Alimentation - SVT (Cours de Sciences) PDF

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Cours sur l'Alimentation des Humains - SVT - Master MEEF (classifications des aliments, besoins, apports etc...) Couplé au cours sur la digestion...

Description

L’ALIMENTATION Le principal problème que tout être vivant doit résoudre est de maintenir la structure complexe de son organisme et de permettre son fonctionnement. Ceci est possible grâce aux aliments qui, simplifiées en nutriments au cours de la digestion, fournissent :  L’énergie indispensable pour le maintien de la température corporelle, le travail continu des organes.  Les éléments constitutifs de l’organisme assurant le renouvellement des molécules et des cellules.

PARTIE I : L’alimentation humaine. I/ Les caractéristiques des aliments A) Origine et nature chimique des aliments. On peut classer les aliments selon :  Leur origine animale ou végétale. N.B : L’Homme consomme des aliments d’origine végétale ou animale : il est omnivore.

 Leur composition chimique. On distingue : Des substances minérales c’est à dire non synthétisées par les êtres vivants mais dont ils ont besoin (eau, sels minéraux). Des substances organiques c’est à dire synthétisées par les êtres vivants et contenant des atomes de carbone (glucides, protides, lipides, vitamines). Certains aliments ne sont constitués que d’une des catégories citées précédemment : ce sont des aliments simples. Exemples : le saccharose(un glucide), l’huile (un lipide), le blanc d’œuf (un protide), le chlorure de sodium (un sel minéral).

Dans la plupart des cas, les aliments sont constitués de deux ou trois catégories d’aliments simples : ce sont des aliments composés ou complexes. Exemples : les œufs, les pommes de terre…

Des aliments contiennent toutes les catégories : ce sont des aliments complets. Exemples : le lait est composé de protides (caillot ou caséine pour faire les fromages, la peau apparaissant avec la chaleur), de lipides (crème utilisée pour le beurre), de glucides v(le lactose), de vitamines, d’eau et de sels minéraux.

Les aliments sont regroupés en six familles en fonction de leur composition et de leur origine. Groupe 1 : viandes, poissons, œufs (protides d’origine animale). Groupe 2 : produits laitiers (calcium, protides et lipides d’origine animale). Groupe 3 : graisses (lipides d’origine animale et végétale) Groupe 4 : pain, céréales, sucres, légumes secs (glucides dits « sucres lents » ou féculents). Groupe 5 : fruits et légumes verts (des fibres, glucides non digestibles, et des « sucres rapides »). Groupe 6 : eau

B) Rôle des aliments dans l’organisme D’après leur composition, on peut regrouper des aliments :

 Bâtisseurs ou plastiques intervenant plus particulièrement dans la « construction » de la matière vivante (Groupes 1, 2 ex. :la viande fournissant des protéines, le lait apportant du calcium…).

 Energétiques constituant la source d’énergie de l’organisme (Groupes 3, 4. ex. : le beurre, le sucre…).  Fonctionnels (parfois appelés protecteurs) jouant un rôle dans le bon fonctionnement de l’organisme par leur richesse en vitamines ou en fibres (Groupes 5, 6. ex : les légumes et les fruits).

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ALIMENTS Glucides Protides

Lipides

Eau Sels minéraux

Rôle plastique

Rôle énergétique

Glucose, glycogène simplification en oses).

Rôle fonctionnel

(après Certains oses entrent dans la composition des acides nucléiques et dans la construction de divers tissus. Les acides aminés entrent dans la composition des tissus. Huit Acides Aminés ne sont pas synthétisés par l’organisme humain mais lui sont Essentiels : ce sont les A.A E. Des lipides entrent dans la Après conversion en oses par l’organisme. construction des membranes cellulaires. Trois Acides Gras sont Essentiels pour l’Homme : ce sont les A.G.E. Elle imbibe les cellules et les espaces intercellulaires. Certains entrent dans la composition des tissus : fer pour les hématies. - calcium pour les os.

