Karamö, le prof virtuelLeçon 12 sur 29
Les fonctions de nutrition et le métabolisme
Je sais expliquer comment les fonctions de nutrition (digestion, respiration, circulation, excrétion) coopèrent pour approvisionner les cellules, et ce que les cellules font des nutriments : c'est le métabolisme.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Citer les fonctions de nutrition et le rôle de chacune
- Définir le métabolisme, le catabolisme et l'anabolisme
- Écrire et exploiter l'équation de la respiration cellulaire (bilan en masses)
- Calculer une dépense énergétique à partir d'une consommation de dioxygène (métabolisme de base)
Avant de commencer : Les leçons sur la cellule eucaryote (mitochondries), les constituants de la matière vivante et les besoins alimentaires (énergie en kJ).
1Je découvre
Pendant les vacances, Ibrahima aide son oncle, mécanicien à Kamsar. Il remarque qu'un moteur de camion a besoin de carburant et d'air pour tourner, qu'il rejette une fumée par le pot d'échappement et qu'il chauffe beaucoup.
Le soir, en rentrant à pied, Ibrahima fait une comparaison : « Moi aussi, j'ai besoin de manger et de respirer pour bouger. Moi aussi je rejette quelque chose quand j'expire, et mon corps est chaud. Mon corps serait-il une sorte de moteur ? » Sa cousine Fanta, infirmière, lui répond : « En quelque sorte, mais un moteur extraordinaire : chacune de tes milliards de cellules est un petit moteur. Et pour qu'elles fonctionnent, plusieurs appareils de ton corps travaillent ensemble jour et nuit. »
Comment les organes de la nutrition approvisionnent-ils chaque cellule, et que font les cellules des aliments et du dioxygène qu'elles reçoivent ?
2Je comprends
1. Les fonctions de nutrition
La nutrition est l'ensemble des fonctions qui fournissent aux cellules ce dont elles ont besoin (nutriments, dioxygène) et qui les débarrassent de leurs déchets. Chez l'homme, quatre grandes fonctions coopèrent :
| Fonction | Appareil | Rôle |
|---|---|---|
| Digestion et absorption | appareil digestif | transformer les aliments en nutriments (glucose, acides aminés, acides gras…) et les faire passer dans le sang |
| Respiration | appareil respiratoire | faire entrer le dioxygène (O₂) dans le sang et rejeter le dioxyde de carbone (CO₂) |
| Circulation | cœur et vaisseaux | transporter nutriments et O₂ jusqu'aux cellules, et ramener les déchets |
| Excrétion | reins, peau, poumons | éliminer les déchets (urée, CO₂, excès d'eau et de sels) |
- 1Digestion : les aliments sont transformés en nutriments dans le tube digestif
- 2Absorption : les nutriments passent de l'intestin dans le sang
- 3Respiration pulmonaire : le dioxygène de l'air passe dans le sang
- 4Circulation : le sang apporte nutriments et dioxygène à toutes les cellules
- 5Métabolisme cellulaire : les cellules utilisent nutriments et dioxygène et produisent des déchets
- 6Excrétion : le sang apporte les déchets aux reins (urée) et aux poumons (CO₂) qui les rejettent
Le sang est donc le lien entre toutes ces fonctions : c'est le « camion de livraison » et le « camion-poubelle » de l'organisme. Les chapitres suivants étudieront chaque fonction en détail.
2. Le métabolisme
Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans les cellules d'un être vivant. On le divise en deux parties complémentaires.
a) Le catabolisme : dégrader pour produire de l'énergie. Les cellules dégradent des molécules organiques (surtout le glucose et les acides gras) pour en libérer l'énergie. La principale réaction est la respiration cellulaire, qui se déroule dans les mitochondries :
C6H12O6 + 6 O2 longrightarrow 6 CO2 + 6 H2O + énergie
glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie
L'énergie libérée sert :
- au travail des muscles (mouvement, battements du cœur) ;
- à la production de chaleur qui maintient le corps à 37 °C ;
- aux synthèses de nouvelles molécules ;
- au fonctionnement des nerfs et au transport des substances.
b) L'anabolisme : construire. Les cellules fabriquent leurs propres grosses molécules à partir de petites : protéines à partir d'acides aminés (croissance, réparation des tissus), glycogène à partir de glucose (réserve dans le foie et les muscles), graisses de réserve. Ces constructions consomment de l'énergie, fournie par le catabolisme.
