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Nutrition et énergie cellulaire
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Fiche Brevet SVT — Nutrition, digestion et énergie cellulaire
Thème 3 — De l'aliment à l'énergie utilisable par les cellules
Ce thème au brevet : les sujets portent souvent sur l'exploitation de données liées à l'effort physique (consommation d'O₂, de glucose, fréquence cardiaque), sur l'analyse d'expériences de digestion in vitro (action des enzymes), ou sur le lien entre alimentation et santé. Le fil conducteur à garder en tête : aliment → digestion → nutriment → sang → cellule → énergie.
1. La respiration cellulaire : la réaction centrale
Le principe
Chaque cellule de notre corps est une « usine miniature » qui a besoin d'énergie pour fonctionner : se diviser, se contracter (cellule musculaire), transmettre un message (cellule nerveuse), synthétiser des molécules… Cette énergie est produite par une réaction chimique qui se déroule à l'intérieur de chaque cellule : la respiration cellulaire.
L'équation à connaître
| Ce qui entre (réactifs) | Ce qui sort (produits) |
|---|---|
| Glucose (nutriment, C₆H₁₂O₆) | CO₂ (dioxyde de carbone → déchet éliminé par les poumons) |
| O₂ (dioxygène) | H₂O (eau → déchet) |
| Énergie (utilisée par la cellule) |
Les points essentiels
- La respiration cellulaire se produit dans toutes les cellules de tous les êtres vivants (animaux ET végétaux), jour et nuit
- Elle se déroule dans des organites appelés mitochondries
- Elle consomme du glucose et de l'O₂, et produit du CO₂, de l'eau et de l'énergie
Ne pas confondre : la respiration cellulaire (réaction chimique dans les cellules) ≠ la ventilation pulmonaire (mouvements respiratoires : inspiration/expiration). La ventilation sert à approvisionner les cellules en O₂ et à évacuer le CO₂, mais la vraie « respiration » au sens biologique se passe dans les cellules.
2. L'approvisionnement des cellules
Le rôle du sang : le transporteur universel
Chez les animaux, les cellules ne sont pas directement en contact avec l'extérieur. C'est le sang qui joue le rôle de transporteur entre les organes d'approvisionnement et les cellules :
| Substance | D'où elle vient | Où elle va | Rôle |
|---|---|---|---|
| O₂ (dioxygène) | Poumons (échanges gazeux au niveau des alvéoles) | Cellules | Réactif de la respiration cellulaire |
| Glucose (nutriment) | Intestin grêle (absorption après digestion) | Cellules | « Carburant » pour produire de l'énergie |
| CO₂ (déchet) | Cellules (produit par la respiration cellulaire) | Poumons | Éliminé lors de l'expiration |
| Urée et autres déchets | Cellules | Reins | Éliminés dans l'urine |
Les échanges au niveau des capillaires
Les échanges entre le sang et les cellules se font au niveau des capillaires sanguins — des vaisseaux extrêmement fins (diamètre : ~8 µm, juste assez pour qu'un globule rouge passe). Leur paroi très mince permet le passage des substances par diffusion.
Le lien avec l'effort physique
Lors d'un effort, les cellules musculaires consomment davantage de glucose et d'O₂ pour produire plus d'énergie. L'organisme s'adapte :
| Paramètre | Au repos | Pendant l'effort | Explication |
|---|---|---|---|
| Fréquence cardiaque | ~70 bpm | Jusqu'à 200 bpm | Le cœur bat plus vite pour envoyer plus de sang aux muscles |
| Fréquence respiratoire | ~15/min | Jusqu'à 40-50/min | Les poumons ventilent plus pour capter plus d'O₂ et rejeter plus de CO₂ |
| Débit sanguin vers les muscles | Faible | Très élevé | Le sang est redistribué en priorité vers les muscles actifs |
| Consommation de glucose | Faible | Élevée | Les muscles brûlent plus de glucose pour produire l'énergie nécessaire |
Réflexe brevet : quand le sujet porte sur l'effort physique, le correcteur attend que tu relies les données (fréquence cardiaque, consommation d'O₂…) au besoin accru d'énergie des cellules musculaires et à la respiration cellulaire. La formule : les muscles ont besoin de plus d'énergie → ils consomment plus de glucose et d'O₂ → le cœur et les poumons s'adaptent pour augmenter l'approvisionnement.
