Cours de Nutrition Cours de Nutrition L2 L2 Les nutriments Luc Farout Maître de Conférence: Université de Nice Sophia Antipolis – bureau 204A –[email protected] L’eau introduction • Les nutriments sont des substances chimiques simples ou complexes caractérisées au plan chimique et ayant des activités métaboliques connues. • A côté des principaux nutriments: – Protides – Glucides – Lipides – Eau Une place importante est accordée aux minéraux, aux oligoéléments, et aux vitamines Constituant des organismes vivants, l’eau est un nutriment indispensable. La suppression de son apport entraîne la mort en quelques jours. Teneur en eau – Elle varie d’un tissu à l’autre: • • • • 83% dans le sang 70-75% dans le muscle 40-60% dans le squelette 10-35% dans le tissu adipeux – Teneur moyenne en eau de l’organisme humain: 60% – Variation de ce taux en fonction: • De l’adiposité • De l’âge • Du sexe 1 • • L’eau Compartiments corporels Dans l’organisme, l’eau se répartie en 2 secteurs La connaissance des compartiments corporels est importante en nutrition. Il existe différents modèles de compartiments Le secteur extracellulaire (20% du poids corporel) – L’eau plasmatique ou intravasculaire (5% du poids corporel) de composition et volume constants. Elle est riches en protéines (70-80 g/L) – L’eau interstitielle (15% du poids corporel) de composition variable selon sa localisation (lymphe, séreuses, eau intracellulaire). Elle est le plus souvent pauvre en protéines. – L’eau extracellulaire est liée aux ions Na+ et Cl-. glucides riche en ions PO4-, pauvre en Na+, Cl- – – – riche en protéines Solides extracellulaires protides Masse cellulaire active Le secteur intracellulaire (40% du poids corporel) est un milieu très différent du précédent: K+, • minéraux Mg+ Masse non grasse eau Liquides extracellulaires Répartition de l’eau entre les 2 secteurs varie au cours de la vie: – Le rapport eau extracellulaire / eau totale = 0,61 à la naissance – Le rapport eau extracellulaire / eau totale = 0,45 à l’age adulte – Le rapport eau extracellulaire / eau totale = 0,5 chez l’adulte agé lipides Rôle de l’eau lipides Masse grasse Besoins en eau L’eau est nécessaire à la vie, car: • Pertes fécales faibles (100-150 g/24 h), mais peuvent devenir importantes en cas de diarrhée • Elle assure l’équilibre osmotique • • Elle transporte les substances dissoutes te les déchets du métabolisme La perspiration insensible par la peau (sueur), les muqueuses, la respiration ⇒ 800-1000 g/24 h (en fait très variable, selon: humidité et température ambiante, l’activité physique,… • Les pertes urinaires qui constitue la fraction ajustable: la diurèse quotidienne moyenne = 1400 ml/jour est le résultat de la filtration glomérulaire qui atteint 140 L/jour, mais dont 99% sont réabsorbés. • En fait les besoin en eau varient en fonction de nombreux paramètres: • Elle fournit les ions H+ ou OH-, donc: – contribue au maintien du pH optimum – Intervient comme donneuse d’ions dans les réactions de synthèse et de dégradation – L’age: le nourrisson est très sensible au manque d’eau. Proportionnellement ces besoins équivalent à 2-3 fois ceux de l’adulte – Le teneur en Na de l’alimentation – Les besoins en eau sont proportionnels au niveau calorique de l’ingesta: en moyenne 1 ml d’eau pour 1 calorie alimentaire 2 Apports en eau régulation Ils proviennent de 3 sources: • L’eau de constitution des aliments: une alimentation variée fournit ± 1200 g d’eau • L’eau de combustion ou eau métabolique: produite par les réactions chimiques des nutriments représente ± 300 g par jour • L’eau de boisson est la part ajustable des apports hydriques. En moyenne 1000 g/24h ; en fait très variable entre 300-10000 g/24 h. • Ces différents apports sont mélangés dans le tube digestif, à l’eau contenue dans diverses sécrétions (salive, suc gastrique, bile,…) • L’absorption de l’eau est un phénomène passif dépendant des mouvements du Na • Apports: le besoin en eau est signalé par la sensation de soif, déclenchée par la déshydratation intracellulaire • Pertes: – L’organisme de contrôle pas les pertes insensibles – L’élimination urinaire peut être influencée par l’intervention de 2 hormones: • L’aldostérone qui favorise la réabsorption du Na+, et donc de l’eau • L’ADH, hormone anti-diurétique qui favorise la réabsorption de l’eau PROTIDES L’eau de boisson • Elle n’est pas pure: lors de son passage dans les sols l’eau s’enrichit en sels minéraux • Les protides sont des nutriments particulièrement importants: • L’eau distribuée par les réseaux d’adduction provient de sources, de lacs, de rivières ou de nappe phréatique • Les protides constituent la principale source d’azote: en moyenne 1g de N pour 6,25 g de protéine. • Elles subissent des traitements pour les débarrasser des impuretés, des bactéries, des virus et pour améliorer le goût (traitement au Cl ou O3) • Les protéines sont des macromolécules à structure complexe caractérisée par des chaînes polypeptidiques, la séquence de base étant composée par les acides aminés • • L’eau de boisson est une source non négligeable: Certains acides aminés sont indispensables (essentiels) car non synthétisés par l’organisme • L’absorption intestinale des protides nécessite leur hydrolyse préalable par les protéases digestives, car ne sont absorbés que: – D’oligoéléments – De sels minéraux – – – ce qui lui confère des qualités gustatives • Des eaux trop minéralisées peuvent être dangereuses (excès de Na) ou impropres à la cuisson • Les eaux trop dures sont impropres au lavage et à la cuisson et entartrent les canalisations • Les eaux trop douces (dites agressives) attaquent les canalisations et peuvent véhiculer des sels toxiques (Pb) – – 15-25% de la matière sèche des aliments L’Homme consomme chaque jour 60-100g de protides Les acides aminés Les dipeptides Certains tripeptides le pool d’acides aminés de l’organisme est dynamique: alimenté par les AA de l’alimentation et ceux fournis par la protéolyse corporelle • Les protéines de l’organisme ont des rôle particulièrement important dans tous les domaines de la vie (les enzymes sont des protéines) • Les protéines sont en permanence dégradées et resynthétisées • Les pertes d’azote et d’AA essentiels sont compensés par les apports alimentaires 3 L’unité de base de la protéine est l’acide aminé composé : – d’un radical +/- complexe – d’un acide organique: –COOH – d’une amine: -NH2 COOH R-CH NH2 • Chez l’Homme on dénombre une vingtaine d’AA. • L’organisme est capable d’en synthétiser 12 • Les 8 autres (AA essentiels) doivent être présents dans l’alimentation • Dans certaines situations physiologiques et/ou pathologiques, d’autres AA sont potentiellement indispensables Les acides aminés Protides: structure Les classer en fonction de leurs propriétés: -Acide -Alcool -Aliphatique -Amine -Aromatique -Imine -soufré Protides: classification • Acides aminés strictement indispensables: – Isoleucine – Phénylalanine - Leucine - Thréonine - Lysine - Tryptophane - Méthionine - Valine Les AA sont présents dans les aliments sous forme combinés, on distingue: – Les polypeptides: • • Acides aminés potentiellement indispensables: – Histidine (pendant la croissance) – Tyrosine - Cystine – Arginine - Glutamine Acides aminés non indispensables: – Acide aspartique – Acide glutamique - Alanine -Asparagine - Taurine - Proline - Glycine - Sérine - Ornithine -Cystéine • Formés de 2 AA = di-peptides • Formes de 3 AA = tri-peptides • Ou formés d’un petit nombre d’AA – Les holoprotéines ou protéines simples, associant des polypeptides, mais formées exclusivement d’AA – Les hétéroprotéines ou protéines conjuguées, constituée de polypeptides associés à d’autres composés (groupement prosthétique) Les protéines de l’alimentation sont un mélange de toutes ces formes, et devront subir une hydrolyse intestinale car seuls peuvent être absorbés les AA, les dipeptides et les tripeptides 4 Principales protéines alimentaires Protéines simples – – – – – Albumine (œuf, sang, lait) Globulines (muscle, sang, céréales, légumineuses) Glutélines (céréales) Protamine (sperme, œufs de poisson) Scléroprotéines (tissu conjonctif, phanères) Le taux insuffisant d’un AA essentiel retentit sur l’utilisation de tous les autres Protéines conjuguées – – – – – – – – Nucléoprotéines (liées aux Ac nucléiques) Glycoprotéines et mucoprotéines (liées à des sucres) Lipoprotéines (liées aux triglycérides et aux phospholipides) Phosphoprotéines (ex: créatine) Chromoprotéines (ex: hémoglobine) Métalloprotéines (avec 1 cation Fe, Cu, Mo) Flavoprotéine (avec riboflavine) Porphyrinoprotéine (avec porphyrine) Sources de protides • • • L’organisme synthétise les AA non indispensables, et toutes les protéines complexes, à condition de trouver dans l’alimentation tous les AA essentiels dans des proportions correctes (facteur limitant) Le transfert des AA des aliments dans le milieu intérieur est un processus complexe. L’évaluation de la digestibilité des protéines, variable selon l’origine et la nature des protéines alimentaires, est une étape importante pour juger de leur qualité nutritionnelle Protéines d’origine animale Les protéines alimentaires peuvent être d’origine animale ou végétale Pour l’ensemble des populations humaines: – Les sources végétales fournissent la majorité des protéines alimentaires: – Les sources animales représentent 20-25% • • 50-60% par les céréales 20% par les tubercules pays riches: 50% des protéines alimentaires sont d’origine animale, tiers-monde: 20% Origine animale Origine végétale Viande Œuf Lait Blé Soja Protéine en g/100 g 18 12 3,5 12 40 Valine (mg/g prot) 50 66 64 47 53 Leucine 81 86 95 72 85 Isoleucine 48 54 47 35 50 Lysine 89 70 78 31 70 Histidine 34 22 27 25 28 Phénylalanine + Tyrosine 80 93 102 80 88 Tryptophane 11 17 14 12 14 Thréonine 46 47 44 31 42 Méthionine + Cystéine 40 57 33 43 28 • Bonne digestibilité = facilement utilisables • Elles apportent tous les AA essentiels • Inconvénients: – Coût élevé: 1 animal doit consommer 10 Kg de protéines végétales pour produire 1 Kg de viande – Association fréquente avec des graisses (viandes grasses, fromages gras) 5 • Protéines d’origine végétale Les muscles (viande et filet de poisson) – Protéines myofibrillaires (50%): myosine, actine, tropomyosine, troponines, sont riches en AA essentiels – Protéines sarcoplasmiques (30%): myoglobine, hémoglobine, et nombreuses enzymes – Protéines du tissu conjonctif: collagène (riche en