CatalISS : activité des élèves primaire (pdf - 1.02 Mo)

primary | PR25b
teach with space
CatalISS
Études des enzymes dans l’espace
Activités des élèves
Connaissances de base
page 3
Connaissances de base : Décomposition des
aliments pour les transformer en énergie
page 4
Activité 1 : Aliments dans la bouche
page 5
Connaissances de base: Enzymes
page 6
Activité 2 : Trouver la bonne enzyme
page 7
Activité 3 : Un modèle de l’appareil digestif
page 9
Activité 4 : Dans l’estomac
page 11
Activité 5 : CatalISS – études des enzymes
dans l’espace
page 12
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Voici Thomas Pesquet, l’astronaute de l’Agence
Spatiale Européenne. Il a rejoint la Station spatiale
internationale en novembre 2016 pour une durée
de six mois. Au cours de sa mission, il a réalisé de
nombreuses expériences. L’une de ces expériences
était CatalISS qui a été élaborée pour étudier comme
fonctionne la digestion dans l’espace par rapport à son
fonctionnement ici sur terre.
Vous allez participer à cette expérience en apprenant
comment fonctionnent la digestion et les enzymes, en
répétant son expérience dans votre classe et en comparant vos résultats. Pensez-vous qu’il y aura
des différences ?
La micropesanteur
Sur l’ISS, tout flotte. Cela se produit car tout est en état d’apesanteur. C’est probablement la plus
grande différence par rapport à la terre, où tout est attiré vers le bas en direction du sol. Sur terre,
nous pouvons tous ressentir cette traction vers le bas mais nous y sommes si habitués que nous n’y
faisons parfois même plus attention. Cette traction ou attraction que nous ressentons est nommée
pesanteur.
Sur l’ISS, les astronautes ne ressentent pas la pesanteur qui les tirent vers le bas. Cela se produit
parce que la station spatiale se déplace très rapidement, dans une orbite autour de la terre, à 400
kilomètres au-dessus de nos têtes.
Comme l’ISS se déplace à la vitesse et dans la direction appropriée, elle ne retombe pas sur terre mais
est toujours en chute libre autour de la terre. Comme elle chute, tout ce qui se trouve à l’intérieur n’a
plus de poids. Les astronautes flottent dans la station et souvent, se déplacent en « volant » dans
les corridors. Nous disons que les astronautes sont en état de micropesanteur.
L’apesanteur entraîne de nombreuses différences dans la manière dont
se déroulent les choses sur terre et dans l’espace. Vous observerez ces
différences dans votre salle de classe sur terre en réalisant les mêmes
expériences que celles que Thomas Pesquet a réalisé sur l’ISS et vous
comparerez les résultats.
Votre mission :
•
•
•
Apprendre comment fonctionne la digestion
Rechercher ce qui perturbe la digestion
Examiner si la digestion se passe différemment dans l’espace et sur terre
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Connaissances de base : décomposition des
aliments pour les convertir en énergie
Tout comme vous, les astronautes doivent manger et digérer les aliments pour en tirer de l’énergie,
des vitamines et des sels minéraux dont ils ont besoin pour rester en bonne santé et bien travailler.
Mais qu’est-ce que la digestion ? En quoi est-elle différente dans l’espace ?
Nous tirons tous notre énergie de la nourriture que nous mangeons et des liquides que nous buvons.
Le corps accomplit un dur travail pour absorber cette nourriture solide et la décomposer en
éléments beaucoup plus petits. Ces éléments sont appelées des nutriments. Les nutriments peuvent
être utilisés par le corps pour produire de l’énergie.
Dans notre nourriture, on trouve trois catégories d'aliments qui peuvent être utilisés pour
produire de l’énergie dans le corps. Pour rester en bonne santé, il est important de s’assurer que
l’on dispose de ces différents types d’aliments de façon équilibrée. Le repas des astronautes est
planifié avec soin pour que l’on soit sûr qu’ils reçoivent toute l’énergie, les vitamines et les sels
minéraux dont ils ont besoin pour vivre et travailler dans l’espace.
L’image ci-dessous montre Samantha Cristoforetti, astronaute de l’ESA qui prépare son repas dans
l’ISS – une salade de quinoa avec des tomates séchées, des maquereaux et de la crème de poireau,
le tout enveloppé dans une tortilla chaude. Ce repas est bien équilibré et comporte les principaux
aliments nécessaires pour lui apporter de l’énergie et la garder en bonne santé.