3. Des aliments aux nutriments : la digestion
Aliment ≠ nutriment
Un aliment est ce que tu manges (pain, viande, fruit). Il contient de grosses molécules complexes que l'organisme ne peut pas utiliser directement. Un nutriment est une molécule suffisamment petite pour traverser la paroi de l'intestin et passer dans le sang.
La digestion est la transformation progressive des aliments en nutriments tout au long du tube digestif.
| Aliment | Grosse molécule contenue | Nutriment obtenu | Utilité pour l'organisme |
|---|---|---|---|
| Pain, pâtes, riz, pommes de terre | Amidon (glucide complexe) | Glucose | Principal « carburant » des cellules |
| Viande, poisson, œuf, lentilles | Protéines | Acides aminés | Construction et réparation des cellules |
| Beurre, huile, noix | Lipides (graisses) | Acides gras + glycérol | Réserve d'énergie, constitution des membranes cellulaires |
La digestion mécanique et chimique
La digestion combine deux actions :
| Type | Où | Comment | Résultat |
|---|---|---|---|
| Mécanique | Bouche (mastication), estomac (brassage) | Les aliments sont broyés, mélangés, réduits en bouillie | Les morceaux deviennent plus petits → les enzymes ont plus de surface d'action |
| Chimique | Tout le tube digestif | Les enzymes (contenues dans les sucs digestifs) découpent les grosses molécules en nutriments | Les grosses molécules deviennent des petites molécules utilisables |
Les enzymes digestives
Une enzyme est une molécule (protéine) produite par l'organisme qui découpe spécifiquement une grosse molécule en petits nutriments. Chaque enzyme n'agit que sur un seul type de molécule — on dit qu'elle est spécifique.
| Enzyme | Contenue dans | Agit sur | Produit |
|---|---|---|---|
| Amylase | Salive (bouche) + suc pancréatique (intestin) | Amidon | Glucose |
| Pepsine | Suc gastrique (estomac) | Protéines | Peptides → puis acides aminés (dans l'intestin) |
| Lipase | Suc pancréatique (intestin) | Lipides | Acides gras + glycérol |
Le trajet de la digestion
| Organe | Action principale |
|---|---|
| Bouche | Mastication (mécanique) + amylase salivaire (chimique : début de la digestion de l'amidon) |
| Œsophage | Transport du bol alimentaire vers l'estomac |
| Estomac | Brassage (mécanique) + pepsine dans le suc gastrique acide (chimique : début de la digestion des protéines) |
| Intestin grêle | Digestion chimique complète (suc pancréatique : amylase, lipase, peptidases) + absorption des nutriments |
| Gros intestin (côlon) | Absorption de l'eau, formation des selles |
L'essentiel : la digestion chimique est progressive — elle commence dans la bouche et se termine dans l'intestin grêle. Mais c'est dans l'intestin grêle que la majorité de la digestion chimique ET de l'absorption se produisent.
4. L'absorption intestinale
Le passage des nutriments dans le sang
Une fois les nutriments formés dans l'intestin grêle, ils traversent la paroi intestinale pour rejoindre le sang. C'est l'absorption intestinale.
Pourquoi l'intestin grêle est-il si efficace ?
L'intestin grêle mesure 6 à 7 mètres de long. Mais son vrai secret, c'est sa surface d'absorption colossale : environ 200 m² (la taille d'un terrain de tennis !). Cette surface est multipliée grâce à trois niveaux de replis :
| Niveau | Description | Échelle |
|---|---|---|
| Replis de la paroi | Plis visibles à l'œil nu à l'intérieur de l'intestin | Quelques cm |
| Villosités intestinales | Petites excroissances en forme de doigts recouvrant chaque repli | ~1 mm |
| Microvillosités | Minuscules prolongements à la surface de chaque cellule de villosité | ~1 µm |
Chaque villosité contient un réseau dense de capillaires sanguins → les nutriments n'ont qu'une très faible distance à parcourir pour passer dans le sang.
Ce qu'il faut retenir : l'intestin grêle est adapté à l'absorption grâce à une grande surface (3 niveaux de replis → 200 m²), une paroi très fine (une seule couche de cellules) et un réseau dense de capillaires.
5. La photosynthèse : la nutrition des végétaux
Le principe
Les végétaux n'ont pas besoin de manger d'autres êtres vivants. Ils produisent leur propre matière organique (glucose) grâce à la photosynthèse — une réaction qui utilise l'énergie lumineuse.