Gly, Pro, pauvre en AA essentiels) • L’œuf de poule: 13% de protéine, riche en AA indispensables – Le blanc: ovalbumine = phophoglycoprotéine dont la digestibilité est augmentée par chauffage – Le jaune associe diverses protéines et de lipoprotéines riches en phospholipides • • • Le lait contient une proportion de protéine variable selon l’espèce 10-200 g/L, riche en AA indispensables Protéine principale = caséine (80%) Présence de nombreuses protéines: lactalbumine, lactoferrine, immunoglobulines (IgA) Protéines d’origine végétale • Les protéines végétales sont souvent liées à des composés indésirables de nature très diverses: – Inhibiteurs enzymatiques (anti-protéase) – Inhibiteur de l’absorption intestinale (lectine) – Peptides toxiques: • Troubles neurologiques • Troubles endocriniens • Cancers • Les protéines sont souvent modifiées par un traitement préalable à leur consommation (cuisson le plus souvent) qui modifie +/-: – Leur digestibilité – Leur biodisponiibilité – Leur valeur nutritionnelle • Les graines de céréales: riz, blé, maïs, orge, seigle, sorgho, avoine • Les graines de légumineuses: pois, fève, lentilles, lupin, arachides, soja • Les graine d’oléagineuses: soja, arachide, tournesol, colza, noix • Les tubercules: pomme de terre, manioc – Protéines = 10% matière sèche – Protéines pauvres en glutamine, proline, lysine – Contiennent 20-40% de protéines – Riches en lysine, pauvres en AA soufrés – Protéines dont la teneur en AA essentiels est proche de celle des protéines animales – Exceptions: arachide déficient en AA soufrés soja déficient en méthionine – Teneur en lysine très variable – Déficient en AA soufrés Rôle des protéines (1) Les protéines ont de multiples rôles dans l’élaboration et le maintien du tissu vivant: – Enzymes qui catalysent toutes les réactions du métabolisme – Structure des cellules – Espaces intercellulaires Certaines protéines ont des fonctions particulières: – transporteurs d’ions ou autres substrats (hémoglobine, ferritine, apolipoprotéines) – Transport transmembranaire d’ions et autres molécules (glucose) – Défense immunitaire (anticorps) – Propriétés contractiles (myosine, actine) 6 Rôle des protéines (2) Protéines corporelles 10-12 Kg catabolisme • Le rôle énergétique des protéines est très secondaire: L’oxydation des AA jusqu’au stade d’urée fournit 4,31 Cal/g Apport moyen en protéines 60-100 g/jour ⇒ 240-400 Cal fournis par ces nutriments 250 g/jour anabolisme Acides aminés libres 50-80 g • Il n’y a pas de forme de réserve des protéines interconversion La mobilisation des AA est directement réalisée par l’intermédiaire des protéines fonctionnelles (musculaires) Pertes 80 g/jour • Dans l’organisme le renouvellement des protéines est incessant Dégradées, les protéines libèrent des AA qui sont alors aussitôt utilisés pour la synthèse d’autres protéines Le pool d’AA libres dans la cellule est faible et représente 0,5-1 % des protéines corporelles = 50-80 g Métabolisme des acides aminés (1) • – – – Histamine à partir de l’histidine Sérotonine à partir du tryptophane Adrénaline à partir de la dihydroxyphénylalanine (DOPA) Transamination NH2 COOH α-céto-glutarate acide aminé • • Chez l’adulte sain il y a équilibre entre la synthèse des protéines (anabolisme), et la protéolyse (catabolisme) • Chez l’enfant et l’adolescent l’anabolisme l’emporte (croissance) • Les pertes se font: – Un peu sous forme d’azote non uréique: sueurs, peau, selles (2g/24h) – Sous forme d’urée excrétée par le rein Métabolisme des acides aminés (2) Décarboxylation R-CH • Protéines alimentaires 80 g/jour Désamination oxydative NH2 R-CH + ½ 02 COOH R-CH NH2 H • Pour la synthèse protéique les AA proviennent: + CO2 glutamate acide-α-cétonique – De l’alimentation (après absorption intestinale) – Des protéines sécrétées par l’intestin est dégradées au cours de la digestion – De la production de l’organisme: • Issus de la protéolyse • Issus de la synthèse des AA (non essentiels) R-CO-COOH + NH3 7 régulation Les nouvelles protéines • Certaines hormones sont catabolisantes: elles augmentent l’utilisation des acides-α-cétoniques à des fins énergétiques, favorisant la production d’urée et le catabolisme des protéines (ex: cortisol) • Réponse aux besoins croissants de protéines de la population mondiale qui augmente constamment – Utilisation de protéines végétales jusque là délaissées pour l’alimentation humaine (tourteaux…) – Utilisation de protéines végétales jusque là inexploitable (nouvelles technologies) – Utilisation de micro-organismes • Certaines hormones sont anabolisantes: – – – – – L’insuline L’hormone de croissance L’insulin-like-growth-factor (IGF1) Les hormones androgénes (testiculaires et surrénaliennes) L’effet des oestrogènes est moins évident Les lipides • Les lipides constituent un groupe hétérogène de substances insolubles dans l’eau, mais dans les solvants organiques (alcool chaud, éther, chloroforme, benzène, hexane) • La structure de base est l’acide gras, constitué d’uns chaîne carbonée terminée par 1 radical acide: COOH • La majorité des lipides alimentaires est constituée de triglycérides = ester de glycérol et d’acide gras. • Les autres lipides sont des molécules plus complexes: phospholipides, cholestérol, sphingolipides, cérides. • Les lipides jouent un rôle énergétique important. Ce sont les nutriments qui possèdent le plus haut rendement calorique. • Mais les lipides ont aussi un rôle fonctionnel important: • – Lipides de constitution – Précurseurs lipidiques – Véhiculent les vitamines liposolubles Lipides: structure et classification Les acides gras • La plupart ont une forme linéaire répondant à la formule générale: CH3-(CH2)n-COOH où 2<n<20 • La longueur de la chaîne: caractérisée par le nombre d’atome de C (en général nb pair) • L’absence/présence de double liaison entre les C de la chaîne: • • La position des doubles liaisons par rapport au COOH détermine le nom chimique de l’AG La position de la première double liaison par rapport au CH3 détremine la dénomination physiologique de l’AG: classification en ω ou n- • On détermine des familles d’AG en ω3, ω6, ω7, ω9: • Des AG inhabituels peuvent être trouvés chez certains végétaux – – – – – – AG saturés: CH3-(CH2)n-COOH AG monoinsaturé = 1 double liaison AG polyinsaturé = 2 à plusieurs doubles liaisons AG monoinsaturé: acide oléique = C18:1ω9 CH3-(CH2)7-CH=C-(CH2)7-COOH AG polyinsaturés famille ω6, Acide liniléique C18:2ω6 CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH AG polyinsaturé famille ω3, acide linolénique C18:3ω3 CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH Certains AG sont essentiels, car non synthétisé par l’organisme 8 Glycérides Principaux Acides Gras • Acides gras saturés: – – – – – – – – – Butyrique Caproïque Caprylique Caprique Laurique Myristique Palmitique Stéarique Arachidique Représente la majorité des lipides alimentaires C4:0 C6:0 C8:0 C10:0 C12:0 C14:0 C16:0 C18:0 C20:0 • Acide gras monoinsaturés: • Acides gras polyinsaturés de la famille ω6: • Acide gras polyinsatueés de la famille ω3: – – – – – – – – Palmitoléique Oléique Erucique Linoléique Arachidonique Linolénique Ecosapentaénoïque (EPA) Docosahexaénoïque (DHA) C16:1ω7 C18:1ω9 C20:1ω9 C18:2ω6 C20:4ω6 C18:3ω3 C20:5ω3 C22:6ω3 H2C – O – R1 | HC – O – R2 | H2C – O – R3 si R = H glycérol • Triglycéride homogène: R1 = R2 = R3 • Triglycéride mixte: R1 ≠ R2 ≠ R3 • Nombre de combinaisons élévé: les triglycérides alimentaires sont des mélanges complexes Stérols Source de lipides alimentaires • Composé tétracyclique • 27 à 29 C • Lipide de constitution: entrent dans la composition des aliments: viande, poisson, jaune d’œuf, fromage, noix… • Dans le règne animal: uniquement représenté par le cholestérol • Très nombreuses variétés dans le règne végétal : polystérols dans les huiles de noix, de graines, de céréales, de fruits, dans le pain, les légumineuses et les légumes • Lipides ajoutés (ou d’assaisonnement): amélioration de l’agrément au goût • Dans les 2 cas, il s’agit essentiellement de triglycérides qui sont hydrolysés dans l’intestin en glycérol et AG • Dans les entérocytes, les triglycérides sont resynthétisés, puis intégré dans de grosses particules: les chylomicrons avant d’être largués dans la lymphe et le courant sanguin • Dans l’alimentation, il faut considérer : • Propriété hypocholestérolémiante des stérols végétaux (concurrence avec cholestérol lors de l’absorption intestinale) • La fonction alcool (OH) est soit libre, soit conjuguée avec un AG (cholestérol-ester) – – – La teneur totale en lipides Le % des AG: saturés, monoinsaturés, ⇒ essentiellement dirigés vers métabolisme énergétique Le % des AG polyinsaturés ⇒ activité fonctionnelle 9 Rôle des lipides Composition moyenne des huiles végétales Acides Gras Saturés Monoinsaturés polyinsaturés ω6 Arachide 25 40 35 ω3 Colza 7 60 26 Coprah 90 8 2 Maïs 15 30 55 2 Noix 10 15 65 10 10 Olive 15 75 Palme 50 40 10 Pépin de raisin 10 15 75 Soja 15 22 55 Tournesol 15 25 65 7 • Rôle énergétique – Plus fort rendement calorique: 1g de lipides = 9 Cal – La plupart des graisses alimentaires s’accumulent sous forme de réserve dans le tissu adipeux – Chez un homme ± 10 Kg de graisses de réserve = 90 000 Cal • Rôle de précurseur – Cholestérol ⇒ hormone stéroïdiennes (surrénalienne et sexuelle), sels biliaires ω6, ω3, EPA, DHA ⇒ prostaglandines, … • Rôle structurel – Membranes cellulaire, mitochondriale ⇒ phospholipides, cholestérol 8 Métabolisme des acides gras Métabolisme des triglycérides • L’intestin, le foie, la plupart des organes peuvent synthétiser des triglycérides à partir de glycérol et de 3 AG • Catabolisme oxydatif des AG = β-oxydation • Dans l’intestin, le foie, et la plupart des organes les triglycérides peuvent être hydrolysés en 3AG et glycérol (rôle des lipases) • La β-oxydation ne peut être réalisée qu’avec le AG saturés • Les AG insaturés doivent au préalable être saturés • Triglycérides lipases bien connues: – Lipoprotéine lipase: • Sécrétée par le tissu adipeux et les muscles striés • Se fixe sur les endothélium capillaires • Hydrolyse les triglycérides des lipoprotéines (chylomicron, VLDL) – Lipase hépatique: • Hydrolyse les triglycérides et phospholipides de plusieurs lipoprotéines (chylomicron, VLDL, HDL) 10 Métabolisme des phospholipides • Les phospholipides alimentaires sont hydrolysés dans l’intestin (phospholipase pancréatique) • Dans l’entérocyte, ils sont reconstitués et incorporés aux