Graisses
Elles sont utilisées
pour absorber les vitamines
et sont une source d’énergie
Fibres
Amidon
Sugars
Protéines
Sucres
lents (par ex. pain noir, riz)
Elles sont utilisées
pour construire et réparer
les tissus musculaires
Constituent une réserve d’énergie
Sucres
rapides
(par ex. bonbons, pain blanc)
Glucides
energie
SUCRES
Fournissent une énergie de courte durée
La principale source
d’énergie du corps
Les graisses, les protéines et les glucides peuvent tous être utilisés pour produire de l’énergie. Si
l’on ne mange pas pendant plusieurs jours, on n’absorbe pas de glucides. A leur place, les graisses
stockées dans l’organisme peuvent être décomposées pour produire de l’énergie. Une fois que le corps
toutes les réserves de graisses transformées en énergie, il va commencer à décomposer les
protéines présentes en grande quantité dans les muscles pour fournir l’énergie dont on a besoin
pour survivre. Ceci est potentiellement dangereux et entraîne des pertes musculaires !
Il est préférable que l’organisme décompose les glucides complexes en glucides simples pour
produire l’énergie nécessaire tout en restant en bonne santé. Mais comment le corps s’y
prend-il ? Et ce processus est-il différent dans l’espace ?
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Le processus de digestion commence dans la bouche. Expliquer le rôle des dents :
Lorsque l’on mâche, on produit un liquide nommé salive. La salive contient des substances
particulières nommées enzymes qui ont un rôle très important.
Expérience : quelle est l’action de la salive sur les aliments ?
Travaillez à deux pour cette expérience. L’un sera le goûteur et l’autre s’occupera du chronomètre.
Après avoir réalisé l’expérience une fois, inversez les rôles et comparez vos résultats.
Méthode :
1. Mange un morceau de biscuit. Mâche-le et avale-le immédiatement.
2. Décris son goût. Inscris ta réponse dans le cadre ci-dessous.
3. Prend un autre morceau de biscuit, mais cette fois, dès que tu commences, ton partenaire doit
commencer à chronométrer. Mâche le biscuit pendant quelques secondes puis laisse-le dans la
bouche pendant une minute entière. Après une minute, tu peux avaler le biscuit
4. Décrit son goût dans le cadre ci-dessous. Idem
5. Répète l’expérience avec ton partenaire qui mangera le biscuit. Puis comparez vos résultats.
Résultats :
Mes résultats
Goût après quelques
secondes :
Résultats de mon partenaire
Goût après
une minute :
Goût après quelques
secondes :
Goût après une
minute :
As-tu le même résultat que ton partenaire ? Décrivez vos observations.
La salive et les enzymes qu’elle contient ont clairement changé l’aliment d’une certaine manière.
En quoi pensez-vous que le cracker a été décomposé lorsqu’il était dans votre salive ?
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ACTIVITÉ 1
Activité 1 : Aliments dans la bouche
Connaissances de base : l e s enzymes découpent
les aliments pour donner de l’énergie utile
Même après la mastication, l’organisme ne peut pas transformer immédiatement la nourriture en
énergie. Tout d’abord les glucides complexes doivent être décomposés en glucides simples. Le corps
produit des substances spéciales nommées enzymes.
1: L’enzyme a une forme particulière
pour correspondre à un glucide
particulier
2: Elle se fixe sur le glucide complexe
Enzyme
3: Elle coupe le glucide complexe
4: Un glucide simple est libéré,
l’enzyme se détache et peut
recommencer
Glucide simple,
utile pour obtenir
de l’énergie
Les enzymes sont spécifiques, c’est-à-dire que chaque type d’enzyme ne peut décomposer qu’un
seul type d’aliment. Pour cela, elles ont une forme spéciale qui leur permet de s’accrocher sur
l’aliment qu’elles doivent décomposer. Une fois qu’elles y sont parvenues, elles peuvent répéter ce
processus avec un autre aliment du même type.
Le saviez-vous ? L’ISS est un laboratoire spécial !
L’ISS est un laboratoire de science unique et les astronautes
consacrent une grande partie de leur temps à bord à réaliser des
expériences scientifiques. Cette image montre l’astronaute de
l’ESA, Samantha Cristoforetti, qui prépare la plateforme Biolab pour
effectuer des tests.
Sur terre, il n’est pas possible de faire des expériences sur la
micropesanteur pendant une durée très prolongée. Si une expérience
doit être faite en apesanteur, elle doit être réalisée dans l’espace. Des
expériences sur les enzymes dans des conditions de micropesanteur
ont été réalisées sur l’ISS pour ces raisons. Ces expériences peuvent
nous permettre de mieux comprendre le fonctionnement des
enzymes dans le corps humain, ce qui pourrait faire progresser la
médecine et les soins de santé.