- Dégradation de molécules
- Libère de l'énergie
- Exemple : respiration du glucose
- Produit des déchets (CO₂, eau, urée)
- Construction de molécules
- Consomme de l'énergie
- Exemple : fabrication de protéines
- Permet la croissance et les réserves
Les déchets du métabolisme sont le dioxyde de carbone (rejeté par les poumons), l'eau, et l'urée, qui provient de la dégradation des acides aminés (rejetée par les reins dans l'urine).
3. Le bilan en masses de la respiration cellulaire
Avec les masses molaires (C = 12 g/mol, H = 1 g/mol, O = 16 g/mol) :
- glucose C6H12O6 : 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 72 + 12 + 96 = 180 g ;
- 6 O2 : 6 × 32 = 192 g ;
- 6 CO2 : 6 × 44 = 264 g ;
- 6 H2O : 6 × 18 = 108 g.
Vérification (conservation de la masse) : 180 + 192 = 372 g et 264 + 108 = 372 g.
Exemple
Un muscle respire 90 g de glucose. Quelle masse de dioxygène consomme-t-il, et quelles masses de CO2 et d'eau produit-il ?
90 g, c'est la moitié de 180 g : toutes les masses sont divisées par 2.
Dioxygène consommé : 192 ÷ 2 = 96 g.
Dioxyde de carbone produit : 264 ÷ 2 = 132 g.
Eau produite : 108 ÷ 2 = 54 g.
Vérification : 90 + 96 = 186 g ; 132 + 54 = 186 g.
Cette réaction montre pourquoi on respire plus vite pendant un effort : les muscles consomment plus de glucose, donc plus de dioxygène, et rejettent plus de CO₂.
Quand le dioxygène manque (effort très intense), certaines cellules musculaires dégradent le glucose de façon incomplète : c'est une fermentation, qui libère peu d'énergie et produit de l'acide lactique ; elle est associée à la fatigue musculaire des efforts intenses.
4. Le métabolisme de base
Le métabolisme de base est la dépense d'énergie minimale d'un individu au repos complet, à jeun depuis 12 heures, allongé, éveillé, dans une pièce à température agréable. C'est l'énergie nécessaire aux seules fonctions vitales (cœur, respiration, cerveau, reins, maintien de la température).
On le mesure en déterminant le volume de dioxygène consommé : chaque litre de dioxygène utilisé pour respirer les nutriments libère environ 20 kJ.
Méthode
Pour calculer une dépense d'énergie à partir du dioxygène consommé :
- Je calcule le volume de dioxygène consommé pendant la durée voulue (volume par heure × nombre d'heures).
- Je multiplie ce volume (en litres) par 20 kJ.
- J'écris le résultat en kJ avec une phrase de conclusion.
Exemple
Au repos et à jeun, Kadiatou consomme 14 L de dioxygène par heure. Calcule son métabolisme de base sur 24 heures.
Volume de dioxygène en 24 h : 14 × 24 = 336 L.
Énergie : 336 × 20 = 6 720 kJ.
Le métabolisme de base de Kadiatou est d'environ 6 720 kJ par jour.
Le métabolisme de base varie selon l'âge (il est élevé chez l'enfant en croissance), le sexe, la masse corporelle et certaines hormones. À cette dépense s'ajoute celle des activités : c'est pourquoi un adolescent actif a besoin de plus de 10 000 kJ par jour.
5. Une vue d'ensemble
Tout déséquilibre d'une fonction retentit sur les autres : une diarrhée perturbe l'absorption, l'anémie limite le transport du dioxygène, une maladie des reins laisse les déchets s'accumuler dans le sang.
3Je retiens
Je retiens
Fonctions de nutrition : digestion-absorption, respiration, circulation, excrétion ; elles approvisionnent les cellules et éliminent leurs déchets.
