Les fonctions de nutrition
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Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie LES FONCTIONS DE LA NUTRITION Les fonctions de la nutrition: Appareil digestif (la dénomination est fausse étant donné que cet appareil regroupe les fonctions d'alimentation (dents, bouche...), de digestion et l'absorption des nutriments (tube digestif proprement dit mais aussi les glandes digestives associées : pancréas, foie...) Appareil circulatoire (système sanguin et lymphatique sont généralement regroupés ici) Appareil respiratoire Appareil excréteur (souvent associé à l'appareil reproducteur en un appareil uro-génital) I/ LES DIFFERENTS REGIMES ALIMENTAIRES : Un animal peut changer de régime au cours de sa vie (têtard : végétarien, grenouille : carnivore. Le veau est carnivore (lait) et la vache est végétarienne). Ce régime peut varier avec le sexe de l’individu (moustique male est végétarien et la femelle est carnivore). Ce régime peut changer au cours des saisons. A) Les végétariens: Ici nous trouvons tous les animaux qui se nourrissent exclusivement d’un végétal ou d’une partie de ce végétal. Ainsi les granivores ou les herbivores en sont des représentants. B) Les carnivores : Dans cette catégorie on peut trouver les carnassiers, les insectivores, les charognards, qui sont des animaux prédateur ou non qui mangent d’autres animaux. C) Les omnivores : Les animaux de cette catégorie consomment des aliments des deux origines (animal et végétal). II/ L’ALIMENTATION RATIONNELLE CHEZ L’HOMME : L'alimentation ou prise alimentaire ou encore ingestion est la première étape de la fonction digestive au sens large. Les aliments liquides sont avalés, les aliments solides sont mastiqués (appareil masticateur comprenant les dents) et subissent un début de digestion (modification chimique) par les enzymes contenues dans la salive sécrétée par les glandes salivaires. L'homme présente deux dentitions successives: les dents "de lait" et les "dents définitives" comprenant 32 dents: 2 incisives (dents terminées "en lame"), 1 canine (pointue), 2 prémolaires et 3 molaires (toutes massives broyeuses) par demi mâchoire soit 8x4=32 dents au total. Les aliments subissent une digestion mécanique (fragmentation, émulsion...) et une digestion chimique (hydrolyse des grosses molécules par des enzymes) pour être transformés en nutriments qui sont les éléments nutritifs pouvant être absorbés. La digestion se fait tout le long du tube digestif, même si l'on observe une régionalisation, chaque partie ayant un rôle plus spécifique: 30 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Les aliments sont d’origines animales, végétales et minérales (eau, sel) diversité des aliments. Que nous apportent les aliments ? - le renouvellement et la fabrication des structures cellulaires et donc de l’organisme. Ce sont les aliments bâtisseurs (croissance et entretien du corps). - l’énergie permettant le fonctionnement de l’organisme. Pour bouger, on a besoin d’énergie et pour avoir de l’énergie, il faut manger des aliments énergétiques. - Protection (sels minéraux comme calcium, vitamines qui favorisent les réactions cellulaires). Leurs apports sont complémentaires et participent à l’équilibre de l’alimentation L’homme est en général omnivore, 32 dents, 4 incisives, 2 canines, 4 prémolaires et 6 molaires. La dent est constituée d’une partie visible, la couronne, au dessus d’une partie cachée dans la gencive, la ou les racines. Des vaisseaux sanguins, des nerfs parviennent jusqu’au centre de la couronne au niveau de la pulpe dentaire. Les deux dentitions successives de l'homme.... qui, à l'âge adulte, possède 32 dents. Le moment de la perte des dents "de lait" chez l'enfant doit être exploité (document Tavernier p. 79 à utiliser), la dentition "de lait" est en minuscules, la dentition définitive en majuscules, i = incisives, c = canines, pm = prémolaires, m = molaires, M3 est la dent de sagesse....). A) Les maladies d’origine nutritionnelle : b) Les maladies de la faim : - la sous-nutrition est la conséquence d’une ration énergétique trop faible par suite d’une alimentation quantitativement insuffisante. - La malnutrition est due à un défaut qualitatif de l’alimentation. 31 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Les conséquences biologiques de la faim sont très graves. Les enfants qui souffrent de la faim présentent à la fois une maigreur excessive et un gonflement caractéristique du ventre dû à un œdème. c) Les maladies par excès : Dans les pays riches, l’alimentation constitue aussi un grave problème de santé publique. - maladies cardio-vasculaires - diabète. - Etc… B) Les éléments énergétiques (ou aliments simples) : Les protéines ou protides : formées de 4 atomes C, H, O, N (carbone, hydrogène, oxygène et azote) auxquels s’ajoutent des éléments tels que le soufre et le phosphore. Les protéines, après avoir digestion, sont fragmentées en acides aminées (aa) qui seront réassemblées dans un ordre différent dans les cellules. Il y a 20 aa différents. Les plus courants sont : glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, sérine, thréonine, acide aspartique, asparagine, acide glutamique, glutamine, lysine, arginine, tryptophane, tyrosine, cystéine. Les acides aminés : molécules protidiques les plus simples. On distingue 2 catégories de protides : Polypeptides qui sont des chaînes protéiques courtes. Protéines qui sont des longues chaînes plus ou moins complexes. Les différentes protéines (albumine, collagène, insuline, hémoglobine, etc.