La cellulose (fibres) permet le transit intestinal. Certaines protéines entrent dans la composition des hormones, des enzymes…

Les lipides sont le support de certaines vitamines.

Réactions enzymatiques, équilibre hydrique, solvant… Equilibre ionique. Certains entrent dans la composition des enzymes.

Elles permettent le fonctionnement de l’organisme. Ces substances organiques sont efficaces à très faibles doses (de 0, 01 à 75 mg par jour selon la vitamine). Elles sont dépourvues de valeur calorique et sont présentes en très faible quantité dans les aliments.

Vitamines

II/ L' alimentation équilibrée Une alimentation équilibrée doit à la fois : Apporter les « matériaux » indispensables à son bon fonctionnement (besoins qualitatifs). Couvrir les dépenses énergétiques de l’organisme (besoins quantitatifs).

A) Les besoins de l’organisme 1 ) Les besoins qualitatifs Constituants

Masse en kg

Eau Protides Lipides Glucides Sels minéraux

46,2 11,1 9 0,2 3,5

Eau

Sels minéraux

Lipides, protides, gl uc id es

% de la masse corporelle totale 66 15,9 12,8 0,3 5

Respiration Evaporation cutanée Excrétion urinaire Défécation TOTAL

Composition du corps d’un homme de 70 kg.

0,5 l 0,5 l

3g

2g

1,35 l

27 g

40 g

0,15 l 2,5 l

Quantités variables Au moins 30 g

Quantités variables Au moins 42 g

Toutes les catégories de molécules organiques et minérales entre dans la constitution de l’organisme. Pour couvrir ses besoins, celui-ci devra se procurer des glucides, des lipides, des protides, des vitamines, de l’eau et des sels minéraux.

2) Les besoins quantitatifs Un sujet allongé, immobile, moyennement vêtu, à la température de 20°C et à jeun, a une dépense énergétique minimale appelée métabolisme de base (exprimé en kilojoules) : il correspond « au service physiologique minimal » (contraction du cœur et des muscles respiratoires, vie des cellules…) et varie selon l’âge et le sexe de l’individu. A ces besoins énergétiques de base s’ajoutent les dépenses exigées par les différentes activités du sujet (activités musculaires, maintien de la température du corps…).

B) Notion de ration alimentaire On appelle ration alimentaire journalière la quantité d’aliments nécessaire chaque jour pour faire fonctionner l’organisme. Elle dépend directement des besoins en énergie et en matière. Pour qu’elle soit équilibrée, il faut : 2

 Qu’elle couvre les besoins qualitatifs : un repas doit être varié et apporter toutes les catégories d’aliments (il est recommandé de choisir un aliment dans chaque famille).

 Qu’elle couvre les besoins quantitatifs : Les menus d’une journée doivent respecter un certain pourcentage de chaque catégorie d’aliments pour apporter la quantité d’énergie (exprimée autrefois en calories, actuellement en kilojoules) nécessaire à l’organisme : 55 % de glucides, 30 % de lipides, 15 % de protides.  Qu’elle soit adaptée à chaque individu en fonction de son âge, de son activité physique, de son sexe, de son état physiologique.

Il est nécessaire de procéder à une répartition des apports entre les différents repas : - Si le fractionnement se fait sur trois repas : 30 % des kilojoules au petit déjeuner, 40 % au déjeuner, 30 % au dîner. - Si le fractionnement se fait sur quatre repas : 25% des kilojoules au petit déjeuner, 30 % au déjeuner, 15 % pour le goûter, 30 % au dîner.

III/ Les maladies nutritionnelles A )Les maladies dues à des carences Le problème de l’alimentation se pose pour le milliard d’êtres humains dont les besoins alimentaires ne sont pas satisfaits ni sur le plan quantitatif ni sur le plan qualitatif. Les enfants sont les plus atteints et les dommages produits sont le plus souvent irréversibles : la mauvaise alimentation est responsable de la mort de 30 % des enfants de moins de 5 ans. 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. Le manque d’un ou plusieurs types d’aliment correspond à une carence.. N.B : Sous-nutrition et malnutrition coexistent souvent.