Métabolisme : ensemble des réactions chimiques des cellules = catabolisme (dégradation, libère de l'énergie) + anabolisme (construction, consomme de l'énergie).
Respiration cellulaire (mitochondries) : C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + énergie.
Bilan en masses : 180 g de glucose + 192 g de O2 → 264 g de CO2 + 108 g d'eau.
L'énergie sert au travail musculaire, à la chaleur (37 °C) et aux synthèses.
Métabolisme de base : dépense minimale au repos, à jeun ; environ 20 kJ par litre de O2 consommé.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la respiration se fait seulement dans les poumons : les poumons assurent les échanges de gaz, mais la respiration qui libère l'énergie se fait dans les mitochondries de chaque cellule.
- Oublier les coefficients de l'équation : il faut 6 O2 pour 1 glucose, et on obtient 6 CO2 et 6 H2O.
- Confondre catabolisme et anabolisme : cata = dégrader (libère de l'énergie) ; ana = construire (consomme de l'énergie).
- Oublier de multiplier par 24 pour passer d'une consommation par heure à une consommation par jour.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Associe chaque fonction à son rôle : digestion, respiration, circulation, excrétion. Rôles : éliminer l'urée ; apporter le dioxygène au sang ; transporter les substances ; transformer les aliments en nutriments.
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Digestion : transformer les aliments en nutriments. Respiration : apporter le dioxygène au sang (et rejeter le CO₂). Circulation : transporter les substances. Excrétion : éliminer l'urée.
2Exercice 2
Classe ces réactions en catabolisme ou anabolisme : fabrication de protéines musculaires ; respiration du glucose ; mise en réserve du glycogène dans le foie ; dégradation des acides gras pendant un long effort.
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Catabolisme : respiration du glucose ; dégradation des acides gras. Anabolisme : fabrication de protéines musculaires ; mise en réserve du glycogène.
3Exercice 3
Recopie et complète l'équation de la respiration cellulaire, puis indique dans quel organite elle se déroule : C6H12O6 + … O2 → … CO2 + … H2O + …
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C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + énergie. Elle se déroule dans les mitochondries.
4Exercice 4
Pendant un match de football, les muscles d'un joueur respirent 45 g de glucose. Calcule la masse de dioxygène consommée et les masses de CO₂ et d'eau produites.
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45 g, c'est le quart de 180 g (180 ÷ 45 = 4). Dioxygène : 192 ÷ 4 = 48 g. CO₂ : 264 ÷ 4 = 66 g. Eau : 108 ÷ 4 = 27 g. Vérification : 45 + 48 = 93 g et 66 + 27 = 93 g.
5Exercice 5
(Type BEPC) Au repos et à jeun, Sékou consomme 15 L de dioxygène par heure ; pendant une heure de travail au champ, il en consomme 60 L.
a) Définis le métabolisme de base.
b) Calcule le métabolisme de base de Sékou sur 24 heures (1 L de O₂ correspond à environ 20 kJ).
c) Calcule l'énergie dépensée pendant une heure de travail au champ.
d) Combien de fois sa consommation de dioxygène augmente-t-elle pendant le travail ? Explique pourquoi.
e) Explique pourquoi Sékou rejette plus de CO₂ pendant le travail.
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a) Le métabolisme de base est la dépense d'énergie minimale d'un individu au repos complet, à jeun, allongé, à température agréable : c'est l'énergie des seules fonctions vitales.
b) 15 × 24 = 360 L de O₂ ; 360 × 20 = 7 200 kJ par jour.
c) 60 × 20 = 1 200 kJ en une heure.
d) 60 ÷ 15 = 4 : la consommation est multipliée par 4. Les muscles qui travaillent ont besoin de beaucoup plus d'énergie ; ils respirent davantage de glucose, ce qui exige plus de dioxygène.
e) D'après l'équation de la respiration cellulaire, chaque molécule de glucose respirée produit 6 CO₂. Plus les muscles respirent de glucose, plus ils produisent de CO₂, que le sang apporte aux poumons pour le rejeter.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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