1L : Alimentation et environnement

1L : Alimentation et environnement
Activité.3 : Les oligoéléments
A – Qu’est-ce qu’un oligo-élément ?
L’organisme humain a besoin d’une vingtaine de minéraux qui doivent être apportés régulièrement par l’alimentation pour
compenser les pertes journalières (urines, selles, transpiration …) ou pour satisfaire des besoins augmentés dans certaines
situations physiologiques (croissance osseuse, grossesse, allaitement, menstruation …).
Les minéraux et oligo-éléments, sont indispensables au bon fonctionnement de l’organisme : ils interviennent dans de
nombreux processus biologiques, soit comme constituants (exemple : calcium et os), soit comme cofacteurs dans divers
métabolismes (ex : fer et hémoglobine pour le transport de l’oxygène). Certains de ces éléments sont nécessaires dans des
quantités de l’ordre du gramme (exemple : calcium), ce sont des macroéléments, d’autres dans des quantités de l’ordre de
quelques milligrammes (exemple : le fer) : ce sont les oligoéléments. Tous doivent être apportés par une alimentation
équilibrée car l’organisme ne peut pas les synthétiser.
En France, les situations de carence sont heureusement assez rarement observées et concernent toujours un élément
particulier dans une région précise. Exemple : l’iode dans les Alpes. Le goitre y était endémique, il y a cent cinquante ans, et
ce problème est résolu depuis que la nourriture de cette population ne provient plus uniquement de ce qui est cultivé sur
place. Par contre, d’après plusieurs études, des déficiences d’apports sont rencontrées assez fréquemment. Celles-ci
n’engendrent pas de maladies graves mais peuvent être à l’origine de fatigue, baisse d’appétit, d’une moindre résistance aux
infections … Il est donc nécessaire d’avoir des apports quotidiens suffisants, les besoins étant variables suivant l’âge, le
sexe ….
Masse des éléments minéraux dans un corps humain de masse 70 kg
MACROELEMENTS
3%
OLIGOELEMENTS
Masse > 5g
Masse < 5 g
Elément
Masse (g)
Elément
Masse (g)
Calcium
1050
Fer
3
Phosphore
700
Zinc
2
Potassium
245
Brome
2
Soufre
210
Cuivre
0.1
Sodium
105
Manganèse
0.02
Chlore
105
Cobalt
0.005
Magnésium
35
Silicium
0.0001
Iode
9.8
Chrome
0.0000…
Fluor
6.3
Etain
0.0000…
Arsenic
0.0000…
Vanadium
0.0000…
Molybdène
0.0000…
Remarque :
Les oligoéléments se présentent dans le corps humain sous forme d’ions (Fe2+, Zn2+, Cu2+, Ca2+…)
Questions :
1. Quelle différence y a-t-il entre macroéléments et oligoéléments ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
2. Les macro éléments représentent 3% de la masse totale d’un corps humain de 70 kg, combien représentent les oligoéléments ? …………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
3. Notre organisme est-il capable de synthétiser les oligo-éléments? Que cela implique-t-il ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
4. Comment appelle-t-on les maladies dues à un manque d’oligoéléments ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
Conclusion :
Les oligo-éléments sont des éléments minéraux nécessaires, en ……………………
vivants. Leur ………………… peut entraîner des maladies graves.
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quantité, au fonctionnement des organismes
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B – Des oligo-éléments : Où ? Combien ? Pourquoi ?
Elément
Quelques fonctions
Fer
Composant essentiel de
l'hémoglobine (transporteur
d'O2), permet l'apport d'O2
aux cellules et l'évacuation
du CO2
Fatigue profonde,
baisse de l'immunité,
conduit à l'anémie
ferriprive.
