Activité 2 : Comment les aliments sont-ils digérés ?

Histoire des sciences S'informer et raisonner à partir d'expériences historiques pour savoir si la digestion est un phénomène mécanique ou chimique Au XVIII° siècle, les scientifiques s'interrogent sur le mécanisme de la digestion. Une des théories de l'époque est celle de Giovanni Borelli (1608-1672) pour qui la digestion serait un phénomène purement mécanique : les aliments seraient simplement broyés dans le tube digestif et finissent par y pourrir. Une seconde théorie est alors émise, les aliments sont rendus liquides par des substances chimiques sécrétées par les organes.

EXPÉRIENCE DE RÉAUMUR EN 1752 Réaumur observe : Pelote de réjection de buse variable © Didier COLLIN Le scientifique français Réné-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) étudie la digestion sur des rapaces qui sont des oiseaux dont la particularité est de rejeter sous forme de pelote les parties de leurs proies qu'ils ne digèrent pas (plumes, os, poils…)

Voici le récit d'une de ses expériences : Réaumur expérimente : « Je plaçais dans un gros tube en fer blanc ouvert aux deux bouts, un morceau de viande. Le tube ainsi garni fut donné à une buse pour son premier déjeuner. Ce ne fut que le lendemain que je trouvais le tube qu'elle venait de rendre : il avait toute sa rondeur, on ne découvrait sur sa surface extérieure aucune trace de frottements. Quelle hypothèse va-t-il confirmer ? Réaumur analyse les résultats : Le morceau de viande avait été réduit peut-être au quart de son premier volume ; ce qui en restait était couvert par une espèce de bouillie venue probablement de celles de ses parties qui avaient été dissoutes. » Réaumur interprète les résultats

travaux de Réaumur sur la digestion. EXPÉRIENCE DE SPALLANZANI EN 1783 Lazzaro Spallanzani (1729-1799), abbé et professeur d'histoire naturelle à l'université de Pavie, reprend les travaux de Réaumur sur la digestion. Il émet l'hypothèse que la digestion est un phénomène purement chimique : les aliments seraient rendus liquides par des substances chimiques sécrétées par les organes.

L’ hypothèse est-elle confirmée ? Après avoir récupéré un peu de liquide contenu dans son estomac, il réalise l'expérience suivante : « Je fis entrer dans un tube en verre(…); je mis avec ce suc quelques brins de chair (…). Je le plaçais dans un fourneau où on éprouvait à peu près la chaleur de mon estomac; j'y mis aussi un tube semblable avec une quantité d'eau qui était la même que celle du suc gastrique pour me servir de terme de comparaison.(…). Voici les éléments que j'observais : la chair qui était dans le suc gastrique commença à se défaire avant 12 heures et elle continua insensiblement jusqu'à ce qu'au bout de 35 heures, elle avait perdu toute consistance (…). Il n'en fut pas de même dans le tube où j'avais mis de l'eau (…) : la plus grande partie des fibres charnues plongées dans l'eau étaient encore entières au bout du troisième jour. » Expérience de Spallanzani C’est la première expérience « in vitro » Sans oublier le témoin Analyse des résultats L’ hypothèse est-elle confirmée ?

EXPÉRIENCES DE BEAUMONT EN 1822 Au début du XIXème siècle, un accident a fait progresser les connaissances sur la digestion : un trappeur canadien, Alexis Saint Martin, avait été blessé par un coup de fusil et son estomac laissait échapper de la nourriture par un orifice ouvert vers l'extérieur. Pourtant le trappeur survécut.

Au bout de quelques heures, la viande s'était dissoute. Sa plaie cicatrisa par soudure des bords du trou de l'estomac avec ceux du trou de la peau mais on pouvait voir le contenu de son estomac. Un médecin, William Beaumont, réalisa que c'était un formidable sujet d'expériences. Il prit ainsi directement du suc ( = liquide) de l'estomac , le mit dans un tube avec un morceau de viande. Il ferma le tube et le plaça dans une casserole pleine d'eau à 37°C. Au bout de quelques heures, la viande s'était dissoute. Il confirma ainsi que la dégradation des aliments dans l'estomac est un processus chimique.

Claude Bernard (1813-1878) compléta les travaux sur la digestion (dans les années 1840-1850) en montrant qu’elle ne se limite pas à l'estomac mais continue dans l'intestin.

Évolution des connaissances au cours du temps : Histoire des Sciences Évolution des connaissances au cours du temps : D'après les "anciens" quel phénomène expliquait la transformation des aliments ? 2.1 Les anciens pensaient que la digestion était un phénomène mécanique. Quelles observations de Réaumur sont à l'origine d'une nouvelle théorie et d'expériences en 1752 ? 2.2 À la suite de l’observation des pelotes de réjection, Réaumur émet l’hypothèse que la digestion est un phénomène chimique.

2.3 Spallanzani en 1783 a fait la première expérience «in vitro» En quelle année la première expérience "in vitro" (dans le verre) sur la digestion a-t-elle été réalisée ? 2.3 Spallanzani en 1783 a fait la première expérience «in vitro» Comment l’hypothèse d’une digestion chimique a-t-elle été définitivement confirmée ? 2.4 Beaumont a pu observer la digestion «in vivo» sur un trappeur blessé et confirme la nature chimique de la digestion. Qui a démontré que la digestion se prolongeait dans l'intestin? 2.5 Claude Bernard dans les années 1840-1850 démontre que la digestion se poursuit dans l'intestin.