Lorsqu’elle n’entraîne pas la mort, une malnutrition importante et prolongée provoque chez les jeunes enfants un ralentissement du développement physique (réduction de la dimension du cerveau, altération de sa composition cellulaire). Les dommages sont le plus souvent irréversibles. Ni une alimentation compensatoire ni l’éducation ne compenseront ce qui a été perdu. Les enfants qui souffrent de la faim présentent à la fois une maigreur excessive et un gonflement caractéristique du ventre dû à un œdème. La sous-nutrition peut avoir des conséquences très graves, avec parfois des effets irréversibles : Un être humain qui reçoit moins de 6 200 kJ par jour meurt rapidement. S’il ingère moins de 8 300 kJ, il vit dans un état de jeûne chronique qui l’empêche de travailler et le rend vulnérables à de nombreuses maladies. S’il consomme plus de 8 300 kJ mais moins de 10 000 kJ, il souffre de faim relative et le déséquilibre de son régime provoque de nombreuses maladies de dégénérescence.

B) Les maladies dues à des excès Paradoxalement dans les pays « riches », l’alimentation constitue aussi un grave problème de santé publique. Les habitudes alimentaires ont en effet évolué au cours des dernières décennies. On observe : - Une surconsommation de viandes, de graisses, de sucres. - La suppression des véritables repas (notamment le petit déjeuner) et l’apparition du grignotage. - Un manque d’activité physique. Ceci a pour conséquence la recrudescence de certaines maladies comme l’obésité ou les maladies cardiovasculaires.

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PARTIE II : L’alimentation animale. Tous les êtres vivants sont tributaires soit directement de végétaux, soit d’animaux, pour édifier leur propre substance et couvrir leurs besoins énergétiques. Ainsi les animaux (dont l’Homme) sont des hétérotrophes dont l’alimentation doit obligatoirement comporter du carbone organique. Ils consomment donc des aliments d’origine animale et d’origine végétale.

I/ Que mangent les animaux ? A) Les différents régimes alimentaires Le régime alimentaire correspond à l’ensemble des espèces végétales et animales (et/ou de leurs organes) qui concourent à l'alimentation d'une espèce animale. On distingue trois grands types de régimes alimentaires :  Le régime phytophage (ou végétarien) pour ceux qui ne mangent que des aliments d’origine végétale. Parmi eux, certains ont un régime encore plus spécialisé :  Les herbivores mangent de l’herbe.  Les granivores mangent des graines.  Les nectarivores mangent le nectar des fleurs.  Les xylophages mangent le bois…  Le régime zoophage (ou carnivore) pour ceux qui ne mangent que des aliments d’ origine animale. Parmi eux, on peut distinguer : Selon la spécialisation du régime :  Les insectivores qui se nourrissent d’insectes.  Les piscivores qui se nourrissent de poissons… Selon le mode de capture de la nourriture :  Les prédateurs qui attaquent leurs proies.  Les charognards qui se nourrissent de cadavres.  Le régime omnivore pour ceux qui mangent des aliments d’origine végétale et animale. N.B : Certains animaux se nourrissent uniquement d’animaux ou de végétaux microscopiques : ce sont des microphages. D’autres se nourrissent de débris de matière organique en décomposition : ce sont des détritivores.