chylomicrons • Leur métabolisme est complexe et fait intervenir de nombreuses enzymes Différentes classes de glucide Sucres Oligosaccharides Sous classe Principaux glucides Monosaccharides Glucose, galactose, fructose Disaccharides Saccharose, lactose, thréalose Polyols Sorbitol, manitol Malto-oligosaccharides Maltodextrine Glucides • Glucide = hydrate de carbone C H O • Nutriments les plus consommés: 40-70% de l’apport énergétique total • Rôle essentiel: fournir à l’organisme le glucose • Pouvoir sucrant • Peut de réserve: glycogène hépatique et musculaire (épuisée en quelques heures) Classification des glucides: monosaccharides • Monosaccharides ou oses • Sucre en C5: pentose • Sucre en C6: hexose • Ils sont sous forme linéaire ou cyclique Autres oligosaccharides Fructo-oligosaccharides Polysaccharides Amidon Amylose, amylopectine Polysaccharides non amylacés Cellulose, pectine – – – – – – – Presque tous possèdent 5 à 6 C Soit fonction aldéhyde: aldose Soit fonction cétone: cétose Fucose Arabinose Xylose Ribose – – – – Glucose Galactose Manose Fructose – – Cycle se forme entre les C1 et C5 : pyranose Cycle se forme entre les C1 et C4 : furanose 11 Classification des glucides: disaccharides • Une molécule de glucose et un autre ose: – Saccharose = glucose + fructose – Lactose = glucose + galactose – Maltose = glucose + glucose Polysaccharides • Amidon = réserve de glucide chez les végétaux = source d’énergie majeure de l’alimentation humaine • Amidon formé de 100 à plusieurs milliers d’oses • L’amylose: chaîne linéaire de 600 à 6000 unités glucoses dont le % varie dans l’amidon selon son origine: – 30-60% dans les légumineuses – 15-30% dans les céréales – 15-20% dans les tubercules • L’amylopectine: 10 à 100 unités glocoses en structure ramifiée • Le glycogène est la forme de réserve des glucides dans le règne animal, même structure que l’amylopectine Sources de glucides • Les aliments d’origine animale apportent peu de glucides • Le glycogène de la viande: – est présent en faible quantité – disparaît rapidement après abattage • Le lait contient 40g de lactose /L – Lactose persiste dans les yaourts – Lactose disparaît des les fromages • Ce sont les végétaux qui apportent l’essentiel des glucides alimentaires Sucres simples • Principalement saccharose obtenu de la betterave, de la canne à sucre = 5-10% de la ration énergétique de l’adulte, 20% et plus chez l’enfant • Pour les 2/3, la consommation de sucre se fait par des produits industriels (sucreries, biscuits, chocolat, pâtisseries, soda) • L’industrie se procure le glucose par hydrolyse de l’amidon • Le glucose est présent dans certains fruits (raisins), le miel, certains légumes 12 Rôle nutritionnel Aliments amylacés • L’amidon est largement répandu dans les céréales, les légumineuses, les tubercules • Présent également dans quelques fruits: bananes, châtaignes • Les habitudes alimentaires évoluent: les sucres amylacés sont remplacés par des sucres simples • Rôle énergétique – Fonction essentielle des glucides – Quotient respiratoire des glucide proche de 1 • Effet sur la glycémie Valeur nutritive des principales céréales Céréales Cal Eau Protéines Amidon Lipides Fibres Blé 315 14 13 62 2 13 Maïs 362 12 12 71 1 11 Riz 366 12 6 80 1 3,5 Index glycémique de quelques aliments Aliments Sucres Fruits IG bas (<50) Fructose (23) Lactose (46) La plupart Boissons Céréales Pain Jus de pomme (41) All-bran (30) Pain au son (44) Pâtes Riz Légumes La plupart (30-50) Légumineuses Produits laitiers Pois chiche (33) Petits pois (48) Gâteaux Soja (18) Yaourts (14) Lait entier (27) Chocolat (49) Divers Cacahuètes (14) IG moyen (50-74) Saccharose (65) Glucose (100) Banane (53) Mangue (55) Jus d’orange (57) Porrige (61) Pain de seigle (50) Pain blanc (70) IG élevé (>75) Miel (75) La plupart (55-65) Pomme de terre (62) Betterave (64) Carottes (71) Riz rapide (91) Frites (75) Pastèque (72) Corn-Flakes (84) Baguette (95) Pain complet (77) Pomme de terre flocon (83) Fèves (79) – Particulièrement étudié en raison des pathologies associées (sensibilité à l’insuline): obésité, diabète – l’index glycémique quantifie le pouvoir hyperglycémiant d’un aliment par rapport à un glucide de référence: le glucose Autres rôle des glucides • Glucides de constitution – Ribose et désoxyribose ⇒ acides nucléiques – Mucopolysacchrides (associant glucides et lipides): • Chondroïtine sulfate des cartilages • Mucoïtine sulfate du mucus Crème glacée (61) Pâtisseries (59) Croissant (67) Pop corn (55) Pizza fromage (60) Gaufres (70) 13 Glycogène Métabolisme des glucides • • Glucides = importante source d’énergie pour l’organisme 1g de glucide ⇒ 4 Cal • Glucose: – Principal substrat du métabolisme intermédiaire sous forme de glucose-6phosphate – Alimentation = source majeure de glucose – Sources secondaires: • Métabolisme de certains AA glucoformateurs • Métabolisme du glycérol (dégradation des triglycérides) • • Toutes les cellules sont capables de métaboliser le glucose Certaines n’utilise que le glucose comme source d’énergie: • Globules rouges • Médulaire rénale • Cerveau (corps cétonique en cas de jeûne prolongé) – Voies métaboliques possibles pour le glucose-6-P • Voie lactique anaérobie • Voie des pentoses • Voie de l’UDP glucose • Il est composé de molécules de D-glucose liées entre elles par des liaisons 1-4 et 1-6 • PM = plusieurs million • Glycogène = molécule de réserve • Réserve de l’organisme en glycogène = 400 g (1600 Cal) • Réserves localisées dans le foie et le muscle squelettique • La glycogénolyse permet de libérer du glucose dans la circulation Métabolisme glucidique et facteurs hormonaux (1) • Insuline – – – – Sécrétée: cellules β des îlots de Langherans Petite protéine: 2 polypeptides, liaisons disulfures Libérée en réponse à une augmentation de la glycémie Seule hormone hypoglycémiante Métabolisme glucidique et facteurs hormonaux (2) • • • Tissu adipeux • Muscles • Foie • • • • Glycogénèse accrue dans le foie et le muscle Activation du métabolisme du glucose Entrée accrue des AA dans le muscle Diminution de la lipolyse (= de la libération des AG libres par le tissu adipeux) – – – Action sur: – Insuline entraîne: Cortisol Glucocorticoïde sécrété par le cortex surrénal, sous le contrôle de l’hormone hypophysaire ACTH, elle-même sous le contrôle de la CRH hypothalamique. Nombreuses actions dont certaines conduisent à une augmentation de la glycémie: • • • Glucagon – – – Synthétisé par les cellules α du pancréas Sécrété en cas d’hypoglycémie (antagoniste insuline) Il augmente les concentrations sanguines de glucose et d’AG, stimule la production d’AMPc dans le foie, le tissu adipeux et le muscle • • • Dégradation accrue des protéines musculaires, libérant des AA, substrats de la néoglucogenèse Synthèse accrue des enzymes de la néoglucogenèse Inhibition de l’action de l’insuline Glycogénolyse hépatique et musculaire accrue Lipolyse et libération d’AG par le tissu adipeux Adrénaline – Sécrétée par la médullosurrénale sous l’effet de: – Elle augmente les concentrations sanguines de glucose et d’AG, stimule la production d’AMPc dans le foie, le tissu adipeux et le muscle • • • L’hypoglycémie L’hypoxie Stimuli du système nerveux (stress) • • Glycogénolyse hépatique et musculaire accrue Lipolyse et libération d’AG par le tissu adipeux 14 Fibres alimentaires • Constituants végétaux: polysacchrides qui ne sont pas hydrolysés par les enzymes digestives, mais sont en partie dégradées par la flore colique • Présents dans les aliments: – Céréales – Légumes, fruits – Cellulose (formée d’unités glucose) – Hémicellulose (chaine de pentoses, hexoses) – Pectines – Ce n’est pas un polysaccharide Résistance à la digestion et à l’absorption intestinale Caractère hydrophile (maintien de l’eau dans la lumière intestinale) Conséquences sur le transit intestinal Prévention du cancer colorectal Conséquences métaboliques favorables Sources de fibres alimentaires • Consommation de l’ordre de 17 g/jour • Teneur en fibres de quelques aliments (en g/100 g) Céréales Légumineuses – – – – – Son de blé: 47,5 Farine de blé blanche: 3,5 Pain blanc: 2,7 Pain complet: 8,5 Riz blanc: 3 - haricot blanc: 25,5 - Pois chiche: 15 - Lentille: 12 - Petits pois: 6,3 – – – – – Carottes: 3,7 Pommes de terre: 3,5 Chou: 3,4 Laitue: 1,5 Tomate: 1,4 - Amandes : 14,3 - Noix: 5,2 - Banane: 3,4 - Poire: 2,4 - Pomme: 1,4 Légumes • Polysaccharides des parois de cellules végétales: • Lignine • Propriétés: – – – – – Fibres alimentaires: classifacation Fruits • Polysaccharides cytoplasmiques – Gommes et mucilages – Amidon résistant: • Inaccessibilité aux enzymes • Changements structuraux dus au procédés de préparation • Amidon ingéré cru (banane) Rôles des fibres alimentaires • Favorisent le transit intestinal • Attaquées par la flore intestinale, elles permettent la production de divers métabolites (AG, gaz,…) • Luttent contre la constipation • Prévention des cancers colorectaux • Prévention de maladie cardiovascumaires • Les fibres constituent un gel visceux qui s’étale sur la muqueuse intestinale – Ralentissement des échanges (absorption de certains nutriments) • Glucose • Cholestérol • Sels biliaires – Améliorent la réponse à l’insuline après le repas 15 Les minéraux (1) Les minéraux (2) • Le sodium (Na+) • Calcium (Ca) – Principal cation extracellulaire – Cation majoritaire du tissu osseux – Le tissu osseux est composé d’une matrice osseuse où se déposent des sels de Ca insolubles – De grande quantité de Ca doivent être absorbées pendant la croissance – Rôle majeur dans: • Le potassium (K+) – Principal cation intracellulaire – Intervient dans le métabolisme cellulaire: • Protéine, glycogène • Excitabilité neuro-musculaire • • • • • Ces ions interviennent dans la régulation de la pression osmotique (osmolarité corporelle) l’excitation des cellules musculaires et nerveuses Le changement de perméabilité des membranes cellulaires La régulation de la sécrétion de certaines hormones Participation à la chîane de coagulation sanguine Schéma général du métabolisme du calcium Les minéraux (3) Apports alimentaires • Phosphore Espace extra-cellulaire Accrétion Résorption Sécrétion intestinale Filtration 0,3 g plasma intestin absorption 0,3 g Os profond 1000 g 10g /24h reins Réabsorption • Phosphore = 1% du poids corporel • Un homme adulte contient 700 g de phosphore 9,85g /24h 4g Échanges lents 0,9 g rapides – Forme avec le Ca des cristaux d’apatite déposés sur la matrice