ANATOMIE DU SYSTÈME DIGESTIF

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1 ANATOMIE DU SYSTÈME DIGESTIF Buts Identifier les structures anatomiques et l organisation du système digestif Décrire l histologie de l intestin grêle ou petit intestin. Matériel Modèles anatomiques (système digestif) Volume de référence Microscope Lame intestin grêle Étude anatomique et microscopique 1- Étude anatomique du système digestif En vous servant du matériel à votre disposition, situez et identifiez les structures anatomiques suivantes, bouche, côlon descendant, dent, glande parotide, oropharynx, appendice, foie, glande submandibulaire, duodénum, laryngopharynx, caecum, œsophage, rectum, iléum, pancréas, glande sublinguale, anus, vésicules biliaire, intestin grêle, côlon transverse, jéjunum, estomac, gros intestin, côlon ascendant, langue, côlon sigmoïde, canal anal, glande salivaire Parmi ces organes, souligné en rouge ceux qui font partie du tube digestif et en jaune ceux que l on considère comme des organes annexes. Mettre en ordre les organes du tube digestif de l ingestion à la défécation : Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 13

2 Sur l image suivante, identifiez les différents organes? Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 14

3 Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 15

4 2- Étude microscopique des cellules de l intestin L intestin grêle, dont le principal rôle est l absorption, y est bien adapté grâce à sa structure particulière constituée de plis circulaires, de villosités intestinales et de microvillosités. Pour voir l anatomie de l intestin grêle, utilisez les sites suivants : Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 16

5 Au microscope, observez une coupe de la paroi de l intestin afin de bien observer les éléments importants de sa structure qui assure sa fonction : À divers grossissement faites un dessin détaillé des plis, villosités et microvillosité des cellules de l intestin grêle. Un peu de pratique Voici quelques petits exercices à faire dans votre Cahier d exercice : page 242 #2, page 245 # 5 et page 249 #9 Évaluation Un test théorique portant sur l anatomie et les fonctions suivra cette séance de laboratoire. Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 17

6 LA DIGESTION Buts Visualiser une réaction enzymatique simple Comprendre l importance de ce type de réaction pour l organisme humain. Matériel Cuvette Thermomètre Peroxyde d'hydrogène à 3% (100ml) Homogénat de foie de porc (10 ml) Micropipette réglée à 80 microlitres Embouts de micropipette Bouteille à réaction (2) Gros bouchon Bouchon à compte-gouttes plié Tube flexible de caoutchouc Burette de 100ml Support à burette Cylindre gradué de 10ml Bouchon avec tube Crayon gras Papier filtre Règle Pinces Ciseaux Gros bécher Chronomètre Deux solutions tamponnées (ph: 5 et 9) Théorie relative à l enzymologie Les enzymes sont des protéines globulaires qui catalysent les réactions biochimiques de la cellule. Les enzymes accélèrent donc les réactions chimiques, y prennent part activement, mais en ressortent indemnes. (voir pages 47 à 49, volume référence) La présence des enzymes est essentielle au bon fonctionnement cellulaire car ces réactions seraient trop lentes par rapport aux conditions normales de ph et de température. L enzyme est appelé holoenzyme ou hétéroenzyme est composé de deux parties importantes : 1. L apoenzyme qui est la protéine elle-même sur laquelle est fixée la partie active de l enzyme, c est à dire la partie ayant la capacité de reconnaître le substrat. 2. Le coenzyme qui est la partie reposant sur l apoenzyme. De nature non protéique, ce sont souvent des vitamines (complexe B) ou des ions minéraux (cuivre, fer, zinc). Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 18

7 L'holoenzyme doit être complet pour être efficace et le coenzyme doit être placé au bon endroit sur cet apoenzyme. On appelle substrat le ou les composés qui seront transformés par l enzyme. Ce substrat est spécifique et l action enzymatique est, elle aussi, spécifique. Ainsi, l amylase va agir sur l amidon, la lipase pancréatique sur les graisses, la pepsine sur les protéines, etc. Les composés formés par la réaction chimique sont nommés les produits. La réaction enzymatique se déroule en trois temps: 1- Le premier temps met en contact l enzyme (E) et le substrat (S). E (enzyme) + S (substrat) 2- Dans un deuxième temps, il y a formation d un complexe temporaire enzymesubstrat (E-S). L enzyme fait donc partie intégrante de la réaction. E-S (complexe enzyme-substrat) 3- Finalement, il y a séparation de l enzyme (E) et des produits (P) formés lors de la réaction. E (enzyme) + P (produits) À voir : Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 19