…) diffèrent les unes des autres par le nombre des acides aminés qui les composent et par l’ordre de leur enchaînement détermine structure et fonction de la protéine. On distingue 2 groupes de protéines : Les holoprotéines, constituées uniquement d’1 chaîne d’acides aminés Les hétéroprotéines formées d’1 ou de plusieurs chaînes d’acides aminés associées à d’autres substances. aaaaaaaaaaa digestion 1protéine Assimilation in plusieurs aa impttget Les glucides ou sucres : C, H, O Formés par association de 3 éléments chimiques : carbone, hydrogène, oxygène. Glucide simple → glucose Glucide complexe→ ose (lactose, maltose, amidon, …) Le glucose est le 1er carburant des cellules nerveuses stocké dans le foie et dans le muscle sous forme de glycogène. 1 amidon digestion glucose assimilation reeeemm 3 groupes de glucides : - Les oses : sucres solubles, directement assimilables - Les diholosides : sucres solubles, non directement assimilables réaction chimique : hydrolyse - Les polyosides (ex : amidon) : non solubles, non directement assimilables digestion 32 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Les lipides : C, H, O Ils sont composés d’acides gras (a.gras) et de glycérol. Par hydrolyse, les lipides se transforment en glycérol et acides gras. La fonction la plus importante des lipides est dans la place qu’ils occupent dans la constitution des membranes cellulaires. lipide digestion assimilation a.gras + glycérol gdddc dddddddd a) Les éléments non énergétiques (mais indispensables à une alimentation équilibrée) : Les éléments minéraux : Na (sodium), Ca (calcium), Fe (fer). Ce sont des oligoéléments quand ils sont en quantité infime (Cu, Cobalt). Les vitamines : ne peuvent être synthétisées par être humain. Leur apport est dc obligatoire. L’eau : 70% du corps est fait d’eau. Elle est indispensable au fonctionnement de l’organisme car elle : - permet les réactions de l’organisme (hydrolyse) - permet d’évacuer les déchets toxiques. - Permet l’apport de sels minéraux. - Lutte contre la déshydratation. III/ DIGESTION ET ABSORPTION INTESTINALE : Schéma présentant sommairement les organes de l'appareil digestif au sens large de nutritif: tube digestif (représenté très partiellement), le foie, la vésicule biliaire, le pancréas, et enfin le rein qui assure l'excrétion. Les relations vasculaires entre ces organes sont aussi essentielles pour appréhender les fonctions de nutrition. Mais il manque le reste de l'appareil circulatoire et notamment l'appareil lymphatique. a) Digestion : C’est un phénomène permettant à l’organisme d’absorber et d’assimiler les matières nutritives indispensables à la vie. La digestion se fait mécaniquement et chimiquement. 33 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. Lieux Bouche (glande ou tissu digestif) Estomac (Muqueuse stomacal) Duodénum et intestin grêle (Glande pancréatique) Gros intestin (Muqueuse intestinale) . Actions mécaniques Broyage par les dents=réduction en petits morceaux. Insalivation=imprégnation de salive Brassage par les muscles de l’estomac qui pétrissent les aliments et assurent leur progression. Brassage par les muscles de l’intestin Contractions musculaires permettant l’avancée des matières jusqu’au rectum. Biologie Actions chimiques L’amylase (enzyme de la salive) transforme l’amidon cuit en maltose. Elle agit en milieu basique. Action du suc gastrique. Il agit en milieu acide. L’enzyme est la pepsine qui transforme la protéine en polypeptide Le suc pancréatique et le suc intestinal Pas de sécrétion d’enzymes mais des réactions dues à la présence de bactéries. Les étapes de la digestion sont complémentaires : Pour les glucides→glucose Action de la salive Action des sucs pancréatique et intestinal Pour les protides→aa Action ds l’estomac (suc gastrique) Action ds l’intestin (suc pancréatique et intestinal) Pour les lipides→a.gras + glycérol Action des sucs pancréatique et intestinal Action de la bile Le tube digestif a aussi un rôle immunitaire important (défense de l'organisme) et contient de nombreux microorganismes (flore intestinale) qui participent à la digestion chimique (symbiose). Chez l'homme ils ne constituent pas un apport alimentaire mais bien une aide à la digestion. La digestion (contractions des muscles lisses de la paroi du tube digestif; fermeture et ouverture des sphincters régulant le passage du bol alimentaire....) est contrôlée par de nombreuses hormones, dont certaines sont sécrétées directement la paroi du tube digestif, et par voie nerveuse. b) Absorption intestinale : Déf° : c’est le mécanisme de passage d’une substance dans la circulation en direction du cœur. Les voies d’absorption : → Circulation sanguine : les nutriments vont être amenés jusqu’au cœur. → Circulation lymphatique : il y a des graisse (lipides) et des vitamines qui vont emprunter la circulation lymphatique pour rejoindre le cœur. Cette circulation est // à la circulation sanguine. Les voies d’absorption aboutissent au niveau du cœur, qui va se charger de la distribution des nutriments à toutes les cellules de l’organisme (assurant leur entretien et leur croissance). 