L'équation
| Ce qui entre | Ce qui sort |
|---|---|
| CO₂ (absorbé par les feuilles, via les stomates) | Glucose (matière organique = nourriture de la plante) |
| Eau (absorbée par les racines) | O₂ (rejeté dans l'atmosphère) |
| Énergie lumineuse (soleil) |
Les points essentiels
- Se déroule dans les chloroplastes (organites contenant la chlorophylle, pigment vert)
- Ne se produit qu'en présence de lumière (le jour)
- La photosynthèse est la réaction inverse de la respiration cellulaire
- Les végétaux font les deux : photosynthèse le jour + respiration cellulaire jour et nuit
Producteurs primaires
Les végétaux sont appelés producteurs primaires parce qu'ils produisent de la matière organique à partir de matière minérale (CO₂, eau, sels minéraux). Ils sont à la base de toutes les chaînes alimentaires.
6. Le bilan : de l'aliment à l'énergie cellulaire
Voici le trajet complet, de l'assiette à la cellule :
Aliment (pain, viande…) → Digestion (enzymes dans le tube digestif) → Nutriments (glucose, acides aminés, acides gras) → Absorption intestinale (passage dans le sang au niveau de l'intestin grêle) → Transport par le sang (vers toutes les cellules) → Respiration cellulaire dans les cellules (glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + énergie)
Ce trajet est continu : si un maillon manque (pas assez de nourriture, problème de digestion, anémie…), les cellules manquent d'énergie.
7. Ce qui tombe au brevet — Pièges et réflexes
Les types de documents fréquents
| Document | Ce qu'on te demande |
|---|---|
| Graphique O₂ consommé / CO₂ rejeté pendant l'effort | Décrire l'évolution, relier à la respiration cellulaire, expliquer l'adaptation de l'organisme |
| Expérience de digestion in vitro (amylase + amidon à 37°C) | Interpréter : l'enzyme découpe l'amidon en glucose. Le témoin sans enzyme montre que la transformation est chimique, pas mécanique. |
| Schéma de villosité intestinale | Identifier les adaptations à l'absorption (grande surface, paroi fine, capillaires) |
| Tableau nutritionnel d'aliments | Comparer les apports, relier aux besoins des cellules |
| Données fréquence cardiaque / respiratoire | Montrer l'adaptation à l'effort → relier au besoin accru des cellules musculaires |
Les pièges fréquents
| Piège | Correction |
|---|---|
| Confondre respiration cellulaire et ventilation pulmonaire | La respiration cellulaire est une réaction chimique dans les cellules. La ventilation est le mouvement d'air dans les poumons. |
| Confondre aliment et nutriment | L'aliment est ce qu'on mange (grosse molécule). Le nutriment est le résultat de la digestion (petite molécule qui passe dans le sang). |
| Dire que les enzymes « transforment » les aliments | Les enzymes découpent les grosses molécules en petites. Elles ne créent rien de nouveau, elles fragmentent. |
| Oublier la spécificité des enzymes | Chaque enzyme n'agit que sur un seul type de molécule : l'amylase sur l'amidon, la pepsine sur les protéines, etc. |
| Dire que les végétaux ne respirent pas | Les végétaux font la photosynthèse ET la respiration cellulaire. La photosynthèse = le jour. La respiration = jour et nuit. |
| Oublier de relier l'effort physique à la respiration cellulaire | Le cœur qui bat plus vite n'est pas la réponse finale. C'est la conséquence du besoin accru d'énergie des cellules musculaires. |
La formulation type
Pour un sujet sur l'effort physique : « Pendant l'effort, les cellules musculaires ont besoin de plus d'énergie. Or, l'énergie est produite par la respiration cellulaire, qui consomme du glucose et du dioxygène. L'organisme s'adapte : le cœur bat plus vite pour envoyer plus de sang (donc plus de glucose et d'O₂) aux muscles, et la fréquence respiratoire augmente pour capter plus d'O₂ et rejeter plus de CO₂. »
Pour un sujet sur la digestion : « D'après le document, on observe que [la grosse molécule X] est progressivement transformée en [nutriment Y] en présence de [enzyme Z]. Cela confirme que les enzymes digestives découpent spécifiquement les grosses molécules alimentaires en nutriments assimilables par l'organisme. »
Fiche produite à partir des cours KlarIA SVT 3ème (chapitres 4 et 9) — klaria.net
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