du collagène = 85% du P de l’organisme – Phosphate = principal tampon intracellulaire et urinaire – Entrent dans la composition des Ac. nucléiques et des phospholipides – AMP, ADP, ATP, GMP, GDP, GTP – Régulation de la glycolyse 0,1-0,15 g – 100 g dans les tissus mous – 2 g dans le sang 0,8-0,9 g Pertes fécales 16 Métabolisme du fer Les minéraux (4) • Magnésium (Mg) – – – – – Apports alimentaires = 12 mg Fèces = 11 mg Intestin grêle Absorption = 1 mg Tous les tissus en contiennent Environ 25 g présent dans l’organisme La plus grande partie dans l’os 20% contenu dans les tissus mous ou lié aux protéines Dans les cellules il est concentré dans les mitochondries Réserves tissulaires Fer plasmatique turn-over = 35 mg Moelle osseuse • Fer (Fe) – – – – Rôle dans le transport de l’oxygène Rôle dans le transfert d’électrons L’organisme contient 3-5 g de Fe Recyclage important (échanges = 1-3 mg/jour) utilisation Toute cellule 20 mg Hémoglobine Mort cellulaire Pertes menstruelles = 30 mg/mois Desquamation: Peau, tube digestif, voie urinaire = 1 mg pertes Oligoéléments = éléments trace (1) Oligoéléments (2) • Zinc • Iode • Fluor – – – Dans l’organisme 2 g Intervient dans plus de 50 réactions enzymatiques La plupart incorporé dans l’os • Nutriment sans valeur énergétique • Présence essentielle au métabolisme • Représentent <0,01% du poids corporels • 17 éléments trace ont des fonctions biologiques identifiées chez les mammifères, 10 sont considérés comme indispensables • Cuivre • Leurs concentrations tissulaires restent relativement constantes • Cobalt • Leur carence se manifeste par un défauts structurels et fonctionnels reproductibles • Manganèse • Intervention dans une réaction biochimique précise • Sélénium • Les troubles liés à leur carence doivent être corrigés par l’apport de ce seul élément • Molybdène – – – – – – – – – – – – Dans l’organisme 20-50 mg dont 8 mg contenu dans la glande thyroïde Se concentre dans l’émail dentaire Éliminé par voie urinaire Contenu corporel: 100-150 mg Propriétés anti-oxydantes Contenu corporel 5-10 mg Constituant de la vitamine B12 Contenu corporel: 12-20 mg Propriétés anti-oxydantes Rôle dans le métabolisme des radicaux libres Rôle dans le métabolisme de l’ADN et de l’acide urique Propriétés anti-oxydantes 17 Vitamines • Substances organiques indispensables • Sans valeur énergétique • Synthèse insuffisante ou inexistante • En cas d’absence dans l’alimentation: Cours de Nutrition Physiologie de la digestion – Apparition de troubles fonctionnels – Puis de désordres anatomiques – Fatal à long terme • L2 2 grandes familles de vitamines – Vitamines liposolubles: A, D, E, K – Vitamines hydrosolubles: B, C Cavité buccale Digestion La digestion est l’ensemble des réactions mécaniques et biochimiques qui transforment les aliments ingérés en nutriments absorbés par la muqueuse digestive, et qui seront ultérieurement transformés par les différentes voies du métabolisme. • Elle est le siège de la mastication des aliments • La salive est produite par 3 paires de glandes salivaires: • La salive contient: • La salive est sécrétée en permanence ± 0,5 mL/min • Lors du repas la sécrétion augmente: 1-2 mL/min • Environ 0,7 à 1 L de salive sécrétée chaque jour – – – – – – La digestion se déroule en plusieurs étapes déterminées par des contraintes anatomiques Les sous-maxillaires Les parotides Les sublinguales De l’eau Des électrolytes en concentrations hypotoniques: Na+, K+, Cl-, HCO3- (concentrations variables selon débit salivaire) Des protéines (α-amylase = coupure 1-6 de l’amidon et du glycogène) 18 Cavité buccale Traversée oesophagienne: déglutition Elle permet le passage du bol alimentaire de la cavité buccale à l’estomac • Les sucres provoquent des caries dentaires à la suite de leur fermentation par les bactéries (Streptococcus mutans, Neisseria, Actinomyces) • Ces bactéries synthétisent des polysaccharides qui se collent aux dents • La plaque dentaire est une sorte de gel mucosaccharidique qui entame la base des dents au ras des gencives • Saccharose, Fructose entraînent une acidification à la suite de leur fermentation • Le mannitol n’a pas cet effet • Le réflexe de la déglutition comprend: – un arrêt de la respiration en apnée inspiratoire légère – la fermeture du nasopharynx – La progression vers l’arrière du bol alimentaire • La déglutition est commandée par plusieurs centre nerveux: – Le centre cortical = centre de la mastication volontaire – Les centres inférieurs qui commandent la déglutition automatique (situés dans le bulbe) Traversée oesophagienne: progression dans l’oesophage • La progression dans l’œsophage est facilitée par la motricité oesophagienne • La déglutition déclenche une contraction péristaltique qui se propage vers le bas (3 cm/s) • La commande des mouvements péristaltiques se fait à 3 niveaux: – Système nerveux central (et innervation extrinsèque) – Innervation intrinsèque – Muscle oesophagien lui même • Le sphincter inférieur de l’œsophage est une barrière dynamique qui s’oppose au reflux gastro-oesophagien • Temps de passage des aliments dans l’œsophage = 10 s Estomac: sécrétions gastriques • La sécrétion gastrique est une solution isotonique composée: – D’eau – D’acide chlorhydrique (diminution du pH jusqu’à 2 ou 1 – De sels: NaCl, KCl • Volume de sécrétion: – 1-2 ml/min en période de repos – 6-10 ml/min en période de grande activité • Les effets de la sécrétion gastrique: – – – – Transformation du pepsinogène en pepsine Favorise l’activité de la pepsine à pH bas Attaque de l’enveloppe des végétaux Dilacère les fibres musculaires 19 Estomac: protéines, pepsine, facteur intrinsèque • Concentration en protéines du suc gastrique = 3 g/L • 4 classes différentes de protéines: – Mucoprotéines: neutralisation de l’acidité, protection de la muqueuse gastrique – Les protéines plasmatiques: exudation plasmatique – La pepsine – Le facteur intrinsèque • Pepsine – La pepsine est produite sous forme de pepsinogène inactif. – L’acidité gastrique permet la conversion du pepsinogène en pepsine – Activité digestive de la pepsine: • Protéines naturelles: – – – – Caséine Sérum-albumine Ovalbumine Hémoglobine • L’effet protéolytique est d’autant plus marqué que le polypeptide est riche en AA aromatiques (tyrosine, phénylalanine, tryptophane) • La dégradation des autres protéines est très incomplète, permet de facilité la solubilisation des protéines et fibres musculaires Rôle de l’estomac dans la digestion (1) • Facteur intrinsèque: – Glycoprotéine, PM = 55000 – Fixation de la vitamine B12 (1 mg fixe 25 µg) – Permet son absorption au niveau de l’iléon – La fixation de la Vit.B12 augmente la stabilité du facteur intrinsèque (changement de conformation ⇒ résistance à la protéolyse) – Sa production chez l’adulte dépasse de 98 fois les besoins minimaux nécessaires à l’absorption de la dose utile de Vit.B12 • Son rôle consiste essentiellement à préparer les aliments à la digestion intestinale en solubilisant la majeur partie des constituants: – HCl: • Dissout une partie des enveloppes des végétaux • Dilacère les fibres musculaires – Broyage mécanique des aliments sous l’effet de l’activité motrice: • Permet la dissociation des éléments • Permet une bonne homogénéisation des aliments avec le suc gastrique. 20 Rôle de l’estomac dans la digestion (2) Intestin grêle digestion absorption des glucides • L’amylase salivaire hydrolyse l’amidon en polysaccharides • Son action continue dans l’estomac, tant que le pH est élevé • La digestion des glucides se fait essentiellement sous l’action de l’α-amylase pancréatique (liaisons 1-4) • La pepsine agit à la périphérie des aliments: – Elle diminue la taille des morceaux de viande – Rompt les parois des cellules • Dégradation partielle des protéines (caînes peptidiques) • Destruction des émulsions de graisses Intestin grêle digestion absorption des glucides • La digestion des oligo et poly saccharides est effectuée des oligosaccharases et disaccharases de la bordure en brosse • Principales enzymes: – Lactase – Glucosidase – Maltase • Absorption des glucides: – Très hydrophiles, ne peuvent pas traverser les membranes – Prise en charge par des transporteurs spécifiques: • Glucose, galactose: tranfert Na dépendant • Système de transfert du fructose : GLUT5 • GLUT2 membrane basale de l’entérocyte • L’hydrolyse totale de l’amidon produit: – 1/3 de maltose – 1/3 de maltotriose – 1/3 d’α-dextrines (liaisons 1-6) • L’hydrolyse de l’amidon de différents aliments s’effectue à vitesse variable: – – – – – – Riz Blé Pomme de terre Haricots Soja Lentilles L’hydrolyse est plus rapide lorsque les aliments ont été cuits Intestin grêle digestion absorption des protéines (1) • Les protéines soumises à digestion sont les protéines alimentaires + quelques protéines endogènes • La digestion des grosses protéines est assurée par les enzymes pancréatiques: – Trypsine – Chymotrypsine – Elastase – Carboxypeptidases – 30% des AA sont libres, 70% sont sous forme d’oligopeptides (2-6 AA) 21 Intestin grêle digestion absorption des protéines (2) • Au niveau de la bordure en brosse présence de peptidases = AA libres + dipeptides + tripeptides • L’absorption fait intervenir des transporteurs spécifiques: – Transporteur des AA neutres – Transporteur des AA acides – Transporteur des AA basiques • Transporteurs de di, tri peptides mécanisme spécifique, Na dépendant, saturable • Dans l’entérocyte, ces peptides sont hydrolysés en AA puis sont relargués dans la circulation sanguine protéine Lumière Bordure en brosse Micro villosité trypsine chymotrypsine elastase polypeptide polypeptide polypeptide carboxypeptidase AA libres dipeptides tripeptides Transporteurs de dipeptides tripeptide Transporteurs d’AA Neutres, acides, basiques AA libres Digestion et absorption des lipides: la lipolyse Digestion et absorption des lipides • Enzymes hydrophiles ⊗ Substrats hydrophobes • Sels biliaires (détergents) – Acides biliaires (dérivés du cholestérol) associés à un AA (glycine, taurine) – Groupement hydroxyle (hydrosoluble) Elle fait intervenir plusieurs lipases: • Lipase gastrique: • Lipolyse pancréatique: au dessus d’une certaine concentration les sels biliaires forment des structures spériques (micelle) • L’absorption des graisses se déroule en 3 étapes: – La lipolyse – La solubilisation micellaire – La resynthèse des triglycérides dans l’entérocyte d’où ils sont excrétés dans la circulation sous forme de chylomicrons – Libère des diglycérides et des AG – La lipase agit à l’interface huile/eau – Les sels biliaires activent la lipolyse: • La colipase = cofacteur qui active la lipase en présence de sels biliaires • Il y a formation d’un complexe : lipase-colipase-micelle qui permet à l’enzyme d’accéder à son substrat • L’estérase non spécifique: • Phospholipase A2 – Action sur les substrats en solution – Très active sur les phospholipides à chaînes courtes en absence de sels biliaires – En présence de sels biliaires action sur les triglycérides à chaînes longues – Action sur les phospholipides en solution micellaire – Activation par la trypsine 22 Solubilisation micellaire / absorption • Les AG libres, les monoglycérides se solubilisent dans les micelles de sels biliaires • Ces micelles sont alors capables de solubiliser des lipides plus hydrophobes: – Diglycérides – Cholestérol – Vitamines liposolubles • Absorption: – Les produits de la lipolyses sont libérés par les micelles au contact des microvillosités – Ils diffusent au travers de la membrane – Dès l’entrée dans le cytoplasme de l’entérocyte les AG libres sont pris en charge par la FABP (Fatty Acid Binding Protein) et sont retransformés en triglycérides – Les triglycérides sont pris en charge par les chylomicrons, puis déversés dans la circulation Absorption de l’eau Absorption des vitamines • Vitamines hydrosolubles – Elles sont prise en charge par des transporteurs spécifiques: – Vit.C au niveau de l’iléon – Vit.B1 au niveau du duodénum – Vit.B12 facteur intrinsèque • Vitamines liposolubles – Absorption au niveau de l’intestin – Elles sont transformée puis absorbée au niveau des micelles Absorption de quelques éléments minéraux • Fer • Elle provient de l’eau alimentaire et des différentes sécrétions (6-10 L/jour) • Duodénum: absorption puissante de l’eau • Jusqu’à 18 L absorbés / jour (5 L au niveau du colon) – Fer ferreux (Fe2+): utilisé en thérapeutique – Fer héminique: dans la viande: hémoglobine (noyau porphyrique); les œufs et poissons (lié aux protéines) – Fer non héminique: dans les légumes beaucoup moins absorbable • Ca – – – – Il doit être ionisé pour être absorbé Duodénum et colon Cotransport avec vit.D Il existe aussi un transport passif 23 Hydrolyse et fermentation des glucides Colon • Les bactéries coliques ont des effets multiples: – Elles hydrolysent les grosses molécules de glucides ou de protéines qui ont résistées à l’hydrolyse du grêle, ou qui sont produites par l’intestin – Elles métabolisent les sucres (fermentation) et les AA (putréfaction) hydrolyse Amidon a-amylase Cellulose b-amylase Galactosides Galactosidase Glucoconjugués Glycuronidase Glycoprotéines (mucus) Mucidases Pectines Pectinases – Elles modifient de nombreux composés biologiques (sels biliaires, stérols) Dyholosides Lactase Saccharase Maltase – Les enzymes bactériennes jouent un rôle important dans le métabolisme de nombreux médicaments modifiant leur biodisponibilité et leur pharmacocinétique AA Desaminase Cours de Nutrition L2 H2 CH4 Hexose CO2 Pentose fermentation ou Acide correspondant Ethanol Butanol Acide acétique Acide butyrique Acide propionique Acide lactique Alcool Acides Polyalcools Aliments = matière organique (animale/végétale) Doivent être transformés pour être assimilés par les cellules: • Transformations mécaniques Digestion résumé / rappels • Transformations chimiques 24 2. Tube digestif 3. Système digestif Spécialisation fonctionnelle et structurelle des différentes régions du tractus digestif Fonctions 3.1 Bouche et oesophage Bouche Structures Bouche • Ingestion Pharynx dents, langue, • Processus mécanique Oesophage Glandes salivaires • Langue - Analyse sensitive: récepteurs thermiques, chimiques, tactiles - Déglutition du bol alimentaire (mécanique) Pharynx Estomac • Digestion • Sécrétion • Dents mastication (mécanique) Foie Pancréas Vésicule biliaire Oesophage • Absorption • Excrétion Estomac Gros intestin Petit intestin Intestin • Glandes salivaires (salive) - Lubrification (mucine) - Solution tampon (neutralise acidité = protection contre carie) - Lysozyme (antibactérien) - Amylase salivaire : amidon → maltose - Lipase : agit surtout dans l ’estomac 3.1.2 Déglutition 3.1.1 Glandes salivaires Structures sécrétrices • Nettoie la bouche • Anatomie et processus dynamique Parotide Sous-maxillaire • Dissout les aliments • Humidifie la nourriture Sublinguale • Enzymes 1. La langue pousse le bol alimentaire 2. Le palais mou (luette) ferme les voies nasales 3. Le larynx s'élève et l'épiglotte s'abaisse (ferme la trachée) 25 3.2 Estomac • Le bol alimentaire progresse par péristaltisme 3.2.1 Anatomie fonctionnelle Contraction des muscles circulaires autour de la masse alimentaire Contraction des muscles longitudinaux le long de la masse alimentaire Contractions coordonnées des muscles circulaires qui fait avancer la masse alimentaire Cardia Petite courbure Fundus Corps • Compartiment gastrique délimité par Cardia (œsophage) Grande courbure Sphincter pylorique (Duodenum) Pylore Plis gastriques Les plis gastriques augmentent la surface de contact • Action chimique 3.2.2 Fonctions 9 Epithélium superficiel : sécrétion de mucus Phase gastrique de la digestion (3-4h) 9 Cellules principales : sécrétion de pepsinogène • Action mécanique 9 Cellules pariétales : sécrétion d’HCl L ’entrée du bol alimentaire déclenche les contractions musculaires Distension, ⇑ pH Oesophage Couche musculaire longitudinale Duodenum fundus + Chémorécepteurs Barorécepteurs Couche musculaire circulaire Couche musculaire transversale Sphincter pylorique 26 Les cellules de l ’épithélium sécrètent le suc gastrique 3.3 Intestin grêle Canal hépatique Acide chlorydrique (HCl) - cellules pariétales • pH de l ’estomac = 1,5 à 3,5 • Hydrolyse partiellement les protéines • bactéricide Pepsine - cellules principales dégrade les protéines en peptides cellules pariétales HCl Pepsinogène cellules principales Pepsine Mucus - cellules à mucus de l’épithélium: protection Le duodénum reçoit les sécrétions du pancréas et foie Surface (muqueuse) se renouvelle entièrement en 3 jours • Digestion dans l’intestin grêle • Pancréas 9 Enzymes digestives 9 Glucides Amidon Maltose Glucose + Glucose 9 Bicarbonates (ions hydrogénocarbonates) Amylase pancréatique • Foie Disaccharides Maltase (épithélium de l’intestin) Monosaccharides 9 Bile (s’accumule dans la vésicule biliaire) - Déchets excrétés par le foie (bilirubine) - Sels biliaires : émulsionnent les lipides 9 Protéines Disaccharidases Protéines & peptides Acides aminés Enzymes du pancréas et enzymes de l’intestin 9 Lipides Triacylglycérol monoglycérides + acides gras Lipase pancréatique & sels biliaires 27 • Absorption Surface de contact avec les aliments = très élevée ~ 600 m2 Longueur ~ 6 m • Replis circulaires • Villosités • Microvillosités 4. Régulation des sécrétions digestives 3.4 Gros intestin 4.1. Contrôle nerveux (SNC) Côlon transverse • Intestin grêle sécrète 7 à 9 l d’eau/jour • Presque tout est réabsorbé par l’intestin grêle Côlon descendant• Côlon ascendant Le gros intestin absorbe ce qui reste Rectum Réabsorption Réabsorption Diarrhée Constipation 28 4.2. Contrôle hormonal Cours de Nutrition Hormones sécrétées dans le sang par des cellules de l ’intestin grêle: L2 - Action sur les organes de la digestion - Adaptent le fonctionnement de l ’intestin à son contenu Les aliments Sélection des aliments / Régime alimentaire Les aliments • Les aliments sont des produits complexes que l’homme trouve dans la nature ou prépare lui-même. • A chaque type d’aliment sont associés un certain nombre de nutriments. • En fonction de: • Les Humains sont omnivores: • Les nutriments sont des substances bien caractérisées sur le plan chimique et ayant des activités métaboliques connues: glucides, lipides, protides, eau, minéraux, oligo-éléments, vitamines. • L’alimentation doit être composée d’une variété d’aliments pour apporter l’ensemble des nutriments nécessaires à l’organisme – Leur aspect attirant, de leur qualité gustative – Leur signification symbolique qui est propre à chaque société ou groupe – Leur poids économique – Alimentation composée de produits d’origine animale, végétale et minérale – Les aliments sont des denrées périssables dont la production est saisonnière • Conservation • Stockage • Distribution • Paradoxe du monde moderne: – Abondance de produits qui conduit au développement de pathologies jusque là rares: obésité, diabète, cardiopathies – Développement industriel ⇒ pollution de l’environnement ⇒ contamination des aliments 29 Les 7 groupes d’aliments Catégories d’aliments • Les aliments sont regroupés en un certain nombre de catégories. • Cette classification s’adresse essentiellement aux aliments naturels. • Sont regroupés dans une catégorie, des aliments ayant: – La même valeur nutritionnelle (composition en nutriment voisine) – Un tonus émotif identique (stimulation comparable de l’appétit) – Les mêmes valeurs culturelles (au sein d’un même groupe social) Catégories Aliments Sources de 1ère Viandes, poissons, oeufs Protéines +++ Lipides + 2ème catégorie Produits laitiers Protéines ++ Lipides ++ Glucides + 3ème catégorie Corps gras Lipides +++ Céréales et légumineuses Glucides +++ Protéines ++ Légumes et fruits Glucides ++ Produits sucrés Glucides +++ catégorie 4ème catégorie 5ème catégorie 6ème catégorie 7ème catégorie Catégorie 1: Viandes, Poissons, Œufs Catégorie 1: Viandes, Poissons, Œufs Les Viandes • La valeur calorique varie en fonction de sa teneur en lipide: – 200 Cal pour 100 g en moyenne Les Poissons • Valeur calorique: • Composition: Le porc: 300 Cal/100 g, charcuteries 500-600 Cal/100 g, gibier 100-120 Cal/100 g – Les protéines représentent 15-20% de la partie comestible (50-80% du poids sec) – Les principales protéines sont: – – – La myosine La myostroïne Le collagène – – – – – <5% poulet, dinde, canard, cheval 5-10% veau 7-20% bœuf 15-25% porc, mouton Jusqu’à 60% charcuteries (rillettes) – Les lipides sont présents en quantité variable selon l’animal et le morceau: • • Acides gras les plus abondants: – Acides palmitique et stéarique (AG saturés) – Acide oléique (mono-insaturé) Les viandes de volaille contiennent plus d’AG mono et poly insaturés que les viandes de boucherie La viande fournit des minéraux et vitamines: – – Fer, Phosphore Vitamines du groupe B Boissons Dépend de la teneur en lipide: 70-160 Cal/100 g – Remplace souvent la viande comme source de