Zinc
Participe à toutes les
étapes métaboliques,
cicatrisation, antioxydant,
indispensable à la
croissance à la reproduction
et au système nerveux
Cuivre
Facilite l'absorption du fer
des aliments. Concentré
dans les tissus nerveux, le
foie, le cœur, les reins,
nécessaire au
fonctionnement du système
nerveux
Baisse des
performances
physiques, fatigue,
irruption cutanée,
inflammation,
allergie, toxique à
hautes doses,
renouvellement plus
lent des cellules,
cicatrisation ralentie,
Chute de l'immunité
et anémie, les
carences sont rares!
altération du goût
Manganèse
Essentiellement présent
dans le foie, les reins, le
pancréas et le cerveau.
Participe à l'équilibre de
nombreux enzymes,
métabolisme des glucides.
Présent dans le squelette
Régulateur du taux de sucre
dans le sang et contrôle le
taux de cholestérol sanguin
Retard de croissance
cérébrale chez le
fœtus, baisse de
glycémie, troubles
articulaire
Cobalt
Présent dans la molécule de
vitamine B12
Pas de carence
connue
Sélénium
Sert d’antioxydant
Recrudescence
possible de cas de
cancers et
d’insuffisance
cardiaque.
Chrome
Carence
Sa carence intervient
dans l’apparition de
certains types de
diabète.
Quelques sources alimentaires, toxicologie
Apport quotidien : 10 à 50 mg/jour
Sources :
Légumes secs (8 à 10 mg/100g)
Epinards (4 à 30 mg/100g)
Viande de bœuf (3 mg/100g)
Foie (6 à 10 mg/100g)
Vin (2 à 6 mg/100g)
Apport quotidien recommandé : 15 mg/jour
Sources :
Les produits de la mer (huîtres, poissons)
Le foie
Les céréales (pain complet)
Les œufs
La toxicité du zinc est faible
Apport quotidien recommandé :1 à 2 mg/jour
Sources :
coquillages
cacao, légumes secs
foie
Toxicité modérée : DJA* fixé à 0,5 mg de
Cu
par kg.
Attention, parfois présent dans le vin ou dans
certaines eaux (canalisations en cuivre)
Apport quotidien : 7 mg/jour
Sources :
céréales complètes
graines oléagineuses
Apport quotidien recommandé :
50 à 200 µg/jour.
Sources :
jaune d’œuf
foie
huîtres
viande de bœuf
Attention : le chrome(VI), présent dans certains
rejets industriels accidentels est très toxique
(cancers, modifications génétiques..)
Apport quotidien : 0,1µg/jour
Coquillages, champignons, lentilles, ris de veau
Métal toxique
Apport quotidien : 50μg/jour
Sources :
produits de la mer
noix
champignons
Toxique au delà de 500μg/jour
*DJA : dose journalière admissible
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Questions:
1.
2.
3.
4.
5.
Quels aliments peut-on conseiller à une personne souffrant de fatigue passagère?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………
Sachant que 100g de viande de bœuf apporte 3 mg de fer, quelle quantité de viande bœuf faudrait-il manger par jour
pour absorber la dose recommandée de fer ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Quels sont les risques encourus par une personne suivant un régime végétarien?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….
A l’aide des questions précédentes, pourquoi faut-il varier son alimentation ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………
Quels aliments peuvent être déconseillés aux personnes souffrant d’insuffisance cardiaque?
…………………………………………………………………………………………………………………………
C – Comment mettre en évidence les oligo-éléments ?
Les aliments contiennent des oligo-éléments en très faible quantité, ce qui suffit à satisfaire nos besoins. Pour notre santé,
il faut équilibrer notre alimentation, il est donc nécessaire de mettre en évidence les oligo-éléments présents dans les
aliments:
Effectuer chaque test, en introduisant dans un tube à essai environ 1 cm3 de solution contenant l’ion à caractériser
puis environ 1 cm3 de réactif.