La digestion, une transformation des aliments. Pour mettre en évidence les transformations chimiques nous utilisons des indicateurs colorés. Principe d’un indicateur coloré : il change de couleur en présence d’une molécule donnée. Nous allons prendre comme exemple la digestion de l'amidon en sucre simple. L’eau iodée est un colorant spécifique de l’amidon : Sans amidon, l’eau iodée a une coloration orangée. En présence d’amidon, l’eau iodée a une coloration violette.

l’eau iodée Eau iodée Eau iodée en présence d’amidon en absence d’amidon

Pour le vérifier expérimentalement, Si l'amidon est transformé au cours de la digestion alors on ne doit plus en trouver à la fin de la digestion. Pour le vérifier expérimentalement, la coloration à l'eau iodée en début d'expérience sera violet foncé (présence d'amidon) et à la fin de l'expérience, la coloration sera orangée (absence d'amidon).

Testons l'hypothèse des anciens: la digestion est-elle mécanique ?

Le découpage est mécanique Hypothèse : Comment simuler l'action des dents : Le découpage est mécanique En broyant avec un mortier

Pain non broyé Coloration à l’eau iodée Pain broyé La coloration est la même pour le pain broyé que pour le pain non broyé, on en déduit : le pain broyé contient autant d’amidon que le pain non broyé.

violet violet Il y a de l’amidon Il y a de l’amidon Conclusion : Expérience : Résultats : Interprétation : (Coloration) (il y a ou non de l'amidon) Protocole : Prendre un morceau de pain. Verser quelques gouttes d'eau iodée, notez la coloration : Broyer le morceau de pain. Il y a de l’amidon violet Il y a de l’amidon violet Conclusion : Le découpage mécanique existe grâce aux dents et aux contractions de l’estomac mais n’explique pas la transformation.

Testons la deuxième hypothèse : la digestion est chimique. Observation: Dans la bouche les glandes salivaires sécrètent la salive. Hypothèse : La salive contient une substance chimique qui digère l’amidon. Implication de l’hypothèse : Si la salive digère l’amidon alors on ne doit plus trouver d’amidon en fin d’expérience.

Les glandes salivaires La salive contient de l’eau, du mucus et des protéines. L’une d’elles est l’amylase salivaire.

Expérience : Protocole : Remplir un tube à essai d’empois d’amidon, c’est le “tube expérimental”. Tester à l’eau iodée quelques gouttes d’empois d’amidon. Au temps t=0, mélanger l’empois d’amidon et quelques gouttes d’amylase salivaire. Mettre le tube expérimental dans le bain-marie à 37°C. Toutes les 5 minutes prélever quelques gouttes du tube expérimental et tester à l’eau iodée. Noter et interpréter le résultat.

Témoin : Réfléchir sur le protocole expérimental : Remplir un tube à essai d’empois d’amidon (sans salive), c’est le “tube témoin”. Le mettre à 37°C. Le tester à l’eau iodée à la fin de l’expérience. Réfléchir sur le protocole expérimental : Quel est le rôle du tube témoin ? 2.7 Le témoin montre que la réaction n’est pas spontanée.

Pourquoi met-on les tubes à 37°C ? 2.8 37°C est la température du corps. Quelles sont les conséquences vérifiables de l’expérience ? 2.9 La coloration de l’eau iodée doit changer : s’il n’y a plus d’amidon, en fin d’expérience, on doit obtenir une coloration jaune orangé.

Expérience de l’action de l’amylase salivaire sur l’amidon Au temps t=0, mélanger l’empois d’amidon et quelques gouttes d’amylase salivaire. Toutes les 5 minutes prélever quelques gouttes du tube expérimental et tester à l’eau iodée.

2.10 Le résultat est la couleur Résultats : 2.10 Le résultat est la couleur t=0 t=5mn t=10mn t=15mn t=20mn témoin

2.12 L’amylase salivaire a transformé l’amidon Résultats : le résultat est la couleur t=0 t=5mn t=10mn t=15mn t=20mn témoin Il y a de l’amidon Il y a de l’amidon Il n’y a plus d’amidon De moins en moins Interprétation des résultats : 2.11 l’interprétation est : il y a ou non de l’amidon Conclusion : 2.12 L’amylase salivaire a transformé l’amidon

Interprétation du changement progressif de couleur de l’eau iodée amylase amidon

Sucres simples+amylase Amidon+eau+amylase Amidon+eau Sucres simples+amylase Amidon+eau

La digestion des protéines

Interprétation de l’action des protéases sur les protéines : Une protéine Des protéases Des acides aminés

2.13 Une enzyme digestive est une molécule qui découpe Approfondissement : L'amylase salivaire est une ENZYME. Elle découpe l'amidon en glucides simples. Une enzyme digestive est : 2.13 Une enzyme digestive est une molécule qui découpe les aliments en nutriments.

La digestion est la simplification chimique des aliments complexes Généralisation Les sucs digestifs contiennent des enzymes qui digèrent les substances organiques complexes en substances organiques simples. La digestion est la simplification chimique des aliments complexes en nutriments : glucose, acides aminés, acides gras. Vitamines, eau et sels minéraux sont aussi des nutriments. Les substances non digérées (non simplifiées) formeront les excréments.

Pour tous ces repas on obtient Variété de l’alimentation Pour tous ces repas on obtient en fin de digestion: glucose acides aminés acides gras vitamines eau sels minéraux