protéines de qualité – Les protéines représentent 15-20% de la partie comestible – Principales protéines: » Myosine » Myoalbumine » Peu de collagène – Les lipides sont en proportion variables selon les espèces: • • • • <5%: merlan, cabillaud, dorade, poissons plats, mollusques 5-10%: sardine, hareng, maquereau, rouget 10-15%: anguille, thon Les principaux acides gras: » Acide oléique (mono-insaturé) » AG poly-insaturés de la famille des ω3: EPA, DHA – Apports en minéraux et vitamines: » Iode, sodium, calcium » Vitamines du groupe B, vitamines liposolubles 30 Catégorie 1: Viandes, Poissons, Œufs Catégorie 2: les produits laitiers Les Œufs • Valeur calorique: 76 Cal pour un œuf entier Le lait • Aliment complet: fournit des protéines, des glucides, des lipides, des minéraux (calcium) et des vitamines. • Valeur calorique: • Composition: • Composition: – Les œufs sont source de protéines: – 13% de l’œuf entier – Ovalbumine dans le blanc – Ovovitelline dans le jaune – Les lipides: – Représentent 12% de l’œuf entier – Présents uniquement dans le jaune: » Phospholipides (lécithine) » Cholestérol (250 mg/ œuf) – Apports en minéraux et vitamines: – Phosphore, fer – Vitamines A, B, D Catégorie 2: les produits laitiers • Le lait est un produit fragile. • Pour le conserver de nombreux procédés ont été mis au point au fil du temps. • Les produits laitiers représentent une large famille d’aliments présentant des propriétés variées. La crème • Crème: émulsion de lipides qui remonte à la surface et qu’on retire après avoir laissé reposer le lait frai pendant 24h – – – Lait entier: 640 Cal/L Lait demi écrémé: 490 Cal/L Lait écrémé: 360 Cal/L – 87% d’eau – 5-7% de glucide (lactose) – Matière grasse: essentiellement des AG saturés. Jusqu’à 3,5% dans lait entier – Protéines: 1,5% lait maternel – 3,5% lait de vache » Caséine » Albumine » Immunoglobulines – Minéraux et vitamines » Calcium, potassium, sodium » Vitamines du groupes B (détruites à la pasteurisation) » Vitamine D (taux variable selon saison) » Vitamines A (dans la matière grasse) Catégorie 2: les produits laitiers le beurre Obtenu après barattage de la crème Voir corps gras • Valeur calorique: ± 325 Cal/100 g • Composition: • • • • 35% de lipides (20% pour les crèmes allégées) 2% de protéines 63% eau Vitamine A 31 Catégorie 2: les produits laitiers les yaourts Catégorie 2: les produits laitiers les fromages • Produits de la fermentation par les bacilles lactiques • Obtenu par coagulation du lait (puis égouttage et conservation ± longue) • Valeur calorique variable d’un fromage à l’autre selon teneur en graisse • On distingue: • Valeur caloriques (variable selon le type de lait utilisé: entier, ½ écrémé, écrémé): 35-50 Cal/100 g – – – • Composition: – – – – Protéines: 5% – Glucides (à la différence des fromages) – calcium • • L’adjonction de sucre, de fruits, de sirop, de caramel, de confiture, de chocolat détermine un apport calorique plus élevé Catégorie 2: les produits laitiers les fromages Les fromages frais Les fromages fermentés à pâte molle: coulommiers, brie, camembert,munster Les fromages fermentés à pâte pressée non cuite: bonbel, cantal, portsalut, gouda, saint-nectaire Les fromages à pâte pressée cuite: gruyère, comté Les fromages à moisissures internes: roquefort, bleus Les fromages fondus obtenus à partir de fromage à pâte dure: vache-qui-rit, crème de gruyère Composition: – – – – – Les protéines sont en partie éliminées lors de l’égouttage Les glucides sont totalement éliminés La teneur en matière grasse varie selon le degré d’hydratation Minéraux: calcium, phosphore, sodium (très élevée si ajout de sel) Les vitamines: A, D, groupe B Catégorie 3: les corps gras ajoutés Eau Valeur calorique Lipides Fromage frai maigre à 0% de matière grasse 80 34 T Fromage frai à 20% de matière grasse 80 80 4 Fromage frai à 40% de matière grasse 80 100 8 Petit suisse 77 150 10 Camembert 55 310 24 Munster 46 320 24 Bonbel 39 330 25 Gruyère 39 400 32 Roquefort 40 405 35 Chèvre 40 280 15 • Il s’agit de lipides ajoutés aux aliments pour assaisonner, tartiner ou cuire • Ces lipides s’ajoutent aux lipides déjà présents dans de nombreux aliments (lipides de structure ou invisibles) comme les viandes, la charcuterie, les fromages, les viennoiseries, les biscuits 32 Catégorie 3: les corps gras ajoutés le beurre Catégorie 3: les corps gras ajoutés la margarine • Valeur calorique élevée: 760 Cal/100 g • Les margarines sont obtenues par hydrogénation d’huiles • Composition: • Valeur calorique: 740 Cal/100 g • 83% de lipides – Riche en cholestérol (250 mg/100 g) – AG saturés ⇒ solide à T° ambiante (fond à 32°C) • Composition (semblable à celle du beurre): • 83% de lipides » Acides gras saturés, et acides gras trans » Importance relative variant selon procédé de fabrication » AG poly-insaturés: - <10%, margarine dure - 10-20% margarine semi dure - 20-30% margarine molle - >30% margarine extra molle • 1-2% de protéines et glucides • 15% d’eau • Vitamine A (qui ne résiste pas à la cuisson) • 16% eau • Vitamine D Catégorie 3: les corps gras ajoutés les huiles végétales Catégorie 3: les corps gras ajoutés les huiles végétales, composition Acides gras Selon le procédé de fabrication on distingue: – Les huiles vierges, obtenues par pression à froid (principalement huile d’olive) – Les huiles raffinées, obtenues: – • • • Pression à chaud Extraction par solvant (hexane) Raffinage : – – – élimination des impuretés et les AG libres Décoloration Désodorisation Les matière grasses solides (fort % AG saturés) • • Huile de certains fruits: palme, coco Huile de graines ayant subit une hydrogénation • • l’industrie alimentaire: biscuiterie, biscotterie, conserve La restauration collective: friture sont utilisés par: – – Valeur calorique: 900 Cal/100 ml Toutes ces huiles sont des graisses relativement pures (99% de triglycérides) Saturés Monoinsaturés Polyinsaturés ω6 Arachides (Afrique) 20 55 25 Arachide (Brésil) 25 40 35 7 60 26 Coprah 90 8 2 Maïs 15 30 55 2 Noix 10 15 65 10 Olive 15 75 10 Palme 50 40 10 Pépins de raisin 10 15 75 Soja 15 22 55 Tournesol 15 25 65 Colza Polyinsaturés ω3 7 8 33 Catégorie 3: les corps gras ajoutés exemple de l’huile d’olive • % élevé (65-80%) d’acide oléique (C18:1ω9) • Process de fabrication permet le maintien: – Des aromes – La présence de composés mineurs: • Antioxydants: – Composés phénoliques – Vitamines ⇒ Prévention pathologies (maladies cardiovasculaires, cancers), vieillissement • Minéraux Catégorie 3: les corps gras ajoutés les graisses d’origine animale • Il s’agit: – Graisse de porc: saindoux – Graisse de bœuf: suif – Graisse d’oie ou de canard Catégorie 3: les corps gras ajoutés les autres huiles • exemple des l’huiles de graines: tournesol, maïs, colza, soja, pépins de raisin – % élevé d’AG poly-insaturés • Acide linoléique (famille w6) • Acide linolénique (famille w3) – Faible % d’AG saturés • Huile de fruits oléagineux: noix, noisettes – Riches en AG poly-insaturés – Conserve un certain goût du fruit malgré le raffinage Catégorie 4: les céréales et légumineuses Elles sont source de glucides et de protéines, et constituent, dans la majeure partie du globe, l’essentiel des apports en énergie et en matière protéique. Dans las pays industrialisés, leur part tend à diminuer. • Ces graisses sont riches en AG mono-insaturés 34 Catégorie 4: les céréales et légumineuses Les céréales • Catégorie 4: les céréales et légumineuses Les céréales Le blé – – – – • Céréale principale de notre pays Moulu et bluté (blutage = séparation du son de la farine), il est consommé sous forme de farine qui sert à la fabrication du pain, des pâtes et des pâtisseries Valeur calorique: 340 Cal/100 g Composition • • • • • • • 10% d’eau 74% de glucides (amidon) De la cellulose (% d’autant plus faible que le blutage est poussé) 2% de lipides 10% de protéines (gluten, pauvre en lysine) Minéraux: phosphore Vitamine B1 • Biscottes et biscuits • Semoule • Pâtes alimentaires Le pain – – Valeur calorique: 250 Cal/100 g Composition: • • • • • • Certaines sont utilisées pour l’obtention de flocons: avoine, orge • Certaines sont utilisées pour les crêpes: sarrasin, orge • Certaines sont utilisées dans la malterie: orge • Le riz • Le maïs • Le mil – – – – – – Très consommé dans le monde Il est d’abord décortiqué (séparation de l’enveloppe fibreuse) On utilise aussi du riz poli, ou du riz glacé (avec du talc et du glucose) Contient 5% de lipides Contient peu de protéines (carencé en lysine et tryptophane) Très consommé en Afrique, notamment – Obtenue par pétrissage sans fermentation de semoule de blé dur – Divers produits naturels peuvent être ajoutés: – Valeur calorique: 360 Cal/100 g de pâtes crues Catégorie 4: les céréales et légumineuses Les autres céréales Certaines sont panifiables: seigle Elle est obtenue par fragmentation de grains de blé dur • Œufs, lait… • Interdiction d’utiliser des colorants et autres substances chimiques 35% d’eau 55% de glucides 7% de protéines 1-2% de cellulose NaCL ⇒ le pain complet apporte davantage de cellulose • – Préparés industriellement avec une pâte enrichie en sucre et lipides – Leur valeur calorique est d’autant plus élevée que leur teneur en eau est faible Catégorie 4: les céréales et légumineuses Les légumineuses • Elles comprennent: – les légumes secs: – – Le soja L’arachide • • • • Lentilles Fèves Pois Haricots secs • Elles contiennent peu d’eau (moins de 10%) • Elles sont riches en protéines: 15-35% dont la composition en acides aminés est proche de celle de la viande • Elles sont riches en fer, phosphore et vitamines du groupe B • La valeur calorique dépend de la teneur en lipides: – – – Légumes secs: 330 Cal/100 g Soja: 400 Cal/100 g Arachides: 550 Cal/100 g 35 Catégorie 5: Légumes et fruits Catégorie 5: Légumes et fruits • • Ce groupe renferme des aliments assez différents, mais dont le point commun est une forte teneur: – Perte des vitamines et minéraux – Amélioration de la digestibilité Catégorie 5: Légumes et fruits • • – Valeur calorique: 80 Cal/100 g – Composition: • • • • • – en eau (80-90%) – En cellulose non digestible – En calcium et vitamines (surtout Vit. C) • Ces propriétés peuvent être fortement modifiées par la cuisson: Pommes de terre • ± 80% d’eau 20% d’amidon 2% de protéines Pratiquement pas de lipides, ni de cellulose Riche en Potassium et vitamine C (perdue si stockage et cuisson) Légumes frais – Valeur calorique faible: 30-40 Cal/100 g – Composition: • • • • • • Plus de 90% d’eau 5-10% de glucides (dont 1% de cellulose) Pas de lipides, ni de protéines (sauf: petit pois) Riches en: Ca, K, Mg, Fe (choux) Riches en vitamines hydrosolubles, carotène Riches en substances anti-oxydantes (polyphénols, stérols végétaux) Catégorie 6: Produits sucrés Champignons – – Faible valeur caloriques: 10-15 Cal/100 g Composition: • • • • • • 96% d’eau 2-3% de glucides Faibles traces de lipides Riches en K (500 mg/100 g), Fe (15 mg/100 g) Riches en vitamines hydrosolubles Riches en anti-oxydants Fruits frais – Valeur calorique variable selon teneur en glucides – Composition: • • • • • 40-55 Cal/100 g pour agrumes, pommes, poires, fraises, prunes 80 Cal/100 g pour raisins, cerises 90 Cal/100 g pour bananes 200 Cal/100 g avocats (qui contiennent de lipides) 600-650 Cal/100 g pour les fruits secs • • Teneur en eau: 80-95% Teneur en glucides variable: • • • ce sont surtout des glucides simples (glucose, saccharose). Il y a des glucides complexes dans la banane (amidon). Il y a des fibres cellulosiques et de la pectine Riches en minéraux: Ca, Mg, K Riches en vitamines hydrosolubles Riches en anti-oxydants: polyphénols – – – • Ce groupe d’aliments rassemble le sucre et des aliments, qui du fait de leur saveur sucrée, sont souvent consommés en quantité non négligeable. • Ils sont une source importante de calories, bien que leur présence ne soit pas vraiment nécessaire à l’équilibre de la ration alimentaire. Agrumes: <10% Fruits à noyau et à pépins: 10-15% Raisins, bananes, figues 15-20% 36 Catégorie 6: Produits sucrés • Sucre de canne ou de betterave • Miel • Confitures • • – – – – – – – – – – Catégorie 7: les boissons C’est du saccharose pur Coefficient d’assimilation élevé (100%) Un morceau de sucre de 5g apporte 20 Cal L’eau Essentiellement constitué de glucose et de fructose (78%) Pouvoir sucrant plus élevé que celui du saccharose Apport faible en Vit. C Contiennent environ 60% de sucre 30-35% d’eau Riches en minéraux: K, Ca, P Valeur calorique moyenne: 270 Cal/100 g Confiseries – – – – Obtenues à partir de sucre et de différents aliments (lait, miel, matières grasses, céréales, fruits,…) Diverses substances pour les rendre attrayantes (cf. réglementation) Composition moyenne: 90% de sucre, 10% d’eau Valeur caloriques moyenne: 360 Cal/100 g • Sa composition en sels minéraux est très variable, et peut atteindre jusqu’à 0,5 g/L • Les minéraux dissous peuvent être: Na, K, Mg, S, Fe, Cl, I, Si • Plusieurs décrets et arrêtés précisent les qualités nécessaire pour qu’une eau soit potable • Des critères microbiologiques, chimiques, physiques et organoleptiques sont pris en compte. • 3 catégories d’eau en bouteille: – – Chocolat – – – – Obtenu en mélangeant du sucre, de la pâte de cacao, éventuellement du lait Valeur calorique moyenne: 500 Cal/100 g Composition: • • • • Les « eaux de table »: sans propriétés thérapeutiques Les « eaux minérales »: propriétés thérapeutiques, provenant d’une source dont l’exploitation est autorisée par décision ministérielle Les « eaux de source »: eaux convenable pour l’alimentation humaine, dont la source est exploitable par décision préfectorale Lipides (en majorité saturés) Glucides (saccharose) Protéines (jusqu’à 6%) Minéraux: Ca, Mg et des vitamines Catégorie 7: les boissons exemple de teneur en minéraux Catégorie 7: les boissons Bicarbo -nate (mg/ml) Na (mg/ml) K (mg/ml) Mg (mg/ml) Ca (mg/ml) Chlorure (mg/ml) Sulfate (mg/ml) 1,350 190 17 90 194 55 38 Contrexéville 347 8 8 66 451 11 1,130 Evian 357 5 1 24 78 - 32 Perrier 347 14 1 3,5 140 31 51 Badoit Vals 573 180 18 - 33 7 35 Vichy Célestins 3,385 1,329 7,5 10 96 254 141 Vichy Saint-Yorre 4,282 1,679 130 12 113 280 182 Vittel Grande Source 402 3 6 36 202 6 306 Vittel Hépar 369 21 4 134 591 11 1,672 Volvic 64 8 5 5,5 9 7,5 6 • Boissons sucrées – Très utilisées surtout enfants, adolescents: Limonade, cola, soda, jus de fruits sucré – Source importante de calories (sucres simples) Leur consommation contribue au développement de l’obésité et de l’insulinorésistance • • Café – – – – Très utilisé pour ses qualités stimulantes Contient de la caféine (50 mg / tasse) Contient des minéraux: Ca, K, Mg, Na Contient de la vitamine PP Le café peut être responsable d’insomnies, de tachycardie, d’anorexie Thé – Boisson stimulante la plus utilisée dans le monde – Contient de la théine (alcaloïde voisin de la caféine) – Contient des tanins, du F, des vitamines B, K, PP Comme pour le café son abus peut entrainer des insomnies, de l’anorexie et perturber l’absorption du Fe 37 Catégorie 7: les boissons Le vin Catégorie 7: les boissons La bière • Ses qualités organoleptiques et digestives sont dues à la présence de multiples constituants: – – – – – – Acides organiques Composés aromatiques Tanins Minéraux Anti-oxydant de type polyphénols Vitamine du groupe B • Fabriquée à partir d’orge fermentée • Contient des glucides • Contient des vitamines du groupe B Les propriétés digestives sont dues à son acidité (pH 2-2,5) • Sa teneur en alcool varie de 2 à 10 % • Une bière à 5° fournit 400 Cal/L • Valeur énergétique: – Dépend du d° d’alcoolémie (1g d’alcool fournit 7 Cal pour la thermogenèse) – 1 L de vin à 12° apporte 670 Cal Catégorie 7: les boissons autres boissons alcoolisées Cours de Nutrition % alcool g alcool / L g glucide / L Cal / L Vin rouge/blanc sec 9 / 14 72 / 112 Traces 500 / 780 Vin blanc sucré 9 / 14 72 / 112 15 / 70 560 / 1060 2 /8 6 / 64 30 250 / 570 1 8 50 / 100 250 / 450 1/6 8 / 48 1 / 60 60 / 340 Pastis pur 42 335 10 / 37 2400 Whisky 40 320 0 2240 15 / 22 120 / 170 40 / 70 1000 / 1500 Bière Bière sans alcool Cidre Vins de liqueur L2 Utilisation des nutriments Voies métaboliques 38 Sources d’énergie Métabolisme cellulaire Protéines ↓ Acides aminés • L’énergie provient de l’utilisation des nutriments Polysaccharides ↓ Glucides simples • Les réactions d’oxydoréduction représentent la seule source d’énergie utilisable glucose glycolyse • Types de réactions: – Premier groupe = transformer les aliments en nutriments: Cycle Krebs • Glycolyse • β-oxydation • Catabolisme des acides aminés NADH Phosphorylation oxydative NH3 • Dans la mitochondrie l’acétyl-CoA est oxydé en CO2 + H (H2O) • L’énergie est transférée sur des transporteurs spécifiques : CO2 ATP ATP Produits de déchets Production d’ATP (1) Production d’ATP (2) • La production d’ATP extra-mitochondriale est mineure (5%), mais rôle important • Production d’ATP extra-mitochondriale lactique: • Globalement, chez l’Homme l’ATP est produit par voie oxydative – Glucose : 38 mol.mol-1 – Acide palmitique: 129 mol.mol-1 – Protéine standard: 450 mol.mol-1 – Métabolisme énergétique anaérobie lactique = glycolyse – Tissus très peu vascularisés – Tissus transitoirement en hypoxie: • Muscle en phase initiale de mouvement • Muscle en cours d’exercice intense – Devenir du lactate: • • • • L’ATP est produit à partir de l’oxydation complète des différents nutriments: •Protéine standard •C100H159032N26S0,7 + 135,3 O2 → 87 CO2 + 53,5 H20 + 13 CO2(NH2)2 + 0,7 SO3 + 10619 Kal.mol-1 ATP ATP H2O – NAD+ → NADH – FAD → FADH2 •Acide palmitique •C16H32O2 + 23O2 → 16 CO2 + 16 H2O + 2480 Kal.mol-1 NADH Acétyl-CoA – Second groupe = convertir les nutriments en un intermédiaire commun: l’acétyl-CoA • glucose •C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H20 + 697 Kal.mol-1 ATP pyruvate • Protéines → acides aminés • Polysaccharides → glucides simples • Lipides → acides gras + glycérol • Calcul de la quantité d’ATP formé pour chaque type de substrat oxydé: graisses ↓ Acides gras et glycérol • Oxydé en pyruvate Gluconéogenèse Cycle de Krebs Excrété Production d’ATP extra-mitochondriale alactique: – Voie de l’adénylate kinase (myokinase du muscle) : ADP + ADP → ATP + AMP – La phosphocréatine (PCr) : PCr + ADP → Cr + ATP • Permet d’amortir les variations brutales de la concentration d’ATP • Implication PCr/Cr dans le couplage de nombreuses réactions enzymatiques • Facilitation du transport transmembranaire de l’ADP et de l’ATP 39 Utilisation de l’ATP Cours de Nutrition • Transport: L2 – Chez l’Homme, l’ensemble des phénomènes de transport représente 30-40% de l’énergie produite – Transports ATP dépendants: • • • • Transport de différentes molécules Maintien des différents potentiels de membrane Régulation de l’osmolarité Signaux intracellulaires • Synthèse de molécules (coût énergétique important): • 6 ATP pour synthétiser 1 glucose à partir du lactate (gluconéogenèse) • 4 ATP par AA incorporé dans une protéine • Difficile de mesurer exactement le coût réel en ATP des synthèses in vivo Utilisation des nutriments Maintien de la composition corporelle • Contraction des myofibrilles • Mesure de la composition corporelle: méthodes indirectes Méthodes de mesures classiques • Densité/Nature • L’indice de Quetelet (1871), index de masse corporelle (IMC) ou Body Mass Index (BMI) P = MM + MG BMI = Poids / Taille 2 • MASSE MAIGRE (MM) Hétérogène: eau, protéines, masse calcique… d = 1,10 g/ml Contient les éléments vitaux • MASSE GRASSE (MG) 43% 3% 14% Muscle Graisse essentielle Graisse de stockage 36% 12% 15% • Adulte:18 - 25 • Variabilité âge/sexe Filles Garçons 15% Os 12% 25% Autres 25% Lipides « amorphes » (triglycérides) ≠ tissu graisseux d = 0,90 g/ml 40 Rapport des circonférences Taille/ Hanche Waist-to-Hip Ratio (WHR) Estimation de la distribution abdominale des graisses (< 0,80) risque cardiovasculaire Méthode des plis cutanés • Epaisseur cutanée avec un “compas” (10g/mm2 ) • Points précis (ex: plis bicipal, tricipal, supra-iliaque, sous scapullaire) c, m: coefficients Densité corporelle = c - m x log(Σ 4 plis) Calcul du %MG (formule de SIRI) • Sportifs: 7 plis + circonférences • Enfants: formules adaptées/âge La Densitométrie hydrostatique • Densité du corps (principe d’Archimède) d = m/v • «pesée hydrostatique»: pesée successive dans l’eau et dans l’air Le comptage du potassium 40 • Isotope radioactif naturel dans le corps humain • Taux strictement constant de 0,012% du potassium total MM = Potassium total / 68,1 La mesure de l’eau corporelle • Isotopes stables comme le deutérium (eau lourde) ou l’oxygène18 MM = Veau / 0,732 d = Mair / ((Mair-Meau)/deau) - (Vr - VGI) Fg = (495/d) - 450 d : densité corporelle; M : masse en Kg; V : volume en litre; VR = volume résiduel pulmonaire; VGI volume des gaz du tractus digestif; Fg: Fraction graisse (%) Ces méthodes anciennes ne permettent de déterminer que 2 (voir 3) compartiments: MG, MM, (eau extracellulaire) 41 l’impédancemètrie bioélectrique Méthodes récentes Masse corporelle Masse Grasse Eau extracellulaire 37% Eau intracellulaire Volume d ’eau extra-cellulaire Volume d ’eau total Protéines résistance extracellulaire Résistance intra et extracellulaire MM Masse calcique Masse protéique 5 compartiments 25% Basse Fc MM Eau extra cellulaire Eau intracellulaire • Le corps humain contient 60 à 65% d’eau • Le milieu intérieur est conducteur d’électricité • Technique basée sur la résistance électrique 16% 6% MG 10-30% 5KHz Minéraux 500KHz Haute Fc Graisse Les glucides sont quantitativement peu importants (<1%) MM et MG (calcul) Variations de la composition corporelle •L’absorption biphotonique (DEXA ou DPA) • rayons X :atténuation du • sexe / âge faisceau/composition de la matière. 