8 On peut en général attribuer les principes suivants aux réactions enzymatiques : 1- Le ph agit sur la vitesse des réactions enzymatiques. On pense que cette influence du ph vient du fait de la formation d ions qui favoriseraient ou nuiraient selon le cas aux réunions de l enzyme avec son substrat. Donc, chacun des enzymes aurait son ph optimum d action. Voici quelques enzymes digestives avec leur ph optimum : Pepsine de l estomac : 1.5 (substrat = protéines) Amylase salivaire : 6.8 (substrat = amidon) Amylase pancréatique : 7.2 (substrat = amidon) Trypsine du pancréas : 7.8 (substrat = peptides) 2- La température augmente la vitesse des réactions enzymatiques jusqu à obtention d une vitesse maximale qui se situe, pour les enzymes de notre corps, à environ 40 C. Après avoir dépassé une certaine température, la protéine enzymatique subit des dommages irréparables (dénaturation) et il y a inactivation irréversible de l enzyme. Souvent, on peut dire que les enzymes qui sont près de leur température d inactivation deviennent fragiles et se brisent ou se dénaturent (perdent leur niveau d organisation structurale et changent de forme) après avoir pris part à la réaction seulement une ou quelques fois. Lorsque la température s abaisse, il y a diminution de la vitesse de réaction qui peut même être complètement arrêtée. Cependant, cette inactivation de l enzyme est réversible car elle est due à un manque d énergie cinétique des molécules en présence. La congélation d un enzyme n affectera pas nécessairement son efficacité tandis que sa cuisson détruira l enzyme à coup sûr. Nous étudierons dans ce laboratoire le travail de la catalase sur la décomposition du peroxyde d hydrogène en eau et en oxygène. La réaction se résume ainsi : Peroxyde (H 2 O 2 ) + Catalase > H 2 O + O 2 + Catalase S + E --> (E-S) --> P + E Le dioxygène (O 2 ) étant un gaz, on peut en mesurer la volume à l aide d une burette et on peut, en observant et en mesurant l apparition de ce produit, découvrir la vitesse de la réaction enzymatique. Comme le dioxygène se dégage du milieu réactionnel, la réaction inverse est impossible. Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 20

9 La catalase est un enzyme des tissus animaux et végétaux dont la coenzyme contient du fer. C est un des enzymes les plus actifs découverts jusqu ici. Le foie et le sang sont des tissus qui en contiennent le plus. Son rôle serait de décomposer le peroxyde d hydrogène (H 2 O 2 ) formé par les cellules, car ce peroxyde est très toxique et brûle littéralement les tissus. Cependant, son rôle ne serait pas indispensable à la vie car il y a peu de peroxyde de former par les tissus de l organisme. Le but de ce laboratoire n est pas d expliquer le rôle de la catalase dans l organisme, mais bien d étudier son comportement en présence de peroxyde d hydrogène. L expérience met en présence l enzyme et son substrat; vous recueillerez l O 2 s échappant de la réaction à l aide d une burette et aller vérifier l effet d un changement de milieu de réaction sur l efficacité de celle-ci. Le système digestif produit différentes enzymes qui ont des substrats différents et des lieux de sécrétion et d action différent de même que des conditions variables. La figure 14.13, page 511 fait un résumé de ces notions. À voir : Semaine 1: Explication, démonstration et prise de données Formatif Semaine 2 Analyse des résultats obtenus et interprétation. (sommatif) Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 21

10 Formatif Pour bien comprendre l expérience, répondre au formatif suivant à l aide de la théorie, de votre volume de référence pages 46 à 49 et des sites web proposés 1- Définir un catalyseur : 2- Quel est le nom du catalyseur utilisé dans cette expérimentation? 3- Ce catalyseur fait partie de quel groupe de molécules organiques ou macromolécules? 4- Définir substrat? 5- Quel est le substrat de la réaction enzymatique effectuée durant cette expérimentation? Quels sont les produits? 6- Que va devenir la catalase après son action sur le peroxyde? 7- Qu est-ce que la dénaturation enzymatique et nommez deux causes possibles? 8- Quel est l effet d une variation de ph pour une enzyme, par exemple l amylase doit réagir avec son substrat dans un milieu acide (ph5)? Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 22