Compléter le tableau ci-dessous :
Ion à
caractériser
cuivre Cu
Solution
Sulfate de cuivre à 10-2 mol/L
2+
fer (III) Fe
Sulfate de cuivre à 10-4 mol/L
3+
Chlorure de fer à 10-2 mol/L
Chlorure de fer à 10-4 mol/L
Réactif
Résultat du test
Soude (hydroxyde de sodium)
Solution de thiocyanate de potassium
Questions :
1. Peut-on toujours détecter la présence d’oligo-éléments dans une solution ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
2. Peut-on mettre en évidence les oligo-éléments contenus dans les aliments à l’aide de ces tests ?
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Conclusion :
Avec des solutions …............................................ les tests ne sont pas ……………….... On ne peut donc pas mettre en évidence, par
l’intermédiaire de ces tests, la présence d’oligo-éléments dans les aliments, les quantités présentes étant …………………………….
D’autres méthodes, plus précises doivent être utilisées.
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D – Dosage du fer dans le vin blanc
L'élément fer est naturellement présent dans le raisin et donc dans le vin.
On cherche à mettre en évidence et à doser l’élément fer, présent dans le vin en très faible quantité. Ce fer est sous
différentes formes ioniques : à l’état Fe3+, mais aussi partiellement à l’état Fe2+.
1/ Préparation des solutions étalons
A partir d’une solution mère contenant 100mg d’ions fer III par litre, on prépare 50mL de solutions à 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12 ;
14 et 16 mg/L.
N° de la solution
1
2
3
4
5
6
7
8
Concentration (Fe3+) (en mg/L)
2
4
6
8
10
12
14
16
2/ Réalisation de l’échelle de teintes
On utilise alors 8 tubes à essais, numérotés de 1 à 8, et on verse dans le tube n°k :
 10mL de solution étalon préparée n°k (prélevés à la pipette jaugée)
 1mL de solution d’acide chlorhydrique (prélevés à la seringue)
 1mL de solution de thiocyanate de potassium (prélevés à la seringue)
 1 mL gouttes d’eau oxygénée.
Agiter. On obtient ainsi 8 solutions de même volume ayant une couleur rouge de plus en plus intense, contenant des quantités
connues d’ions fer III.
Principe de l’échelle de teinte :
Plus la concentration en fer …………………………. plus la couleur de la solution devient …………………
3/ Dosage des ions fer III dans le vin
Pour doser le fer présent dans un vin blanc, puisqu’il est initialement légèrement coloré, on le décolore par filtration sur noir
de carbone.
On verse ensuite dans un 9ème tube à essais :
 10mL de vin blanc décoloré (prélevés à la pipette jaugée)
 1mL de solution d’acide chlorhydrique (prélevés à la seringue)
 1mL de solution de thiocyanate de potassium (prélevés à la seringue)
 1mL gouttes d’eau oxygénée.
En comparant la couleur de la solution obtenue dans ce tube avec l’échelle de teinte, on constate que sa couleur est comprise
entre celle du tube n°…… et celle du tube n°…… .
Conclusion :
D’après la couleur obtenue pour le vin blanc, on en déduit que la concentration en Fe3+ dans le vin blanc est
………………………………………………………………………………….……………………………..
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Les oligoéléments
Exercices d’application
Exercice.1 : Lutte contre les carences
L’organisation mondiale de la santé (OMS) estime que 600 à 700 millions de personnes souffrent de carence en fer, les
conséquences sont importantes, car le fer permet à l’hémoglobine (pigment rouge du sang) de transporter correctement
l’oxygène à toutes les cellules du corps. Les individus végétariens peuvent présenter une carence en fer qui se traduit par
une anémie, dont le principal symptôme est la fatigue.
1. Quel est l’oligoélément cité dans le texte ? Donner son symbole chimique.
2. Quel est son rôle dans l’organisme ?
3. A votre avis, pourquoi les individus végétariens ont-ils un risque de présenter une carence en fer ?
4. Comment peuvent-ils y remédier ?
Exercice.2 : Le zinc dans l’organisme
Le corps d’un adulte contient environ 2 à 3 g de zinc. Le zinc est un élément très utile à l’organisme, il intervient dans le
processus de multiplication cellulaire (croissance), il entre dans la composition de nombreuses enzymes aux actions diverses
(synthèse des protéines), il permet l’action de nombreuses hormones (de croissance, du goût), et il joue aussi un rôle
d’antioxydant puissant. On le trouve dans de nombreux aliments d’origine animale.