Les enzymes de la salive ont une forme qui leur permet de se fixer à un glucide complexe nommé
amidon. Elles le découpent alors en petits glucides. Ce sont des sucres. L’ amidon est en effet une
longue chaîne de sucres.
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Peux-tu trouver l’enzyme qui s’ajustera à l’amidon pour le décomposer en sucres ? Si besoin, découpe
les images.
Ce morceau d'amidon
doit être décomposé en sucres
à l’aide de l’une de ces enzymes
Lipase
Protéase
Amylase
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ACTIVITÉ 2
Activité 2 : Trouver la bonne enzyme
Vous avez appris que les enzymes sont des substances chimiques importantes pour que l’organisme
casse des glucides complexes en sucres plus simples qui se transformeront en énergie dans le
corps. Il est très important pour la santé des astronautes de déterminer si les enzymes agiront
efficacement dans l’espace. C’est pourquoi vous allez aider Thomas dans son expérience CatalISS.
Le saviez-vous ? Les astronautes aiment la nourriture épicée
Lorsque l’on vit en micropesanteur, les fluides du
corps qui sont habituellement attirés en direction
des pieds peuvent commencer à s’accumuler dans
la tête, ce qui donne aux astronautes la sensation
d’être congestionnés – comme quand on a un rhume.
C’est pour cela que les astronautes trouvent que les
aliments n’ont pas beaucoup de goût dans l’espace.
Ils ont tendance à préférer les plats épicés ! Sur cette
photo, les astronautes apprécient de manger du riz
épicé à la Jamaïcaine avec des haricots.
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ACTIVITÉ 2
Quelle enzyme faut-il utiliser ?
Activité de la classe
Pour cette activité, il vous faut une copie de la présentation du système digestif de l’astronaute (votre
professeur vous en remettra une). Tout d’abord, dessinez votre visage dans le casque. Puis mettez
de la colle sur la languette et collez-la à la deuxième feuille pour faire un petit livre qui s’ouvre pour
faire apparaître le système digestif. Les parties du système digestif doivent être légendées.
Toute la classe va fabriquer modèle géant du système digestif et apprendre les fonctions des
différents organes. Utilisez de ce que vous avez appris avec ce modèle et les informations figurant
sur ces feuilles pour légender le système digestif de l’astronaute.
Le voyage des aliments
1) La bouche
Nous avons déjà vu que la nourriture est mâchée et mélangée avec des enzymes dans la bouche.
Que se passe-t-il ensuite ? Alors que la digestion commence dans la bouche, c’est seulement le
début d’un très long voyage pour votre nourriture.
2) En direction de l’estomac
Tout d’abord, la nourriture doit aller dans l’estomac. Cela prend un moment. Pour commencer ce
processus, il faut tout d’abord avaler.
Lorsque l’on avale, la langue pousse les aliments vers l’arrière de la gorge, où ils passent dans
un long tube qu’on appelle l’œsophage, qui aboutit dans l’estomac. Des muscles spécifiques de
l’œsophage poussent les aliments de façon à ce qu’ils continuent à avancer dans la bonne direction.
Que pensez-vous qu’il arrive si un aliment passe par la trachée au lieu de l’œsophage ?
Pour empêcher que cela se produise, un volet spécial nommé épiglotte
bloque la trachée lorsque l’on avale.
Le saviez-vous ? Cela a pris du temps avant qu’on mange dans l’espace !
La première personne qui a mangé dans l’espace
était John Glenn, astronaute de la NASA. Il a
mangé une sauce à la pomme sortie d’un tube.
Les scientifiques s’inquiétaient de savoir si la
nourriture irait bien dans l’estomac ou non, en
micropesanteur, donc ils ont voulu faire l’essai
tout d’abord avec un aliment facile à avaler.
L’astronaute n’a pas eu de problème de digestion
mais il a dit que cet aliment n’était pas très bon !
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ACTIVITÉ 3
Activité 3 : Un modèle du l'appareil digestif
4) L’intestin grêle
Après 4 heures, la nourriture passe de l’estomac à l’intestin grêle, un tube enroulé qui peut mesurer
jusqu’à 1,5 mètre de long. Dans la première partie de l’intestin grêle, d’autres enzymes, fabriquées
par deux organes, le foie et le pancréas, achèvent la décomposition des aliments en nutriments
utiles. Dans la deuxième partie de l’intestin grêle, ces nutriments sont absorbés dans l’organisme
par les vaisseaux sanguins qui entourent l’intestin grêle.
5) Le gros intestin
Lorsque le sang a absorbé tous les nutriments utiles de la nourriture digérée, le résidu avance dans
le gros intestin où l’eau est éliminée. Ce qui reste est constitué principalement de déchets non digérés qui passent finalement par l’anus et sont éliminés du corps.