34 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie En résumé, dans le tube digestif, les aliments que nous mangeons sont transformés en substances nutritives solubles appelées nutriments : c’est la digestion. Les nutriments traversent ensuite la paroi de l’intestin grêle et passent dans le sang : c’est l’absorption.Le sang les distribue alors à tous les organes du corps. IV/ LA NUTRITION CHEZ LES VEGETAUX : Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes (autonomes pour leur nourriture) Les cellules chlorophylliennes exposés à la lumière synthétisent des molécules organiques variées (glucides, lipides, protides), à partir de ses substances minérales prélevées dans le sol (eau et iode minéral) et l’atmosphère (dioxyde de carbone). Les végétaux chlorophylliens utilisent les molécules organiques photosynthétisées pour leur mise en place, leur fonctionnement, leur croissance et l’accumulation de réserve. Le flux des sèves à travers le végétal assure les relations entre tissus et organes. Fonctionnement de l’alimentation chez une plante : eau du sol est absorbée par les racines, le CO2 de l’air. La lumière est l’énergie de transformation, la feuille est la machine. Vocabulaires : Photosynthèse : nutrition carbonée des végétaux verts. C’est la synthèse des molécules organiques à partir des seules substances minérales et des cellules chlorophyllienne exposées à la lumière. Sève brute : eau + sels minéraux. Sève élaborée : Solution aqueuse riche en molécules organiques issue de la photosynthèse. La photosynthèse donne du sucre : le glucose qui va être soit momentanément stocké dans la feuille, soit redistribué au restant de la plante et en particulier à toutes les parties non chlorophylliennes, c’est la sève sucrée ou sève élaborée. 35 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Tube criblé : Elément conducteur de la sève élaborée formée d’une file de cellules allongées, à parois cellulosiques. Les tubes criblés forment les éléments conducteurs du phloème. Vaisseaux ligneux : Eléments conducteurs de la sève brute, formée de cellule à paroi lignifiée, mortes et disposées en file. Les vaisseaux ligneux constituent les éléments conducteurs du xylène. Chloroplastes : Organites cellulaires, baignant dans le cytoplasme et caractérisés par la présence de chlorophylle. Les chloroplastes sont des lieux de la photosynthèse quand les cellules qui les contiennent sont exposées à la lumière. Lorsqu’il n’y a plus de photosynthèse, la plante vit soit au ralentie, soit grâce à des réserves stockées au niveau de la racine ou du tronc, tige, bulbe, tubercule, graine. L’énergie solaire entre dans le monde des vivants par les organismes possédant un pigment photosynthétique. Ce pigment, la chlorophylle chez les végétaux verts, va permettre au végétal de capter l’énergie lumineuse. Ceci déclanchera de nbreuses réactions qui aboutiront à la synthèse de molécules organiques. Le végétal a besoin de CO2, d’eau, de sel minéraux et d’énergie initiale c.a.d la lumière. L’eau et les sels minéraux pénètrent dans la plante au niveau des racines et le CO2 au niveau des feuilles. Les produits organiques élaborés seront distribués à tout le végétal par la sève élaborée. Ce processus s’accompagne de rejet de déchets comme le di-oxygène (o2) et d’eau qui s’échappe par les feuilles. V/ LA RESPIRATION : La respiration fait partie de la nutrition. C’est le mécanisme utilisé par la plus part des être vivants pour se procurer de l’énergie à partir de matière organique. La respiration se fait au niveau cellulaire. Les cellules dégradent les nutriments grâce au doxygéne et rejettent du dioxyde de carbone. Chez l’homme et les animaux à poumons ces gaz circulent des poumons aux cellules et vis versa grâce à un fluide en mouvement comme le sang. Le renouvellement des gaz au contact des surfaces d’échanges s’effectue grâce à des mouvements respiratoires. Chez l’homme la mécanique ventilatoire repose sur la contraction des muscles thoraciques et du diaphragme. Cette contraction augmente le volume de la cage thoracique créant un appel d’air : C’est : l’inspiration. Le relâchement de ces muscles va chasser partiellement l’air contenu dans les alvéoles pulmonaires, Le volume de la cage thoracique diminue : c’est l’expiration. Il existe différents modes de respiration dans le règne animal. Respiration aérienne : respiration de l’oxygène de l’air Respiration aquatique : oxygène dissous ds l’eau. 36 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Pour la respiration humaine, il faut des poumons. Ce sont des organes mous, spongieux. Chacune des bronches qui entre dans un poumon se ramifie en