La nutrition regroupe l'ensemble des phénomènes qui permettent à un être vivant de se procurer la matière et l'énergie dont il a besoin pour fonctionner, croître et se reproduire. Selon l'origine de la matière organique utilisée, les êtres vivants se répartissent en deux grands groupes : les autotrophes et les hétérotrophes.
Les végétaux chlorophylliens sont dits autotrophes : ils fabriquent eux-mêmes toute leur matière organique (glucides, protides, lipides) à partir de matière strictement minérale — dioxyde de carbone (CO2) de l'air, eau et sels minéraux du sol — grâce à l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle. Ce processus, la photosynthèse, se déroule dans les chloroplastes. L'autotrophie ne suppose donc aucun prélèvement de matière organique déjà élaborée par un autre être vivant.
Dépourvus de chlorophylle, les animaux sont incapables de fabriquer leur matière organique à partir d'éléments minéraux. Ils sont dits hétérotrophes : ils doivent obligatoirement prélever, dans leur environnement, de la matière organique déjà élaborée par d'autres organismes (végétaux ou animaux) pour satisfaire leurs besoins en matière et en énergie.
Un organisme parasite vit aux dépens d'un autre organisme, appelé hôte, chez qui (ou sur qui) il prélève sa nourriture, lui causant un préjudice plus ou moins important (affaiblissement, maladie). Exemples : le ténia, ver plat vivant dans l'intestin grêle de l'Homme et absorbant directement les nutriments déjà digérés par son hôte ; certains champignons parasites des cultures vivrières (mildiou du manioc).
Un organisme saprophyte (nombreux champignons et bactéries) se nourrit de matière organique morte ou en décomposition (feuilles mortes, cadavres, déchets organiques), qu'il dégrade grâce à des enzymes libérées dans le milieu. Les saprophytes jouent un rôle essentiel de recycleurs de la matière organique dans les écosystèmes.
Un aliment est toute substance consommée par un être vivant pour couvrir ses besoins nutritifs. On distingue les aliments simples et les aliments composés selon leur composition en nutriments.
Un aliment simple est constitué d'une seule catégorie de nutriment : c'est le cas du sucre (glucide pur) ou de l'huile (lipide pur). Un aliment composé associe plusieurs catégories de nutriments (glucides, protides, lipides, eau, sels minéraux, vitamines) en proportions variables : c'est le cas du pain, du lait ou du manioc.
Des réactifs colorés permettent de révéler qualitativement les constituants d'un aliment : l'eau iodée (Lugol) vire au bleu-noir en présence d'amidon ; la liqueur de Fehling, portée à ébullition, forme un précipité rouge brique en présence de sucres réducteurs ; le réactif du biuret (soude + sulfate de cuivre) vire au violet en présence de protides ; une tache translucide et persistante laissée sur du papier révèle la présence de lipides.
| Aliment | Glucides | Protides | Lipides | Eau |
|---|---|---|---|---|
| Pain | Amidon abondant | Présents (gluten) | Faible quantité | Modérée |
| Lait | Lactose | Caséine et protéines solubles | Matières grasses (crème) | Très abondante (≈ 87 %) |
| Manioc | Amidon très abondant | Faible teneur | Très faible | Abondante |
Cette analyse confirme que le pain, le lait et le manioc sont des aliments composés, chacun présentant une dominante caractéristique (amidon pour le pain et le manioc, eau et protéines pour le lait).
La digestion est l'ensemble des transformations mécaniques et chimiques que subissent les aliments composés le long du tube digestif, permettant de les réduire en nutriments simples, solubles et directement absorbables par l'organisme.
Le tube digestif forme un long conduit continu que l'on décrit, dans l'ordre de progression des aliments : 1. bouche (dents, langue) → 2. pharynx → 3. œsophage → 4. estomac → 5. intestin grêle → 6. gros intestin (côlon) → anus. Des glandes annexes y déversent leurs sécrétions sans faire partie du tube lui-même : les glandes salivaires (bouche), le foie (bile déversée dans le duodénum) et le pancréas (suc pancréatique déversé lui aussi dans le duodénum).