Le saviez-vous ? L’ISS a des toilettes spéciales !
Tout comme vous, les astronautes doivent digérer
leur nourriture et se retrouvent avec des déchets.
Ils doivent s’entraîner pendant des mois pour
utiliser des toilettes spatiales spéciales qui aspirent
les déchets. Les déchets solides sont compactés,
stockés et envoyés brûler dans l’atmosphère de la
terre. Les déchets liquides sont recyclés en eau
potable ! Sur la photo, Tim Peake montre comment
fonctionnent les toilettes de l’ISS.
Vous pouvez à présent compléter l’image du déplacement de la nourriture dans le corps de
l’astronaute pendant la digestion. Parmi ces processus, quel est celui qui pourrait éventuellement
être différent dans l’espace ?
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ACTIVITÉ 3
3) Dans l’estomac
Une fois que la nourriture a atteint l’estomac, elle va y rester pendant environ 4 heures. Des enzymes
en plus grand nombre commencent à agir sur les aliments présents dans l’estomac. Les enzymes les
décomposent en nutriments utiles que l’organisme peut utiliser. L’estomac contient également de
l’acide, qui active les enzymes et tue les bactéries.
Votre mission est de réaliser une enquête pour déterminer quel liquide conviendrait le mieux pour
décomposer les aliments dans l’estomac.
Vous pouvez tester la capacité d’un liquide à décomposer des aliments en observant l’effet qu’a ce
liquide sur des coquilles d’œuf pendant la nuit. Plus le liquide est bien approprié pour décomposer
un aliment, plus la coquille sera dissoute.
Equipement à utiliser :
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pots de confiture
Œufs cuits durs
Eau
Jus d’orange
Vinaigre
Lait
Huile
Un marqueur
Film alimentaire
Vous travaillerez par groupe de 5 pour réaliser votre expérience. Discutez de la façon de procéder
pour tester la capacité des liquides à dissoudre de la coquille d’œuf.
Votre professeur vous donnera une feuille sur laquelle vous indiquerez votre démarche et noterez
vos résultats.
Lorsque l’expérience sera terminée, vous comparerez vos résultats à ceux des autres groupes de la
classe.
Avez-vous trouvé le liquide qui est le mieux adapté pour contribuer à la digestion ?
Le saviez-vous ? Dans l’espace, les rots sont mouillés !
Dans l’espace, si vous buvez une boisson gazeuse, le gaz ne montera pas en haut de l’estomac
comme c’est le cas sur terre. Le gaz se mélange avec les aliments contenus dans l’estomac et si
l’on fait un rot, il est mouillé – c’est un mélange d’aliments liquides et de gaz !
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ACTIVITÉ 4
Activité 4 : Dans l’estomac
sur terre et dans l’ISS
Dans cette activité, vous allez répéter l’expérience CatalISS que Thomas Pesquet a réalisé dans l’ISS.
En comparant vos résultats aux siens, vous essaierez de découvrir s’il existe des différences dans la
façon dont les enzymes décomposent les aliments dans l’espace et sur Terre.
L’enzyme que vous allez utiliser est la pepsine. La pepsine est capable de décomposer les longues
molécules de protéine des aliments en peptides plus petits. L’organisme utilise plus facilement les
peptides pour fabriquer du muscle, des os, etc…
La protéine que vous utiliserez pour cette expérience est la gélatine. Elle a été colorée avec un
colorant alimentaire pour qu’il soit plus facile d’observer la quantité de gélatine qui a été
décomposée.
Aperçu de l’expérience :
Vous travaillerez avec votre professeur pour monter deux dispositifs à seringues. Dans une seringue,
on placera une couche de gélatine sur une couche de pepsine liquide. Dans l’autre seringue se
trouvera une couche de pepsine liquide sur une couche de gélatine.
Pepsine (enzyme)
sur le dessus de la
gélatine
Gélatine sur le
dessus de la pepsine
(enzyme)
Réfléchissez sur la façon dont la pesanteur pourrait avoir un effet sur la digestion de la gélatine dans
l’espace et déterminez comment l’état d’apesanteur dans l’espace pourrait modifier la digestion.
Que devez-vous faire ?
En groupes, échangez vos idées et prévisions et utilisez le formulaire d’investigation CatalISS (que
votre professeur vous remettra) pour noter vos idées et résultats.
Sur la base de vos résultats, expliquez si le fait d’être dans l’espace aura un effet sur la digestion de
l’astronaute
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ACTIVITÉ 5
Activité 5 : CatalISS - Études des enzymes
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