bronches plus petites. Celles-ci se ramifient en bronchioles. Les plus petites bronchioles se terminent ds de minuscules sacs, les alvéoles pulmonaires. La respiration comprend tout d'abord la ventilation pulmonaire réalisée par l'appareil respiratoire. La ventilation pulmonaire est un mouvement cyclique alternant : - une phase inspiratoire de pompage de l'air par les poumons, phase active (mettant en jeu la contraction de muscles: muscles intercostaux et surtout diaphragme) de gonflement de la cage thoracique, - avec une phase expiratoire passive (mettant en jeu un relâchement de muscles). Les poumons ne comportent pas de muscles et non sont que des sacs dont la paroi est maintenue en contact avec la cage thoracique par un liquide à basse pression (le liquide pleural) situé entre deux membranes : les plèvres (en cas de "fuite" et de pénétration d'air entre les plèvres (pneumothorax), les poumons se désolidarisent de la cage thoracique et ne peuvent plus être gonflés convenablement). Les mouvements respiratoires réguliers (déterminant le rythme respiratoire) se font de façon inconsciente (respiration réflexe contrôlée par les centres nerveux du bulbe qui stimulent rythmiquement les muscles de la cage thoracique), ce qui explique que le volume courant d'air échangé est faible (0,5 L) par rapport aux 6 L contenus dans les poumons. Mais l'homme peut, volontairement, réaliser une expiration ou une inspiration forcée ou bloquer sa respiration (autres muscles de la cage thoracique), notamment lors d'une plongée en apnée. Le rythme et l'amplitude des cycles respiratoires est bien sûr contrôlé en fonction des besoins des organes en nutriments et notamment pour leur approvisionnement en dioxygène A) Les échanges gazeux : a) au niveau de l’organisme : Il y a 2 types de respirations : ► une respiration normale : - inspiration : les cotes se soulèvent et le diaphragme s’abaisse. Le volume de la cage thoracique augmente. 0,5l d’air pénètre ds les poumons. Cette quantité est l’air courant. L’inspiration est un mouvement actif. - Expiration : mouvement passif. Relâchement musculaire qui fait diminuer le volume des poumons. On rejette la même quantité d’air (0,5l). ► Une respiration forcée : - inspiration : en moyenne, pénétration de 1,5l d’air. - Expiration : mouvement actif musculaire. Rejet de 1,5l d’air. 37 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie b) au niveau des poumons et des cellules : C’est le principe de diffusion des gaz : Au court de l’inspiration, on absorbe du O2 et N2 (diazote). Au court de l’expiration, on rejette du CO2, H2O et N2. c) au niveau des alvéoles pulmonaires (surface d’échange) Du O2 est diffusé de l’alvéole au capillaire sanguin. Le CO2 passe par la veine cave. (cf Tavernier p95 fig8). d) au niveau des cellules d’un organe (muscle) : La respiration au niveau des cellules permet l’oxydation des nutriments et la libération d’énergie utilisable par les cellules VI/ L’APPAREIL CIRCULATOIRE HUMAIN : Les nutriments transportés par le sang sont distribués aux cellules par l'appareil circulatoire. Un schéma général de la circulation montrant la distribution des nutriments par le réseau artériel car c'est vers lui que convergent le circuit lymphatique et veineux (tous deux à basse pression) et c'est bien lui qui distribue les nutriments par perfusion des tissus au niveau des capillaires qui sont les véritables zones d'échanges. Il y a très peu de passage vers les tissus au niveau des vaisseaux lymphatiques et veineux. A) l’appareil circulatoire : Le cœur : organe creux jouant le rôle de pompe aspirant et refoulant le sang. Il aspire passivement et pr le refouler il y a contraction. Les oreillettes se remplissent passivement. Quand elles sont remplies, le cœur se contracte. 38 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie L'appareil circulatoire sanguin chez l'homme est clos (fermé par une couche de cellules : l'endothélium vasculaire, mais il peut y avoir de petites interruptions, localement (on parle de sinus vasculaires) ou temporairement (au niveau du placenta par exemple: les vaisseaux sanguins du fœtus "plongent" directement dans le sang maternel déversé dans des sinus). L'ensemble de l'appareil circulatoire sanguin de l'homme forme approximativement deux boucles réunies au niveau du cœur. La grande circulation va du cœur gauche au cœur droit et irrigue tous les organes au niveau de réseaux de vaisseaux très fins : les capillaires. La petite circulation va du cœur droit au cœur gauche et réalise les échanges nutritifs gazeux au niveau des poumons. B) les battements du cœur : Ils permettent la distribution des nutriments et du O2 vers les organes. 