Le régime alimentaire d’un animal est établi en fonction des aliments qu’il mange en plus grande quantité (On dira que tel ou tel animal a un régime carnivore même s’il mange une très faible quantité de nourriture végétale). De plus, les animaux font un choix parmi les divers aliments disponibles. Ils n’en consomment que certains et dans des proportions constantes : ils manifestent alors des préférences alimentaires. A l’intérieur d’une même espèce, les régimes peuvent varier selon :      

L’âge : le têtard est végétarien, la grenouille est carnivore. Le sexe : le moustique femelle se nourrit de sang alors que le mâle consomme du nectar. La région : la nourriture disponible n’est pas la même partout. Le mode de vie : le chat sauvage est strictement carnivore alors que le chat domestique s’adapte à la consommation d’autres aliments. Les besoins de l’animal : de nombreux oiseaux omnivores ou même végétariens deviennent carnivores pendant la période de nourrissage des jeunes. La saison : de nombreux animaux changent de régime selon les saisons. La quantité de nourriture varie selon les saisons (abondance des insectes en été et en automne, absence presque totale en hiver) et l’animal s’adapte à ces variations saisonnières en changeant de régime.

N.B : Il existe d’autres solutions : certains oiseaux effectuent des migrations lorsque leur nourriture se raréfie ou disparaissent. D’autres font des provisions pour l’hiver ou réduisent leur consommation en s’endormant.

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B) Leur mise en évidence : On utilise diverses méthodes pour étudier ce que mangent les animaux : Une observation directe du comportement des animaux. L’examen du contenu de l’estomac des individus capturés ou trouvés morts. L’analyse des restes de repas (plumes, os…) observés sur le territoire d’un animal. L’observation des excréments. L’analyse de réjections, c’est à dire du contenu de l’estomac vomi naturellement par l’animal : Ces pelotes de réjections de rapaces (chouette, buse, faucon, hibou…) sont des boules noirâtres contenant les éléments non digérés et agglomérés (des poils, des plumes, des os). Elles sont rejetées par la bouche quelques heures après le repas et indiquent le nombre et l’espèce des proies consommées lors de celui-ci. La mise en élevage des animaux.

II/ Comment les animaux se procurent-ils leurs aliments? La quête de nourriture représente une part importante de l’activité des animaux. Pour y parvenir, ils réalisent une succession d’actions qui constituent leurs comportements alimentaires. Ils doivent :  Détecter repérer la nourriture, la repérer.  S’en approcher.  La saisir, la capturer.  La consommer.

A) Cas des animaux carnivores : 1 ) Des organes de repérages : Le repérage de la nourriture est réalisé grâce à la mise en jeu d’un ou de plusieurs organes sensoriels. Le plus souvent, un seul des sens joue un rôle capital : - La vue pour les rapaces diurnes, capables d’évaluer avec précision la distance qui les sépare de leur proie. - L’ouïe pour les rapaces nocturnes. - L’odorat pour le renard ou le loup qui pistent leur proie bien avant de la voir ou de l’entendre. - La perception des vibrations de l’eau pour le brochet ou pour le requin.

2 ) Des techniques d’approche : Certains animaux ne se déplacent pas et attendent que leur proie arrive à leur portée. Certains construisent des pièges dans lesquels tombent leurs proies (araignées). D’autres prédateurs doivent s’en approcher grâce à des techniques de chasse efficaces : La chasse à l’affût, caractérisée par une action brève et « économique ». La chasse à courre, caractérisée par un effort prolongé. N.B : Certains prédateurs chassent en groupe ce qui leur permet de capturer des proies de très grande taille (ce que ne peuvent pas faire les animaux chassant en solitaire).

3 ) Des outils de capture : Les animaux possèdent des structures, des « outils », qui leur permettent de collecter la nourriture. Certains prédateurs tuent leurs proies avant de les manger. - Les félins saisissent leurs proies avec leurs griffes et les tuent avec leurs crocs. On retrouve des « outils » très comparables avec les serres et le bec des rapaces (On parle de convergence de forme). - Certains serpents comme la vipère disposent d’une arme chimique, deux dents en forme de crochets reliées chacune à une glande à venin (les crochets, couchés vers l’arrière dans la gueule fermée, se redressent vers l’avant quand la bouche s’ouvre). D’autres prédateurs avalent leurs proies vivantes :

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- Certains chasseurs d’insectes (grenouille, caméléon…) capturent leurs proies avec leur langue visqueuse qu’ils peuvent projeter en avant. - La bouche de la couleuvre peut s’agrandir démesurément permettant d’avaler une souris entière.

