Feuillet d activités Travaux dirigés Chapitre 2 : La régulation de la glycémie

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1 Sciences de la vie et de la Terre Terminale S spécialité Thème 3 «glycémie et diabètes» Feuillet d activités Travaux dirigés Chapitre 2 : La régulation de la glycémie Activité 1 : La glycémie et ses variations Les cellules de l organisme puisent le glucose sanguin et l utilisent comme source d énergie. Si la consommation de certains organes (comme le cerveau) est relativement stable, celle d autres organes comme les muscles augmente fortement lors de certaines activités comme l activité musculaire. Certaines cellules comme les neurones ou les hématies sont dites glucodépendantes car elles ne sont pas capables d utiliser d autres sources d énergie. Par exemple, la consommation de glucose par le cerveau a ainsi été évalué à environ 6mg pour 100g de tissu cérébral. La glycémie peut être facilement mesurée par dosage du glucose dans le sang. Évolution journalière de la glycémie chez un individu en bonne santé Le test d hyperglycémie provoquée est un examen médical consistant à faire avaler 100g de glucose à un patient et à suivre l évolution de sa glycémie. Les 100g de glucose se retrouvent dans le sang en 30min. Le volume du milieu intérieur (sang et lymphe qui réalisent des échanges entre eux) est de 15L chez un adulte. Évolution journalière de la glycémie chez un individu en bonne santé Quelques conséquences d une variation trop importante de la glycémie Lors d un jeûne, la glycémie peut diminuer, mais si elle devient inférieure à 0,5g/L, le cerveau n est plus alimenté correctement. Différents symptômes apparaissent alors : trouble de la vue, perte de connaissance, voire coma. C est l hypoglycémie. Une hyperglycémie ne provoque pas de troubles si elle est ponctuelle. En revanche des hyperglycémies chroniques sont associées à de nombreuses pathologies liées à des dommages du système vasculaire : infarctus du myocarde, rétinopathie pouvant aller jusqu à la cécité. L hyperglycémie chronique est caractéristique du diabète. 1

2 Après avoir identifié les facteurs à l origine d une variation de la glycémie, justifiez et expliquez la notion de valeur consigne utilisée pour désigner la valeur de 1g/L pour ce paramètre physiologique. Activité 2 : le stockage du glucose dans l organisme Différentes études métaboliques ont permis de montrer que le glucose pouvait se stocker sous la forme de glycogène (macromolécule glucidique) ou de sous formes de triglycérides (molécules lipidiques). Afin d identifier les lieux de stockage du glucose et notamment pour rechercher la présence de glycogène dans un organe, on utilise le protocole suivant : - Broyer finement 20g de l organe coupé en morceaux avec du sable et 50mL d eau - Verser dans un bêcher et compléter à 100mL, puis faire bouillir pendant 2 minutes - Filtrer le mélange et ajouter une pointe de scalpel de Na 2SO 4 - Récupérer, pour chaque organe, 2mL de filtrat dans un tube à essai et ajouter goutte à goutte 2mL d éthanol à 96% En présence de glycogène, il se forme un précipité blanc à l interface entre la solution à tester et l éthanol. 2

3 Résultats obtenus : A : solution de glycogène B : eau distillée C : foie D : muscle E : rein Identifiez les organes capables d effectuer cette mise en réserve Des réserves utilisées différemment par l organisme 3

4 Indiquez les avantages et les contraintes des différents types de réserves de l organisme Activité 3 : L expérience historique de Claude Bernard 4

5 Protocole pour mettre en évidence la libération de glucose par le foie par rapport au muscle - Découper en petits fragments des morceaux de foie et de muscles sans les mélanger - Pour chaque organe et séparément, laver sous le robinet l ensemble des fragments dans une passoire jusqu à ce que l eau qui s écoule soit claire, dans le but d éliminer le sang contenu dans les vaisseaux de l organe et donc le glucose - Placer séparément chaque organe dans un bécher - Recouvrir les morceaux avec de l eau distillée - Réaliser immédiatement un test de détection du glucose (qui doit être négatif car le lavage a dû l éliminer) avec une bandelette dans chaque bécher - Laisser reposer pendant 20 minutes en agitant légèrement et de temps en temps le contenu du bécher avec l agitateur en verre - Réaliser un deuxième test de mise en évidence du glucose dans chaque bécher D après les conclusions de l activité 2 et les résultats que vous reporterez dans ce tableau, qu en déduisez-vous? T=0 T=20 minutes Bandelette glucose - MUSCLE Bandelette glucose - FOIE Activité 4 : Mise en évidence de la fonction hormonale du pancréas Des expériences réalisées entre la fin du 19 ème et le début du 20 ème siècle ont permis de mettre en évidence le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie. Une première expérience (expérience de Von Mehring en 1889) consiste en une ablation du pancréas. 5

6 Une deuxième expérience (1893 Hédon) consiste à réaliser une greffe ectopique (transplantation d un organe ou d un tissu à un emplacement non naturel) quelques heures après l ablation du pancréas au niveau du cou. On rétablit la circulation sanguine entre l animal et le greffon quelques heures avant de l interrompre. Dans une troisième expérience (1921 Bantin et Mac Leod, prix Nobel de médecine), on ligature le canal pancréatique ce qui entraine la destruction des cellules acineuses mais pas des îlots de Langerhans. Après quelques jours, on réalise un extrait pancréatique par broyage que l on injecte au chien. L effet observé est attribué à une hormone nommée insuline. Analysez ces différentes expériences pour mettre en évidence la fonction hormonale du pancréas 6

7 Activité 5 : L action des hormones pancréatiques A partir des extraits pancréatiques, on a pu isoler deux substances actives sur la glycémie : l insuline et le glucagon. L injection dans le sang d un animal de l une ou l autre ces deux substances modifie temporairement la glycémie. Par ailleurs, par la technique d immunohistochimie, il est possible de repérer, dans les îlots de Langerhans, les cellules endocrines produisant l insuline (cellules b) et le glucagon (cellules a). Cette technique utilise des anticorps qui se fixent de façon spécifique sur une de ces hormones. Ces anticorps sont ensuite colorés pour repérer leur localisation. Identifiez les cellules des îlots de Langerhans sécrétrices d insuline et de glucagon et définissez l action de ces hormones sur la glycémie. 7

8 Activité 6 : Le déclenchement de la sécrétion des hormones pancréatiques Une personne à jeun depuis 12h (et restant au repos pendant les quatre heures de l expérience) reçoit, par voie orale, une solution de glucose dosée à 45g par m 2 de sa surface corporelle. On réalise ensuite une série de prélèvements sanguins pour suivre l évolution de trois paramètres : la glycémie, le taux plasmatique d insuline (ou insulinémie) et le taux plasmatique de glucagon (ou glucagonémie). Quelles corrélations peut-on effectuer? Montrez l intérêt pour l organisme de la variation des concentrations hormonales constatées Des ilots de Langerhans de pancréas de rat sont isolés puis mis en culture dans un milieu dont on fait varier la concentration en glucose. Les quantités d insuline et e glucagon libérées dans le milieu sont régulièrement dosées. 8

9 Que montre cette expérience? 9