2 circulations : - grande circulation → cœur, organes, cœur. - petite circulation→ cœur, poumons, cœur. La circulation sanguine distribue les nutriments aux cellules qui vont les utiliser par assimilation. L’assimilation nécessite la présence de la molécule de O2 indispensable à la réaction de dégradation des nutriments qui s’appellent la respiration. L'appareil circulatoire sanguin de l'homme est clos. La circulation est à sens unique Le cœur est une pompe cloisonnée, le sang droit et gauche ne se mélangent pas. C'est un muscle strié creux, irrigué et innervé, présentant deux états : un état de relâchement (la diastole), pendant lequel le cœur se remplit par retour veineux, et un état de contraction (la systole) ou d'éjection systolique pendant lequel un certain volume de sang (ondée systolique) est projeté dans les artères. Un cycle diastole-systole est appelé une révolution cardiaque (voir détails Tavernier p. 105). 39 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie L'irrigation du cœur (le cœur est un muscle qui consomme beaucoup de dioxygène) par les artères coronaires a lieu essentiellement pendant la phase de diastole et est sous l'étroite dépendance de la vasodilatation des artères coronaires. Le retour du sang au cœur se fait "passivement" dans les veines élastiques et à l'aide des mouvements de "massage" dus aux contractions des muscles squelettiques notamment. VII/ ACTIVITES PEDAGOGIQUES POSSIBLES A quoi servent les dents ?→ pr couper, déchiqueter, broyer Les dents sont vivantes et fragiles→ étudier une radio d’une molaire saine. Indiquer à la bonne place les mots émail, ivoire, pulpe dentaire. Dessiner des dents cariées soignées par le dentiste. La comparaison fait apparaître que l’une des caries n’atteignait pas la pulpe dentaire (la carie n’est pas douloureuse) et la dent soignée est tjs vivante. Par contre l’autre carie atteignait la pulpe dentaire (dc douleur). Le dentiste a tué le nerf. La dent est morte et fragile. Le chemin des aliments→ étudier la radio de l’appareil digestif. Situations d’entées possibles : Présentation d’une Pelote de rejection de chouette : Les enfants peuvent la manipuler les ouvrir, observer et se documenter. Les enfants connaissent ainsi le repas des chouettes. Les pelotes de réjection sont pratiquement un des seuls outils "expérimentaux" que l'on peut utiliser en classe pour déterminer partiellement un régime alimentaire. Et encore, l'étude est-elle limitée aux rapaces et surtout les rapaces nocturnes et ne peut prendre en compte les aliments mous ou digérés par les sucs digestifs de l'oiseau qui rejette aussi des fientes. La détermination des os n'est pas facile et demande souvent l'avis de spécialistes. Cependant, pour un maître à la campagne, cela vaut vraiment la peine de s'investir et d'essayer de trouver de telles pelotes. Les enfants peuvent bien évidemment être mis à contribution en leur donnant des conseils appropriés d'hygiène pour ne pas manipuler sans précautions les pelotes (en fait, il suffit de ne pas se mettre juste après les doigts dans la bouche et de se laver les mains, le port de gants n'est en rien obligatoire). ● Questionnement : Les enfants peuvent e questionner sur les repas des proies retrouver dans les pelotes. Que mangent les campagnols ? Que mangent les musaraignes ? ● Investigations : Celle-ci peut passer par la découverte de quelques menus qui se fera par des recherches documentaires. Mais aussi par la construction de chaînes et de réseaux alimentaires. Ce dernier passe par l’étude des menus, les enfants peuvent relier les aliments d’un menu à l’autre. Le travail sur l’origine des aliments est une étape à pat entière du travail sur la nutrition. Les enfants devront différencier ce qu’est un végétarien, un carnivore un omnivore. Il ne reste plus qu’a travailler la symbolique des flèches (est manger par) pour relier la chaîne alimentaire. 40 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie ● Structuration : Connaissance des chaînes alimentaires ● Nouvelle investigation : interdépendance des différents maillons de la chaîne. Ces relations peuvent être montrée en proposant d’étudier les conséquences de l’élimination de l’un des maillons. Un goûter, repas de cantine, photo d’enfants obèses ou carencés… : L’alimentation est un sujet délicat car il touche à des aspects sociaux et affectifs pour ne citer que ceux-la. ● Questionnement : Celui-ci peut venir de l’enseignant : « qu’auriez-vous proposé comme menu ? » Comment faire pour savoir si tous les menus sont bons pour la santé ? A quoi ça sert de manger ? composer un menu : « il faut manger à chaque repas un aliment de chaque famille ». On peut composer un menu équilibré, contrôler si un menu est équilibré. À quoi servent les aliments que nous mangeons ? Il faut manger suffisamment : il faut manger en quantité suffisante pour couvrir les dépenses énergétiques et un apport minimum en protides est nécessaire. Les dépenses énergétiques varient : selon l’activité physique ● Hypothèses : La nourriture ça sert à grandir, à vivre, à avoir des forces, à ne pas tomber malade… ● Investigation : Enquête auprès d’un diététicien, l’aspect qualitatif est travaillé aux travers des règles énoncées par les diététiciens. Pour les + jeunes : classer les aliments : cuits/crus, sucré/salé… reconnaissance par la saveur (sucré, salé) ou par les couleurs. Sortie au marché, activités participant à la socialisation, à la construction d’un vécu collectif de la classe. ! Pour les + âgés : un travail sur les origines s’impose. L’enseignant