Dans la bouche, la mastication fragmente les aliments grâce aux dents pendant que la langue les malaxe et les imprègne de salive, formant le bol alimentaire. La déglutition propulse ensuite ce bol vers l'œsophage puis l'estomac. Dans l'estomac, le brassage gastrique mélange le bol alimentaire au suc gastrique et le transforme en une bouillie semi-liquide, le chyme. Dans l'intestin grêle, le brassage intestinal et des mouvements de progression (péristaltisme) assurent le mélange du chyme aux sucs digestifs et son avancée régulière vers le gros intestin. Le résultat de ces phénomènes mécaniques est double : fragmentation des aliments (augmentant la surface de contact avec les enzymes) et progression continue le long du tube digestif.
Au XVIIIe siècle, Réaumur a fait avaler à des rapaces de petits tubes métalliques perforés contenant de la viande, protégée ainsi de toute action mécanique de broyage. Après récupération des tubes, la viande était partiellement digérée : preuve d'une action chimique du suc gastrique. Spallanzani a complété ces travaux en faisant avaler à des animaux des éponges qu'il retirait ensuite pour en extraire, par pression, le suc gastrique dont elles s'étaient imbibées ; en mettant ce suc en contact avec de la viande hors de l'organisme, il a constaté que la viande se digérait tout de même. Ces expériences démontrent que la digestion résulte d'une action chimique des sucs digestifs, indépendante de toute action mécanique.
La digestion chimique est assurée par des enzymes présentes dans les différents sucs digestifs (salive, suc gastrique, suc pancréatique, suc intestinal) : l'amylase (salivaire puis pancréatique) hydrolyse l'amidon en maltose puis en glucose ; les protéases (pepsine gastrique, trypsine pancréatique) hydrolysent les protides en acides aminés ; la lipase pancréatique hydrolyse les lipides, préalablement émulsionnés par la bile, en acides gras et glycérol. Au niveau du gros intestin (côlon), une flore microbienne assure une digestion microbienne complémentaire de certains résidus non digérés par les enzymes de l'organisme (notamment certaines fibres).
Les enzymes digestives sont des biocatalyseurs : elles accélèrent une réaction chimique (hydrolyse) sans être consommées ni modifiées, ce qui leur permet d'agir plusieurs fois de suite. Chacune présente une spécificité d'action : elle n'agit que sur un substrat déterminé (l'amylase uniquement sur l'amidon, la lipase uniquement sur les lipides, etc.). Leur activité dépend de facteurs physico-chimiques : chaque enzyme possède une température optimale (voisine de 37 °C chez l'Homme, l'activité chutant fortement au-delà de 45-50 °C par dénaturation) et un pH optimal propre (la pepsine gastrique agit en milieu très acide, vers pH 2, tandis que les enzymes pancréatiques et intestinales agissent en milieu neutre à légèrement basique).
La paroi interne de l'intestin grêle est tapissée de très nombreuses villosités intestinales, fines protubérances qui augmentent considérablement la surface d'échange entre la lumière intestinale et le sang, ce qui favorise une absorption efficace des nutriments. Chaque villosité renferme un réseau de capillaires sanguins et un vaisseau lymphatique (chylifère central).
Les nutriments hydrosolubles issus de la digestion — glucose et acides aminés — passent directement dans les capillaires sanguins des villosités : c'est la voie sanguine. Les acides gras et le glycérol, produits de la digestion des lipides, sont en revanche repris majoritairement par les vaisseaux lymphatiques des villosités : c'est la voie lymphatique, qui rejoint ensuite la circulation sanguine générale au niveau du cou.
