UE 2.2 Cycle de la vie et grandes fonctions Nutriments et métabolisme Marianne Zeller Nutriments et métabolisme - Nutriment = substance apportée par les aliments (après digestion) et qui est utilisée par les cellules Assurent croissance, entretien, réparation des tissus - 5 groupes de nutriments: - Glucides, lipides, protéines - Vitamines, minéraux - Glucides ( + lipides) apportent énergie → ATP - Aliments = mélange nutriments - Source = animale ou végétale - 5 groupe d’aliments (≈ mêmes proportions de nutriments) - Céréales - Fruits/légumes - Viandes/poisson/œuf - Produits laitiers - Graisses Sources alimentaires de glucides • Type = Sucres + amidon • Origine = végétale – Sauf lait, viande • Principales sources – – – – Fruits/légumes → glucose, fructose Lait → lactose Viandes (un peu glycogène) Céréales, légumineuses → amidon • Cellulose = fibre alimentaire non digestible des légumes (ex: salade), mais facilite (↑ volume ) évacuation des selles Sources alimentaires de lipides • Principaux types – Triglycérides – Phospholipides – Cholestérol (jaune d’œuf, viande, produits laitiers) • Catégories selon double liaisons chimiques AG – Graisses animales → saturées • Viande, produits laitiers – Graisses végétales → insaturées • Huiles, graines, noix Sources alimentaires de protéines • Polymères d’acides aminés (aa) – 20 aa • 9 essentiels = non synthétisés par l’organisme • Protéines animales (type et proportion optimale d’aa ) – Œuf – Lait – Viandes, poissons • Protéines végétales (apport aa = incomplet) – Légumineuses (lentilles, pois, haricots…) – Céréales, noix Sources alimentaires de vitamines • 13 vitamines – Liposolubles = A, D, E et K – Hydrosolubles = B, C • Apportés par alimentation, sauf – Vitamine D = une partie synthétisée par la peau – Vitamine K (bactéries du colon) • Nécessaires au fonctionnement cellulaire, en petites quantités • Rôles très variés – Souvent = co-facteurs enzymes Sources alimentaires des minéraux • Besoins vitaux journaliers • 7 minéraux (mg) – Calcium, phosphore, potassium, soufre, sodium, chlore et magnésium • Oligoéléments (µg) – Ex: Iode, Fluor, Fer, Zinc, Cuivre, Sélénium… • Surtout dans légumes, légumineuses, lait, viandes Nutriments et métabolisme -Les nutriments sont apportés par le sang aux cellules de l’organisme. - Ils subissent un ensemble de réactions biochimiques constituant le métabolisme = Ensemble de réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie - Au cours de ces processus, des substances sont continuellement élaborées et dégradées - Utilisations des nutriments par les cellules selon leur nature biochimique Principales voies d’utilisation des nutriments Lipides Glucides Glycérol, AG, cholestérol Membranes Myéline Glucose Tissu adipeux Energie ATP Protéines Acides aminés Structurales Fonctionnelles Muscles Enzymes Kératine Hormones Elastine Collagène Nutriments et métabolisme - Anabolisme: réactions de synthèse de grosses molécules à partir de molécules plus petites → Consommation d’ATP Ex: aa → protéines - Catabolisme: réactions de dégradations de molécules complexes en molécules plus simples Energie libérée → Production d’ATP Ex: Oxydation glucose (respiration cellulaire) Métabolisme des glucides Glucose = principal produit de la digestion des glucides Rentre dans cellules par diffusion facilitée (insuline) « Combustible » des cellules → ATP (sauf foie, muscles repos et cœur : lipides → ATP ) Energie chimique libérée par la dégradation glucose → permet liaison d’un groupement phosphate sur un ADP → ATP Respiration cellulaire Mitochondrie Cytoplasme Digestion → Sang La respiration cellulaire Respiration cellulaire Métabolisme des lipides Tissu adipeux Hanches, Abdomen, Seins, Hypoderme… Lipides digérés (AG, glycérol) → lymphe → sang - Foie : 1) Synthèse ATP AG → Acétyl CoA → CO2 + H2O + ATP Si combustion incomplète (glucose non disponible) → corps cétoniques (acétone) → acidose (cétose). Ex : au cours du diabète ou du jeûne 2) synthèse lipoprotéines (transport cholestérol, AG) - Autre que foie : retourne dans le sang pour - Stockage dans tissu adipeux - Utilisation par les cellules → Production d’ATP (respiration cellulaire) → Synthèse de myéline, membranes cellulaires Métabolisme et transport du cholestérol • Cholestérol = molécule indispensable à la vie • Rôles (≠ production d’énergie) – Précurseur hormones stéroïdes, vitamine D – Constituant des membranes cellulaires et de la gaine de myéline • Origine – Alimentaire (15%) – Synthèse dans foie (85%) (à partir d’acétyl CoA) • Elimination dans sels biliaires (→ fèces) • Transport dans le sang = lipoprotéines – LDL-cholestérol : Foie → cellules – HDL-cholestérol : Cellules → Foie • Hypercholestérolémie = excès de LDL dans le sang – Facteur de risque de maladies cardiovasculaires Métabolisme des protéines Protéines dégradées par digestion → acides aminés Passage dans le sang (après passage dans le foie) - Sang reçoit aussi les aa issus de dégradation des protéines cellulaires (recyclage) Puis captés (transports actifs) et utilisés par les cellules pour la synthèse de leurs protéines (fonctionnelles, structurales) - Si besoin → production d’ATP (respiration cellulaire) → NH3 → urée Foie et métabolisme du glucose Cerveau Muscle Glucose (sang) Glycogénogénèse Néoglucogénèse