proposera la classification des diététiciens et les règles d’hygiène. Il s’agit d’adapter les rations alimentaires à chaque individu. Dissection de l’appareil digestif d’un lapin réalisé par le professeur, les enfants peuvent réaliser une recherche documentaire. Les aliments solubles uniquement traversent la paroi. ● Structuration : La mise en relation alimentation et énergie sera faite. Les enfants pourront travailler sur leurs carences, leurs excès et leurs conséquences sur la santé. Une attention particulière sera portée aux boissons pour les mettre en garde contre ces sucres superflus et dangereux pour la santé. Le trajet et le devenir des aliments doivent être compris. Des schémas permettront de vérifier les acquis. Perte d’une dent de lait, visite d’un dentiste à l’école, début d’une carie, un repas, prolongement de l’étude des régimes alimentaires des animaux : à travers l’acquisition des connaissances il s’agira de travailler sur l’hygiène bucco dentaire. 41 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie ● Questionnement : à quoi servent les dents ? pourquoi elles tombent ? ● Investigation : Observer les dents des élèves et celles de l’enseignante en utilisant des miroirs et en réalisant des empreintes ou en regardant des radio pour compléter l’étude. ● Structuration : Les dents sont vivantes, elles peuvent être malades (carie), Tout ceci permet de donner du sens au règles d’hygiène. Réalisation d’un jardin, Observation de plantes présentesdans la classe ou plantation de fleurs pour la fête des mère : Une expérience facile à réaliser pour montrer qu'une plante absorbe de l'eau. ● Questionnement : comment poussent les plantes de quoi elles se nourrissent ? ● Hypothèses : - Les plantes vertes se nourrissent d’eau qui se change en sève. Elles doivent attraper l’eau du bout de leur racine. Avec des petits insectes qui sont dans le sol et qu’elles tuent en les aspirant. - Elles se nourrissent sous la terre. Avec leurs racines elles fouillent et grattent l sol pour trouver de quoi se nourrir. Elles se nourrissent d’eau et d’engrais. - Elles se nourrissent de terre et d’eau. ● Investigation : Il faudra tester ce qui est une affirmation pour les élèves (on arrosent toujours les fleurs sinon elles fanent). L’enseignant leur propose de prouver que la plante a besoin d’eau en passant par une expérimentation. On peut passer par un travail de groupe ou chacun aura une hypothèse à tester. Le prof doit faire attention a recentrer le travail si nécessaire. Les enfants pourront schématiser, dessiner, photographier, mesurer… et inscrire toutes ses données dans le cahier d’expérience. ● Structuration : Le bilan collectif débouchera sur l’écriture d’une trace écrite qui contiendra les notions importantes. Les végétaux se nourrissent, c’est une caractéristique d’un être qui vit. A partir des mouvements respiratoire ou bien des jeux avec le vent peut être un point de départ pour étudier la respiration avec les échanges gazeux. 42 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie ● Questionnement : L’air qui entre dans les poumons est il le même que celui qui en sort ? Quel est le trajet de l’air dans l’organisme ? Comment respire le poisson de l’aquarium ? Ils vivent dans l’eau mais respirent en surface. Où va l’air inspiré ? L’air expiré a-t-il la même composition que l’air inspiré ? Où va oxygène absorbé ? Quand je cours je respire plus vite, pourquoi ? ● Investigation : il faut d’abord que les enfants prennent conscience des deux temps de la respiration : L’expiration et l’inspiration. La lecture de radio des poumons peut servir. L’observation des cages thoraciques des enfants après une séance de sport ou d’un animal peuvent être comparés. L’investigation peut également passer par la réalisation d’un schémas ou d’une modélisation par l’enseignant. ● Structuration : La relation avec le transport sanguin sera faite au niveau des poumons et des échanges gazeux mis en place. Les enfants prennent conscience que d’autre être vivant respirent. 43 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie ● Nouvelles investigation : L’étude sur la respiration peut être l’occasion d’aborder les effets du tabac sur les poumons ainsi que les bienfaits des exercices physiques. Quelques "expériences" qui sont des modèles analogiques (biophysique pulmonaire)...montrant pourquoi le surfactant facilite le gonflement des poumons et pourquoi l'augmentation de volume de la cage thoracique entraîne le gonflement des poumons même non musclés... les limites de ces modèles sont évidentes Etude de la circulation du sang : ● Questionnement : Où est le sang dans le corps ? Le cœur envoie le sang dans tout le corps Quand je cours mon cœur bat plus vite Qu’est-ce que le don du sang ? CONCLUSION : Chez les êtres vivants, unité de composition chimique : mêmes atomes pour tous, assemblage en molécules et mêmes types de molécules pour tous. Ces molécules sont groupées en sociétés de molécules qui constituent les cellules. La richesse de la matière vivante repose essentiellement sur : - la grande diversité des espèces moléculaires qui