3 trois composants : la masse calcique, MM, MG Masse maigre • Résonance Magnétique Nucléaire, Faisceau de neutron 4. Méthodes de mesure de la masse musculaire Muscle Débit urinaire (24h) Créatine Créatinine: 1g ⇒ 20 kg muscle Masse grasse 3 Methylhistidine 3 Methylhistidine (AA protéine myofibrillaire) 42 Variations en fonction: sexe sédentarité Composition corporelle et activité métabolique Masse grasse : réserve énergétique et matière protectrice Masse maigre : noyau vital, poste essentiel de la dépense énergétique. Pour juger du niveau métabolique, on rapporte en général la dépense énergétique de repos au kilogramme de masse maigre. La dépense normale est approximativement de 30 Kcal/24h/kg de MM chez le sujet sain. Compartiments de la dépense énergétique Cours de Nutrition L2 • Dépense énergétique de repos (DER) – DER = énergie dépensée au repos: • 8-12 h après ingestion du dernier aliment • Environnement neutre (pas de stress) ; aucun mouvement • Température 20-22°C – DER représentative du métabolisme de base et de la régulation homothermique • Dépense énergétique Effet thermique des aliments (ETA) – ETA désigne l’augmentation de la dépense énergétique survenant dans les heures qui suivent l’ingestion d’un repas – ETA inclut: • • • • • Énergie d’absorption Énergie de transport Énergie nécessaire au stockage des nutriments Énergie de la synthèse des composés glucidiques, lipidiques et protéiques Effet thermique de l’exercice (ETE) – ETE désigne l’augmentation de la DER pendant et après l’exercice 43 Dépense énergétique en 24 h (kcal) Les 3 composantes de la dépense énergétique Principaux facteurs affectant la dépense énergétique de l’homme 2500 2000 Effet thermogénique de l’activité 15% - 30% Effet thermogénique de l’alimentation environ 10% Facteurs intrinsèques Métabolisme basal 1500 1000 500 Métabolisme de base 60% - 75% Thermogenèse Activité physique Facteurs extrinsèques Masse des tissus maigres Age, sexe Hormones thyroïdiennes Etat nutritionnel Activité du système nerveux sympathique Masse musculaire Rendement des muscles VO2 maximale 0 Prise alimentaire Ingestion de substances thermogéniques Stress, exposition au froid Durée et intensité des exercices musculaires Æ Métabolisme basal, thermogenèse, activité physique Métabolisme basal (MB) Dépense d’énergie au repos: quantité minimale d’énergie pour assurer les fonctions vitales de l’organisme • Position allongée, après 8h de sommeil, 12 h de jeûne Exemple: Un homme de 70 Kg consomme 0,3 l O2.min-1 = 0,3 x 60 = 18 l O2.h-1 = 18 x 24 = 432 l O2.j-1 → Soit en kcal. j-1 ? Facteurs influençant le MB • Activité métabolique: en relation avec la MM ► si MMÒ alors MBÒ ► A poids identique: MB femme < MB homme • Surface corporelle Ò Surface corporelle donc Ò pertes de chaleur par la peau, Ò MB pour maintenir la t° corporelle constante * Sachant qu’au repos, le corps consomme à la fois des sucres et des graisses (Qr = 0,8), l’équivalent calorique est de 4,80 kcal. l-1 O2 consommé * Dépense énergétique journalière = DEJ 432 l O2.j-1 x 4,80 kcal. l-1 O2 = 2074 kcal. j-1 → 1200 < MB < 2400 kcal.j-1 1800 < DEJ < 3000 kcal et jusqu’à 10 000 kcal (athlète) • Age: MB Ô avec l’âge • Température corporelle: MB Ò quand la t° corporelle Ò • Stress : MB Ò • Hormones : MB Ò 44 Exercice musculaire Thermogenèse postprandiale • Mise en réserve des nutriments • Composante la plus variable • Dépend du comportement des sujets, de leur mode de vie, activité professionnelle Glucose Æ glycogène Stockage des lipides alimentaires Æ tissu adipeux Ingestion des protéines • Substances thermogéniques Caféine, nicotine Æ Système Nerveux (SN) sympathique et de la médullosurrénale Calcul de la dépense énergétique: Calorimétrie directe Contribution des différents organes en % DE basale globale Consommation d’oxygène des différents organes: ● différence artério-veineuse des concentrations d’oxygène ● débit sanguin de l’organe Foie Cerveau Cœur Reins Muscles Tissu adipeux Divers (os, peau..) Total [O2] L’organisme s’adapte à toute variation d’apport calorique en ajustant l’une ou l’autre des 3 composantes de la dépense énergétique [O2] d(O2 - O2 ) Homme (30 ans) Femme (30 ans) Enfant (6 mois) 21 20 9 8 22 4 16 21 21 8 9 16 6 19 14 44 4 6 6 2 24 100 100 100 Mesure directe des variations de températures (air insufflé dans l’enceinte étanche, échanges de chaleur entre les parois et un circuit d’eau) 45 Quotient respiratoire, QR Calcul de la dépense énergétique: Calorimétrie indirecte La chaleur libérée par les processus métaboliques peut être calculée à partir des échanges gazeux (consommation O2 et production de CO2 totale) La libération d’énergie est couplée à la consommation d’oxygène O2 ATP CO2 • Combustion d’un glucide: glucose C6H12O6 + 6 O2 Æ 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP QR = VCO2 / VO2 = 6 CO2 / 6 O2 = 1 • Oxydation d’un lipide: acide palmitique (16:0) C16H32O2 + 23 O2 Æ 16 CO2 + 16 H2O + 129 ATP QR = VCO2 / VO2 = 16 / 23 = 0,70 Equivalence calorique du QR QR = 1 (100% glucides) QR = 0,70 (100% lipides) Exemple QR = 1 Consommation O2 = 2 l.min-1, Energie Æ 5,05 kcal. L-1 d’O2 Æ 4,69 kcal. L-1 d’O2 Æ E produite = 10,1 kcal. min-1 Facteurs de variabilité de la dépense énergétique • Age Croissance, activité physique Cours de Nutrition L2 • Variabilité interindividuelle (masse maigre) • Conditions extrêmes – Jeûne prolongé Ô métabolisme basal Ô masse de tissus maigres Ô dépense énergétique basale par kg de masse maigre = « épargne énergétique » – Surcharge chronique alimentaire Ò masse de tissus maigres Ò thermogenèse postprandiale Ò coût énergétique de la locomotion (Ò poids corporel) Besoins nutritionnels 46 Évaluation du besoin énergétique • Les besoins énergétiques d’un individu correspondent à la valeur de l’apport énergétique alimentaire qui équilibre la dépense d’énergie chez un sujet dont la corpulence, la composition de la masse corporelle et le degré d’activité physique sont compatibles avec le maintien durable d’une bonne santé et permettent l’exercice de l’activité physique économiquement nécessaire et socialement souhaitable (OMS 1986) • Besoins énergétiques déterminés sur la base d’enquêtes épidémiologiques – – – – • Détermination du besoin énergétique (1) • Le besoin énergétique (BE) est exprimé en multiple du métabolisme de base (MB) Au lit à 1,0 MB Activité professionnelle à 1,7 MB Activités discrétionnaires: -activité socialement souhaitables et tâches ménagères à 3,0 MB -Entretien cardiovasculaire et musculaires à 6,0 MB Pour le temps restant, BE estimé à 1,4 MB OMS: Organisation Mondiale de la Santé FAO: Food and Agriculture Organisation (de l’OMS) CNERNA-CNRS: Centre National de coordination des Études et Recherches sur la Nutrition et l’Alimentation AFSSA: Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments Tache essentielle de ces groupes d’experts internationaux: fournir aux institutions des outils permettant de juger de la suffisance, de l’appauvrissement des apports alimentaires et de fixer des objectifs de la politique en matière de nutrition et d’alimentation Catégorie 1 2 3 4 5 6 NAP moyen 1 1,5 2,2 3 3,5 5 Activités sommeil, repos en position allongée activité en position assise: repas, couture, usage du micro-ordinateur, … activité légère en position debout: toilette, achats, vente, … activité modérée: industrie de production (agroalimentaire), menuiserie, … activité plus élevée: travaux du batiment, jardinage, marche, … activité intense: terrassement, sport, … Il faut ensuite déterminer la durée des activités sur une journée à partir des activité de la semaine: on obtient alors le NAP moyen Homme Femme sujets impotents travail assis sans déplacements 1,2 1,2 1,4 1,4 travail assis travail debout avec petits déplacements (activité usuelle) 1,6 1,6 1,8 1,8 BE = NAP x MB (MJ) kJ 2340 2970 2 0,5 7,5 420 140 750 _____ 2580 1760 580 3140 _____ 10780 25 ans; 1,72 m; IMC 22; MB = 70 kcal (290 kJ) par heure; employé de bureau: activité légère Les apports énergétiques conseillés Groupes Adulte 20-40 ans AEC Homme AEC Femme 1 Personne ayant une activité physique réduite 2400 kCal 1900 kCal 2 Personne ayant une activité usuelle en France 2700 1900 3 Personne ayant une activité physique importante 3080 2400 4 Personne ayant une activité physique particulièrement importante (plusieurs heures, chaque jour) 3400 2600 activité physique intense 2 1,9 kcalth 560 710 Résultat: BE = 1,54 MB Détermination du besoin énergétique (2) Méthode proposée par l’AFSSA: en fonction du niveau d’activité physique moyen (NAP) heures 8 6 AFSSA, 2000 Facteurs influençant les AEC: Âge, grossesse, allaitement,croissance, sport, … Il faut donc déterminer les apports conseillés pour chaque catégorie, groupes d’individus 47 Répartition de la ration alimentaire Ration alimentaire équilibrée Repas Glucides (50-58%) Amidon 25-36% Oses et diholosides 19-25% Sucre et produits sucrés < 10% Protides (12-14%) Produits animaux de 1/2 à 2/3 des apports Lipides (30-35%) AGS < 10% AGMI > 12% AGPI 5-7% eau % de l’AET Collation Adultes Enfants adolescents Petit déjeuné 25 ± 5 20 ± 5 20 ± 5 5±5 5±5 35 ± 5 35 ± 5 15 ± 5 10 ± 5 25 ± 5 30 ± 5 Matinée Déjeuné 40 ± 5 Gouter Dîner Au moins 1L/4,2 MJ 35 ± 5 Une alimentation équilibrée ne peut être que variée. Bateau alimentaire de référence Légumes Féculents En France: 6 grands groupes de consommateurs Bateau référence Fruits Graisses animales Graisses végétales Eau Petits mangeurs diversifiés Gros mangeurs diversifiés Sucres simples Produits laitiers Viandes Poissons Mangeurs standards Jeunes mangeurs Petits mangeurs pressés Gros mangeurs monotones 48