Pour un homme adulte, les besoins journaliers en zinc sont de 15 mg.
1. Quelles sont les données du texte qui indiquent que le zinc est un oligoélément ?
2. Quels peuvent être les effets d’une carence en zinc ?
3. Donner deux exemples d’aliments à consommer en cas de carence en zinc.
Exercice.3 : Dosage des ions fer dans un comprimé de médicament
On fait réagir les ions fer Fe2+ contenu dans un comprimé, avec une solution violette de permanganate de potassium.
On procède de la manière suivante : Voir schéma ci-dessous
 On écrase un comprimé que l’on dissout dans 50 mL d’eau distillée.
 On verse ces 50 mL dans un bécher.
 On remplit une burette grduée, en ajustant le zéro, de la solution de permanganate de potassium.
 On place le bécher précédent, muni d’un agitateur magnétique, sous la burette.
 On verse progressivement la solution violette de permanganate de potassium dans le bécher, on observe que la
couleur violette disparaît.
1. Complète le schéma ci-dessous en l’annotant.
2. On continue de verser la solution de permanganate de potassium jusqu’à ce que la coloration violette persiste.
On note alors le volume de la solution de permanganate de potassium versé : V = 14 mL.
Pour déduire la masse des ions fer Fe2+ contenus dans le comprimé, on utilise la courbe d’étalonnage ci-dessous,
donnant la masse m des ions fer, en fonction du volume V de solution de permanganate de potassium versé.
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5/6
m (mg)
140
120
100
80
60
40
20
0
0
5
10
15
20
25
30
V (mL)
a) Que devient la solution violette de permanganate de potassium en présence des ions fer Fe 2+ ?
b) A quoi correspond la persistance de la couleur violette ?
c) Reporter, sur la courbe d’étalonnage, le volume qui correspond à ce dosage, et en déduire la masse d’ions fer Fe 2+
contenus dans le comprimé.
d) Le fabriquant donne l’indication suivante : << Teneur en fer d’un comprimé : 80 mg >>.
Comparer cette indication à la valeur trouvée par le dosage et conclure.
3. On réalise à nouveau ce dosage sur le contenu d’une ampoule contenant un complément alimentaire riche en fer.
Le volume de la solution de permanganate de potassium versé est alors : V = 5 mL.
a) En utilisant la courbe d’étalonnage, déterminer la masse m de fer contenue dans l’ampoule.
b) Sachant que l’apport journalier en fer recommandé pour une femme est de 50 mg, combien d’ampoules peut-elle
consommée par jour ?
Ion
Réactif
Observation
2+
Cuivre : Cu
Solution d’ammoniac
Formation d’un complexe bleu marine
Zinc : Zn2+
Solution de sulfure d’ammonium
Formation d’un précipité blanc
Fer : Fe2+
Solution de thiocyanate de sodium
Formation d’un complexe coloré
Exercice.4 :
Dans le commerce, il existe des compléments alimentaires liquides, sous formes d’ampoules, qui contiennent des <<cocktails>>
d’oligoéléments. Le tableau suivant rappelle quelques uns des tests de mise en évidence de quelques ions :
On désire mettre en évidence les oligoéléments présents dans ces ampoules. Pour cela, on réalise les trois tests du tableau
ci-dessous. On observe que :
 L’ajout de la solution de thiocyanate de sodium n’a aucun effet.
 L’ajout d’ammoniac donne un précipité bleu marine
 L’ajout de la solution de sulfure d’ammonium donne un précipité blanc.
1. Pourquoi le cuivre, le zinc et le fer sont-ils des oligoéléments ?
2. D’après les observations, déduire quels sont les oligoéléments présents dans l’ampoule.
3. Peut-on conseiller ce complément alimentaire en cas d’anémie (fatigue) ?
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