Glycogénolyse Acides aminés Glycogène Glycérol Foie Lipides Protéines Foie et régulation de la glycémie Apports énergétiques • Apport énergétique = énergie dégagée par l’oxydation des nutriments – Unité d’énergie = Kilocalorie (Kcal) • 1 kcal = 4,18 kj Nutriment Kcal / g Glucides 4 Lipides 9 Protéines 4 Alcool 7 • Régulation des apports : mécanismes complexes nerveux et hormonaux impliquant l’hypothalamus (signaux de faim/satiété) et venant de – Tube digestif – Taux nutriments sg – Leptine = hormone libérée par le tissu adipeux Les apports et les dépenses énergétiques Nutriments Apports Energie Dépenses Stockage 60% Chaleur Mise en réserve Travail Mécanique Transport Synthèse Dépenses énergétiques • Dépense énergétique = énergie immédiatement perdue sous forme de – Chaleur – Travail – Réserve d’énergie (tissu adipeux, glycogène) • Dépense énergétique au repos = métabolisme basal = Dépenses liées au maintien des activités vitales (respiration, fonctionnement des organes) – Variable suivant individus (surface corporelle, âge, sexe, état émotionnel…) • Homme jeune 70 kg ≈ 1500 kcal / j – Thyroxine (hormone thyroïdienne) → ↑ dépenses métaboliques → ↑ métabolisme basal • Dépense énergétique liée à activité physique = très variable L’équilibre énergétique • Si apports (nutriments) = dépenses (chaleur, travail, réserve) → poids corporel = stable • Si apports ≠ dépenses → variations poids corporel – Apports > dépenses → ↑ poids corporel – Dépenses > apports → ↓ poids corporel • Indice de Masse Corporelle = IMC • Obésité si IMC > 30 kg/m² • Régulation du poids le plus souvent par adaptation des apports aux dépenses UE 2.2 Cycle de la vie et grandes fonctions Thermorégulation Pr Marianne Zeller D’où vient la chaleur de notre corps ? • Quand un combustible brule, il consomme O2 et produit de l’énergie (ε) Glucose + O2 → CO2 + H2O + ε • ε de notre corps provient oxydation nutriments • 1er principe thermodynamie: ε ni crée ni détruite • An final, ε des nutriments convertie en chaleur La thermorégulation • La température corporelle reste constante autour de 37 ± 0,5°C • entre 35,8°C et 38,2°C • = Température compatible avec activités biologiques (vitesse réactions enzymatiques, conformation protéines) • Activité métabolique et température extérieure = variables • → il faut des systèmes de perte ou de production de chaleur pour compenser ces variations et maintenir la température constante • Thermorégulation = mécanismes mis en jeu pour maintenir la température optimale L’Equilibre thermique Thermogénèse Thermolyse Production chaleur Déperdition chaleur 1) Notre température corporelle résulte d’un équilibre entre production et déperdition 2) Il existe un ajustement constant afin de maintenir l’équilibre thermique Thermogénèse=production de chaleur par l’organisme pour maintenir constante la température interne Thermolyse=déperdition de chaleur par l’organisme pour maintenir constante la température interne Exposition au froid : mécanismes de la thermogénèse Augmentation production chaleur - Volontaire : Comportement (se couvrir, se recroqueviller, se mettre vers un endroit chaud…) - Involontaire Frissons (tremblements musculaires) Vasoconstriction vaisseaux cutanés ↑ Tonus musculaire ↑ Métabolisme (via Catécholamines, hormones thyroïdiennes) Graisse brune (nouveaux nés) Exposition au chaud : mécanismes de la thermolyse 1. Evaporation chaleur quand eau liquide → gazeux (vapeur) = Dissipation – Insensible (poumons, bouche) – Sensible: sueur (glandes sudoripares de la peau) A l’’exercice, jusqu’à 1 à 2 L d’eau perdue par heure Thermolyse 2. Vasodilatation périphérique -Dilatation vaisseaux sous cutanés (plexus veineux) favorisent déperdition de chaleur -Augmente échanges température du sang avec l’extérieur 3. Comportement -Rechercher un endroit frais -Se dévêtir -S’éventer -Bouger -Etc. Mécanismes de thermorégulation La fièvre • Hyperthermie = Toute élévation température corporelle (ex: exercice physique) • Fièvre = Modification du réglage du thermostat cérébral (augmentation de la température de consigne hypothalamique) • Objectif = stimuler mécanismes de défense • Cause la plus fréquente = infection, mais aussi traumatisme physique et stress • Adaptation de l’organisme: Libération par macrophagocytes de molécules pyrogènes et prostaglandines – ↑ seuil du thermostat hypothalamique – Déclenchement thermogénèse : frissons, vasoconstriction • ↑ température corporelle • En fin de processus, mise en route de la thermolyse (sudation, vasodilatation) afin de faire redescendre la température L’essentiel • Thermorégulation = lutte contre les variations de la température ambiante • Intervention de différentes fonctions physiologiques et comportementales • Coordination par l’hypothalamus « thermostat »): thermosensible et contrôle l’activité de systèmes effecteurs (thermolyse/ thermogenèse) • Fièvre = hyperthermie contrôlée due à réajustement réglage thermorégulation centrale La chair de poule = Piloérection = Horripilation - Réflexe qui consiste pour les poils de notre corps à se dresser - Lié à muscles horripilateurs (ou piloérecteurs) qui se contractent→poil vertical - But=emprisonner fine couche d’air autour de la peau pour garder la chaleur - Déclenchement = froid (via thermorécepteurs) ou peur