composent une cellule - la grande complexité de ces molécules qui exercent des fonctions précises - les communications entre ces molécules qui assurent le fonctionnement de l’ensemble ANNEXES I/ FORMULATIONS PAR CYCLE : cycle 1 La plante, pour vivre, a besoin d'eau, d'air et de lumière. cycle 2 cycle 3 La plante est un producteur de matière organique dans l'écosystème. Elle prend de la matière La vie de la plante minérale dans le sol (eau et sels minéraux) et l'air nécessite une nutrition (gaz carbonique) et fabrique sa propre matière active : elle prend des organique à partir de l'énergie solaire grâce à des éléments minéraux et de pigments (comme la chlorophylle) contenus dans l'eau dans le sol par ses ses feuilles (c'est la photosynthèse qui veut dire racines et de l'air par ses "synthèse" (ou fabrication) "à la lumière"). A la feuilles. Elle utilise ensuite lumière, la plante qui réalise une photosynthèse cette matière et l'énergie active, rejette du dioxygène. solaire captée par ses Mais la plante respire aussi et "brûle" (le terme feuilles pour fabriquer sa exact est "oxyde") une partie de la matière propre matière. organique synthétisée en produisant du dioxyde de carbone et en consommant du dioxygène. 44 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie La vie des animaux nécessite une nutrition à partir d'aliments organiques transformés en nutriments qui pénètrent dans les cellules Les animaux et l'homme boivent, respirent et mangent pour vivre et grandir. Les nutriments fournissent la matière nécessaire à la croissance de chaque animal. Les animaux et l'homme sont des consommateurs de matière organique dans l'écosystème. Les aliments transformés en nutriments fournissent matière et énergie grâce à la respiration. Lors de la Ce sont aussi les nutriments respiration la cellule (ou l'organisme) "brûle" (ou qui fournissent l'énergie qui "oxyde") la matière organique des nutriments. La respiration consomme du dioxygène et produit du permet à l'organisme de fabriquer sa propre matière dioxyde de carbone qui est rejeté par l'animal. et de réaliser son travail du vivant. Les réactions chimiques qui fournissent cette énergie font partie de ce que l'on appelle la "respiration cellulaire" vocabulaire : l'utilisation du terme de dioxygène (maintenant exigé dès le collège), en remplacement d'oxygène, est bien sûr préférable, sans en faire une priorité. l'appellation de cellule, unité du monde vivant, (plutôt que la notion de cellule qui reste bien évidemment très incomplète), peut être abordée très tôt si l'on a un microscope et que l'on a présenté une classification en 5 règnes). Ce n'est pas déflorer le sujet que de dire simplement que tous les êtres vivants sont composés de cellules qui ressemblent à de "petites boîtes" vivantes et tant pis pour les représentations engendrées chez les enfants qui auront bien le temps d'en changer avant la fin du collège. les terme vivant / non vivant font référence à des organismes entiers ou à des fragments qui pourraient être greffés à nouveau sur un organisme vivant et continuer à vivre et non à de la matière (matière vivante ne veut rien dire : soit la matière est douée de vie et dans ce cas elle n'est plus que matière, soit elle est matière morte): une graine est vivante, un cœur peut encore être vivant s'il peut être greffé et continuer à exercer sa fonction.... le terme organique désigne de la matière carbonée réduite par les organismes vivants: à l'école, étant donné que l'oxydo-réduction ne peut être abordée, il persistera toujours une légère ambiguïté : on parlera donc de matière carbonée en provenance du vivant; le CO2 dégagé par un organisme qui respire est bien minéral même s'il provient de la décomposition par le vivant de la matière organique; le dioxygène absorbé par respiration est bien minéral et conduit à la production d'eau qui est toujours minérale (car non carbonée); dans le sol la matière organique peut appartenir au vivant (on dit parfois "matière organique vivante" mais c'est un abus de langage) ou au non vivant (voir par exemple le sol); la matière inorganique est la matière minérale qui vient des roches ou de l'atmosphère (et des autres éléments du monde non vivant); on oppose ici de façon absolue minéral et organique mais il est clair que cette opposition ne tient pas à un plus haut niveau de conceptualisation. 