L'assimilation regroupe l'ensemble des utilisations métaboliques des nutriments absorbés par les cellules de l'organisme : biosynthèse de nouvelles molécules organiques propres à l'organisme (anabolisme), renouvellement des constituants cellulaires, et mise en réserve de l'excédent — sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, ou de graisses dans le tissu adipeux — mobilisable ultérieurement en cas de besoin.
| Enzyme | Origine / lieu d'action | Substrat | Produit(s) |
|---|---|---|---|
| Amylase salivaire | Salive, bouche | Amidon | Maltose |
| Amylase pancréatique | Suc pancréatique, intestin grêle | Amidon | Maltose puis glucose |
| Pepsine (protéase) | Suc gastrique, estomac | Protides | Peptides |
| Trypsine (protéase) | Suc pancréatique, intestin grêle | Peptides / protides | Acides aminés |
| Lipase pancréatique | Suc pancréatique, intestin grêle | Lipides (émulsionnés par la bile) | Acides gras + glycérol |
Les protides assurent la construction et le renouvellement des tissus (rôle plastique) ; les glucides et les lipides constituent les principales sources d'énergie (rôle énergétique), les lipides servant aussi de réserve et entrant dans la structure des membranes cellulaires ; les vitamines, en très petites quantités, sont indispensables au bon fonctionnement de nombreuses réactions métaboliques ; l'eau et les sels minéraux participent à l'équilibre hydrique, à la structure osseuse et au fonctionnement cellulaire général.
Une alimentation équilibrée doit répondre à un besoin quantitatif (apporter une quantité suffisante d'énergie et de nutriments pour couvrir les dépenses de l'organisme) et à un besoin qualitatif (apporter une diversité suffisante de nutriments : protides, glucides, lipides, vitamines, sels minéraux, dans des proportions équilibrées). Une ration abondante mais peu diversifiée peut rester déséquilibrée et provoquer des carences.
Le métabolisme de base correspond à l'énergie minimale indispensable au fonctionnement de l'organisme au repos complet (respiration, circulation, maintien de la température corporelle) ; il peut être mesuré par calorimétrie directe ou indirecte. Le métabolisme de travail correspond à l'énergie supplémentaire dépensée lors d'une activité physique ou intellectuelle, variable selon l'intensité et la durée de l'effort. La dépense énergétique totale journalière d'un individu est la somme de ces deux composantes.
Les besoins nutritionnels diffèrent selon les individus : la ration de croissance (enfant, adolescent) doit être renforcée en protides pour soutenir la construction des tissus ; la ration d'entretien (adulte sédentaire) couvre simplement le métabolisme de base et une activité modérée ; la ration de grossesse (et d'allaitement) doit être enrichie (protides, fer, calcium, vitamines) pour couvrir les besoins de la mère et du fœtus ou du nourrisson ; la ration de travail intense (effort physique soutenu) doit être fortement augmentée, notamment en glucides et en eau.
La valeur énergétique d'un nutriment s'exprime en kilocalories (kcal) ou en kilojoules (kJ) par gramme. Elle diffère selon la nature du nutriment : les glucides et les protides fournissent chacun environ 4 kcal par gramme, tandis que les lipides, plus riches en énergie, fournissent environ 9 kcal par gramme. Ces valeurs permettent de calculer la valeur énergétique totale d'une ration alimentaire à partir de sa composition.
Le marasme résulte d'une carence globale et sévère en énergie et en nutriments (sous-alimentation générale). Il touche particulièrement le jeune enfant et se manifeste par un amaigrissement extrême, une fonte marquée des muscles et du tissu graisseux, sans œdème, donnant un aspect de « petit vieillard ».
Le kwashiorkor résulte d'une carence sévère et spécifique en protides, alors que l'apport énergétique global (souvent glucidique) peut rester à peu près suffisant. Il se manifeste typiquement par des œdèmes (visage, membres, ventre gonflé), une décoloration et une fragilité des cheveux, des lésions cutanées, une apathie et un retard de croissance, chez de jeunes enfants souvent sevrés brutalement au profit d'une alimentation pauvre en protéines (bouillies de manioc par exemple).