11 9- Quel est l effet d une variation de température sur l action d une enzyme, par exemple si une personne fait de la fièvre (40 C)? 10- Pour chacune des macromolécules suivantes, mentionnez quelle (s) enzyme(s) est ou sont responsables de leur digestion chimique dans le système digestif, à quel endroit et quelle condition particulière (acide, basique, neutre) caractérise ce lieu? a) Glucides : b) Lipides : c) Protéines : Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 23

12 Expérience 1- Avec le gros bécher, prélever du robinet de l eau à une température d environ 24 C, remplir la cuvette à dissection au 3/4 avec cette eau. Noter la température réelle 2- Découper deux morceaux de papier-filtre de 2cm x 3cm et le placer dans une bouteille à réaction propre et sèche sur l'une des faces internes, près du goulot. 3- Mélanger la solution enzymatique et avec la pipette automatique ajuster à 80µl, pipeter et essuyer l extérieur de l embout. 4- Déposer lentement la solution enzymatique sur le papier-filtre déposé dans la bouteille, jusqu à ce que toute de la solution soit absorbée, en faisant coller le papier sur la surface interne près du goulot en appuyant avec la pointe de l'embout de la pipette automatique. 5- Placer ensuite la bouteille debout, le papier-filtre doit rester coller près du goulot sans que l'enzyme donne des coulisses. 6- Verser dans le fond de la bouteille, 10ml d une des solutions de peroxyde d hydrogène (ph 5) en évitant tout contact avec le papier-filtre et mettre le bouchon en place. 7- Placer la bouteille à réaction, dans la cuvette à dissection, en prenant soin de la mettre sur le côté de manière à ce que le papier-filtre soit en haut afin d équilibrer la température des 2 systèmes. 8- Remplir la burette en position inversée en aspirant l air à l aide du tube flexible. 9- Ajuster le niveau «air eau» à 100ml. 10- Coucher délicatement la bouteille à réaction, le papier-filtre étant toujours en haut, sur le coté. 11- Placer le tube de verre, de la bouteille à réaction, sous l ouverture de la burette graduée le tout étant dans l eau. 12- Partir le chronomètre, retourner la bouteille à réaction d un demi-tour, ce qui permet le contact de l enzyme (papier-filtre) avec le substrat et déclenche la réaction enzymatique. Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 24

13 13- Prendre en note, toutes les 30 secondes, le volume d oxygène dégagé pendant 6 minutes (360 secondes). Faire la lecture des graduations sur la burette. N.B. Pour trouver le volume d'oxygène dégagé vous faites des soustractions car les lectures que vous notez sont décroissantes. Par exemple : Temps Lecture sur la burette graduée Volume d oxygène dégagé 0 (au départ) 99,0ml 30 secondes 92,0ml 99,0 ml 92,0 ml = 7,0 ml d'02 60 secondes 87,5ml 99,0 ml 87,5 ml = 12,5ml d'02 ON DOIT TOUJOURS, UTILISER LA LECTURE AU TEMPS ZERO (AU DEPART) CAR IL NOUS FAUT LE VOLUME D'OXYGENE CUMULATIF. 14- Refaire l expérience avec les solutions de peroxyde d hydrogène de ph 9. Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 25

14 Résultats Compléter le tableau suivant au cours de l expérimentation Tableau: Résultats de l effet de la variation du ph sur l action de la catalase en fonction du temps Temps (sec.) ml - hauteur H 2O (ml) ph 5 ph 9 Oxygène dégagé (ml) 100ml - hauteur H 2O (ml) Oxygène dégagé (ml) Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 26

15 Pour le prochain laboratoire faire les graphiques et calculs suivants : 1- Pour chaque ph utilisé, tracer une courbe illustrant le rapport entre le volume d'oxygène dégagé cumulatif et le temps. Les deux courbes doivent apparaître sur le même Graphique: Quantité d oxygène dégagé par l action de la catalase sur le peroxyde d hydrogène en fonction du temps pour les ph 5 et 9 oxygène (ml) Temps (minutes) 2- Pour chacune des courbes de ph, déterminer la pente, c est à dire la vitesse de réaction Vitesse de réaction= Y2 Y1 X2 X1 Tableau : Calcul de la vitesse de réaction de la catalase sur le peroxyde d hydrogène en fonction du ph Courbes ph 5 y2 y1 x2 x1 Calcul Vitesse (ml/sec) ph 9 Évaluation Pour le prochain laboratoire, veuillez compléter les tableaux, calculs et faire le graphique pour pouvoir faire l analyse de l expérience. Cette analyse des résultats sera faite au prochain laboratoire comme évaluation sommative du laboratoire. Anatomie et physiologie 2 Laboratoires 27