45 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie II/ OBSERVATIONS PAR CYCLE : Au deçà des concepts généraux vus précédemment, d'innombrables autres concepts plus spécifiques de tel ou tel groupe d'êtres vivants peuvent être abordés. A mon avis ces concepts ne sont alors pas là pour être étudiés en tant que tels mais illustrent la diversité des modes de nutrition chez les êtres vivants. Dans cette partie je vous propose de vous intéresser aux structures, tant au niveau anatomique (organes) que histologique (tissus) et aux fonctions, relevant principalement du domaine de l'écologie (ou parfois du comportement animal ou éthologie) à ce niveau d'étude. En voici quelques exemples qui ne sont pas des formulations "en langage élève" mais en "langage maître". cycle 1 cycle 2 cycle 3 respiration chez les animaux - écologie-éthologie-anatomie (voir pages réalisées sur l'air pour le défisciences 2000-2001) La respiration se fait aussi bien dans l'air que dans l'eau où les animaux prennent l'air "dissous" (c'est pour dissoudre de l'air dans un aquarium que l'on met un bulleur par exemple... on pourrait aussi agiter continuellement l'eau pour la mélanger à l'air). L'air contient beaucoup de dioxygène (21%) et est très "léger" (peu dense, se déplace facilement) et très peu de gaz carbonique (0,04%). Les animaux aériens ont des organes respiratoires en forme de cavité (poumon) dont la paroi est richement irrigué (le sang transporte ensuite l'oxygène (des poumons aux cellules-organes) et le dioxyde de carbone (des cellules-organes aux poumons). L'air entre et sort par un ou plusieurs orifices. Les insectes ont un système très particulier de conduits (les trachées) très ramifiés qui apportent directement l'air aux cellules-organes. Les mouvements respiratoires de l'insecte, permettent à l'air d'entrer et de sortie rythmiquement par des orifices disposés le long du corps de l'animal (stigmates). L'eau contient peu de dioxygène (moins de quelques % si l'eau n'est pas bien aérée) et très peu de gaz carbonique. Mais c'est un liquide "lourd" (dense, qui se déplace beaucoup plus difficilement que l'air). Les animaux à poumons ne pourraient pas survivre dans l'eau, l'effort à fournir pour mettre l'eau en mouvement serait trop important. Les animaux aquatiques ont souvent des branchies qui sont des expansions de la peau richement irriguées (un peu comme des poumons retournés qui flotteraient à l'extérieur de l'animal). Certains animaux à respiration aérienne (avec des poumons comme les dauphins ou les baleines qui sont des Mammifères ou des trachées comme certains insectes : Dytique....) peuvent vivre en milieu aquatique et doivent alors faire des réserves d'air avant de plonger. D'autres comme certains Crustacés (les crabes par exemple) , qui sont aquatiques et ont des branchies, doivent les protéger et les garder humides quand ils sortent à l'air libre ou fermer leur coquille pleine d'eau comme les moules à l'émersion. les plantes respirent Les gaz pénètrent dans les plantes principalement par de petits orifices situés sur le dessous des feuilles : les stomates. Ils circulent partout dans la plante entre les cellules aussi bien au niveau de la tige que des Selon l'éclairement (et d'autres facteurs comme l'humidité de l'air) les échanges de gaz entre les plantes et le milieu 46 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie feuilles ou des racines (les plantes immergées sont différents. (comme les nénuphars) ont souvent des feuilles à l'air libre par lesquelles entre l'air). III/ MANIPULATIONS PAR CYCLE : cycle 1 cycle 2 cycle 3 l'eau et la plante ((voir pages réalisées pour les PE2 sur la démarche expérimentale: La nutrition des plantes chlorophylliennes - un exemple d'apprentissage de la démarche expérimentale à l'école) j'arrose les plantes pour ne pas qu'elles se dessèchent et meurent certaines plantes "gouttent" l'eau est absorbée au niveau des petits poils absorbants des racines (si l'extrémité des racines est plongée dans l'huile, du moment que les poils absorbants sont dans l'eau, la plante vit). l'eau absorbée par les racines monte dans la tige et est évaporée au moins en partie au niveau des feuilles (une plante sans feuilles ne rejette presque plus d'eau; on peut recueillir l'eau évaporée par un sachet en plastique dont on entoure la partie aérienne d'une plante en pot) (voir les livres de la classe de seconde qui fourmillent d'exemples de montages) l'air et les êtres vivants L'air expiré trouble l'eau de chaux et contient donc du gaz carbonique en plus grande quantité que l'air inspiré (qui ne trouble pas l'eau de chaux si on l'insuffle dans l'eau de chaux à l'aide, par exemple, d'une seringue ) on peut aussi utiliser le rouge de crésol (voir encore les livres de la une plante comme un animal a besoin d'air pour classe de seconde) vivre, ils meurent dans une enceinte fermée le dioxygène peut être mis en évidence par une sonde oxymètrique mais cela demande un matériel que l'on trouve rarement dans une classe on peut aussi montrer les phénomènes gazeux de la photosynthèse à partir de cultures de Cyanophytes assez faciles à mettre en place 47 Troisième partie : Le Monde Vivant Chap. 2 : La nutrition…. . Biologie Les grandes fonctions de nutrition chez les animaux Assiette Alimentation Equilibre quantitatif et qualitatif Aliments Bouche Mastication et pré- digestion par la salive Oesophage Bol alimentaire Digestion Estomac Phénomènes chimiques phénomènes mécaniques (digestion enzymatique) ( mouvements péristaltiques, brassage) Nutriments Résidus Gros intestin Intestin grêle Absorption Passage de la circulation circulation sanguine petite circulation dégradation et déshydratation par la flore intestinale circulation lymphatique rein/anus Excrétion Cœur Respiration Redistribution Grande circulation Organe cellule fabrication d’ATP assimilation 48