La lutte contre la sous-alimentation et la malnutrition passe par le développement de l'agriculture (diversification des cultures vivrières, cultures protéiques comme les légumineuses) et de l'élevage (accès aux protéines animales), ainsi que par l'éducation nutritionnelle des populations (connaissance des besoins alimentaires, diversification des rations, allaitement maternel prolongé, hygiène alimentaire).
Chaque communauté peut contribuer à la lutte contre la malnutrition par des actions concrètes : sensibilisation des familles à l'équilibre alimentaire, soutien aux pratiques locales d'agriculture vivrière diversifiée et d'élevage de petit bétail ou de volaille, promotion de l'allaitement maternel, et surveillance de la croissance des jeunes enfants dans les centres de santé.
On observe quatre organismes : (a) un plant de maïs cultivé en plein champ ; (b) le mildiou, un champignon qui se développe sur les feuilles de manioc et provoque leur dessèchement ; (c) une chèvre qui broute de l'herbe ; (d) un champignon qui se développe sur un tronc d'arbre mort tombé au sol.
Un schéma de l'appareil digestif humain présente huit repères numérotés de 1 à 8, correspondant à la description suivante du trajet des aliments et des glandes annexes : le repère 1 est l'orifice par lequel les aliments pénètrent et où se produit la mastication ; le repère 2 est le conduit musculaire qui relie cet orifice à l'organe suivant ; le repère 3 est une poche qui brasse les aliments et les transforme en chyme ; le repère 4 est le plus long segment du tube digestif, où se termine la digestion chimique et où débute l'absorption ; le repère 5 est le segment terminal qui reçoit les résidus non digérés ; le repère 6 est une glande logée sous la langue qui sécrète un suc contenant l'amylase ; le repère 7 est une volumineuse glande qui produit la bile ; le repère 8 est une glande qui déverse un suc riche en plusieurs enzymes dans le duodénum.
Spallanzani a fait avaler à des rapaces de petites éponges attachées à un fil. Après un certain temps, il retirait les éponges et en extrayait, par pression, le liquide dont elles s'étaient imbibées dans l'estomac de l'animal. Il plaçait ensuite ce liquide, hors de l'organisme, dans un flacon contenant un morceau de viande, et observait l'évolution de la viande au cours du temps.
L'analyse de la ration alimentaire journalière d'un adolescent révèle la composition suivante : 300 g de glucides, 70 g de protides et 80 g de lipides. On rappelle que les glucides et les protides fournissent chacun 4 kcal par gramme, et les lipides 9 kcal par gramme.
Un enfant de 18 mois, récemment sevré, est amené au centre de santé par sa mère. Son alimentation, depuis le sevrage, est presque exclusivement constituée de bouillie de manioc, peu diversifiée. L'examen clinique relève : un visage bouffi et des œdèmes des membres inférieurs, un ventre gonflé, des cheveux décolorés et cassants, des lésions cutanées sur les jambes, une apathie marquée et un retard de croissance. La mère précise que l'enfant, malgré ces gonflements, ne paraît pas particulièrement « maigre » à première vue.
10 questions · Correction immédiate
L'autotrophie chez les végétaux chlorophylliens désigne la capacité à :
Un être vivant hétérotrophe est un organisme qui :
Parmi les aliments suivants, lequel est un aliment simple ?
La mastication, phénomène mécanique de la digestion, a pour rôle principal de :
L'expérience de Spallanzani (viande mise en contact avec du suc gastrique hors de l'organisme) a permis de démontrer que :
L'enzyme qui hydrolyse l'amidon est :
Le rôle principal des villosités intestinales est de :
Les acides gras et le glycérol, issus de la digestion des lipides, gagnent la circulation générale principalement par :
Le métabolisme de base correspond à :
Une maladie de carence sévère et spécifique en protides, se manifestant notamment par des œdèmes, est :
