chaque repas car la lactase exogène est rapidement dégradée dans le tube digestif.