5 ) Des outils pour consommer : Beaucoup d’animaux fragmentent leurs proies : des morceaux de viande sont détachés au moyen de dents (mammifères, requins), de becs, de mâchoires cornées (seiche), de pièces buccales (mandibules des insectes prédateurs)… Ils sont ensuite mastiqués grâce à l’action des dents (mammifères) Certains avalent leurs proies entières (lézard, crapaud, serpent). D’autres animaux prélèvent du sang grâce à des appareils buccaux spécialisés de type piqueur-suceur (moustique, taon…).

B) Cas des animaux végétariens : Pour les végétariens, les problèmes sont d’une tout autre nature : Leurs aliments ne se sauvent pas et sont généralement plus faciles à découvrir : Les végétariens, après avoir détecté la nourriture grâce à un ou plusieurs organes sensoriels, se déplacent dans sa direction. Les végétaux sont récoltés grâce à :  Des organes buccaux spécialisés :    

Des lèvres mobiles et des incisives à bords tranchants (âne, cheval, zèbre…). Un bourrelet corné remplaçant les incisives supérieures (girafe, cerf qui enroulent des touffes de végétaux avec leurs langues puis les arrachent d’un coup de tête en la pinçant entre leurs mâchoires…) Une trompe, formée de l’ensemble de la lèvre supérieure et du nez, et terminée par deux prolongements en forme de doigt fonctionnant comme une pince (éléphant). Un bec.

 Des pattes   

L’écureuil présente à l’extrémité de ses membres antérieurs des mains préhensiles. Chez le singe, la récolte se fait avec les mains et les pieds grâce aux pouces opposables aux autres doigts (chez l’homme, cette organisation n’existe qu ‘au niveau de la main). L’abeille récolte et transporte le pollen des fleurs avec ses pattes postérieures.

 Des organes buccaux et à des pattes  

Le hamster associe membres antérieurs et bouche pour récolter les graines. Le criquet maintient la feuille d’herbe entre ses deux pattes antérieures et dans l’échancrure de sa lèvre supérieure, pièce prolongeant la tête et recouvrant en partie la bouche.

Cependant, les aliments d’origine végétale sont peu nutritifs et relativement difficiles à digérer : Il existe par conséquent des adaptations notamment au niveau :  Des pièces buccales : 

Chez les mammifères, on observe une adaptation de la denture : - Les incisives des rongeurs, taillées en biseau, permettent de découper l’aliment en copeaux. - Les molaires présentent des tables d’usure avec des crêtes d’émail transversales : elles fonctionnent comme des râpes. - Les canines sont absentes. A leur place existe un espace sans dents, la barre.

N.B : Les incisives des rongeurs ont une croissance continue qui compense leur usure. Lapins et lièvres bien que faisant partie de l'ordre des lagomorphes seront considérés comme rongeurs en raison de leur adaptation alimentaire.

 

Chez les mollusques, on observe une mâchoire cornée qui découpe les feuilles et une langue râpeuse portant de nombreuses dents microscopiques. Chez les insectes, on observe des pièces buccales qui assurent

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- Le broyage des aliments solides (type broyeur chez le criquet). - La récolte d’aliment liquide (type lécheur-suceur chez l’abeille).  Du tube digestif Chez les ruminants (vache, mouton, chèvre, bouquetin…), les animaux prélèvent une importante quantité d’herbe et l’avalent précipitamment sans la mâcher. Quand la provision est suffisante, ils se couchent puis effectuent la rumination.

Celle-ci est possible grâce à un estomac spécial formé de quatre poches. Au moment de la récolte, l’animal avale l’herbe et l’accumule dans la panse utilisée comme « sas à provisions ». Quelques heures plus tard, des boulettes d’herbe remontent par le bonnet jusque dans la bouche. L’herbe est alors mastiquée : c’est la rumination....