Activité.3 : Les oligoéléments

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1 1L : Alimentation et environnement A Qu est-ce qu un oligo-élément? Activité.3 : Les oligoéléments L organisme humain a besoin d une vingtaine de minéraux qui doivent être apportés régulièrement par l alimentation pour compenser les pertes journalières (urines, selles, transpiration ) ou pour satisfaire des besoins augmentés dans certaines situations physiologiques (croissance osseuse, grossesse, allaitement, menstruation ). Les minéraux et oligo-éléments, sont indispensables au bon fonctionnement de l organisme : ils interviennent dans de nombreux processus biologiques, soit comme constituants (exemple : calcium et os), soit comme cofacteurs dans divers métabolismes (ex : fer et hémoglobine pour le transport de l oxygène). Certains de ces éléments sont nécessaires dans des quantités de l ordre du gramme (exemple : calcium), ce sont des macroéléments, d autres dans des quantités de l ordre de quelques milligrammes (exemple : le fer) : ce sont les oligoéléments. Tous doivent être apportés par une alimentation équilibrée car l organisme ne peut pas les synthétiser. En France, les situations de carence sont heureusement assez rarement observées et concernent toujours un élément particulier dans une région précise. Exemple : l iode dans les Alpes. Le goitre y était endémique, il y a cent cinquante ans, et ce problème est résolu depuis que la nourriture de cette population ne provient plus uniquement de ce qui est cultivé sur place. Par contre, d après plusieurs études, des déficiences d apports sont rencontrées assez fréquemment. Celles-ci n engendrent pas de maladies graves mais peuvent être à l origine de fatigue, baisse d appétit, d une moindre résistance aux infections Il est donc nécessaire d avoir des apports quotidiens suffisants, les besoins étant variables suivant l âge, le sexe. Masse des éléments minéraux dans un corps humain de masse 70 kg MACROELEMENTS 3% OLIGOELEMENTS Masse > 5g Masse < 5 g Elément Masse (g) Elément Masse (g) Calcium 1050 Fer 3 Phosphore 700 Zinc 2 Potassium 245 Brome 2 Soufre 210 Cuivre 0.1 Sodium 105 Manganèse 0.02 Chlore 105 Cobalt Magnésium 35 Silicium Iode 9.8 Chrome Fluor 6.3 Etain Arsenic Vanadium Molybdène Remarque : Les oligoéléments se présentent dans le corps humain sous forme d ions (Fe 2+, Zn 2+, Cu 2+, Ca 2+ ) Questions : 1. Quelle différence y a-t-il entre macroéléments et oligoéléments? 2. Les macro éléments représentent 3% de la masse totale d un corps humain de 70 kg, combien représentent les oligoéléments? 3. Notre organisme est-il capable de synthétiser les oligo-éléments? Que cela implique-t-il? 4. Comment appelle-t-on les maladies dues à un manque d oligoéléments? Conclusion : Les oligo-éléments sont des éléments minéraux nécessaires, en vivants. Leur peut entraîner des maladies graves. quantité, au fonctionnement des organismes 1L : Alimentation et environnement 1/6

2 B Des oligo-éléments : Où? Combien? Pourquoi? Elément Quelques fonctions Carence Quelques sources alimentaires, toxicologie Fer Zinc Cuivre Manganèse Chrome Cobalt Composant essentiel de l'hémoglobine (transporteur d'o 2 ), permet l'apport d'o 2 aux cellules et l'évacuation du CO 2 Participe à toutes les étapes métaboliques, cicatrisation, antioxydant, indispensable à la croissance à la reproduction et au système nerveux Facilite l'absorption du fer des aliments. Concentré dans les tissus nerveux, le foie, le cœur, les reins, nécessaire au fonctionnement du système nerveux Essentiellement présent dans le foie, les reins, le pancréas et le cerveau. Participe à l'équilibre de nombreux enzymes, métabolisme des glucides. Présent dans le squelette Régulateur du taux de sucre dans le sang et contrôle le taux de cholestérol sanguin Présent dans la molécule de vitamine B12 Fatigue profonde, baisse de l'immunité, conduit à l'anémie ferriprive. Baisse des performances physiques, fatigue, irruption cutanée, inflammation, allergie, toxique à hautes doses, renouvellement plus lent des cellules, cicatrisation ralentie, Chute de l'immunité et anémie, les carences sont rares! altération du goût Retard de croissance cérébrale chez le fœtus, baisse de glycémie, troubles articulaire Sa carence intervient dans l apparition de certains types de diabète. Pas de carence connue Sélénium Sert d antioxydant Recrudescence possible de cas de cancers et d insuffisance cardiaque. *DJA : dose journalière admissible Apport quotidien : 10 à 50 mg/jour - Légumes secs (8 à 10 mg/100g) - Epinards (4 à 30 mg/100g) - Viande de bœuf (3 mg/100g) - Foie (6 à 10 mg/100g) - Vin (2 à 6 mg/100g) Apport quotidien recommandé : 15 mg/jour - Les produits de la mer (huîtres, poissons) - Le foie - Les céréales (pain complet) - Les œufs La toxicité du zinc est faible Apport quotidien recommandé :1 à 2 mg/jour - coquillages - cacao, légumes secs - foie Toxicité modérée : DJA * fixé à 0,5 mg de Cu par kg. Attention, parfois présent dans le vin ou dans certaines eaux (canalisations en cuivre) Apport quotidien : 7 mg/jour - céréales complètes - graines oléagineuses Apport quotidien recommandé : 50 à 200 µg/jour. - jaune d œuf - foie - huîtres - viande de bœuf Attention : le chrome(vi), présent dans certains rejets industriels accidentels est très toxique (cancers, modifications génétiques..) Apport quotidien : 0,1µg/jour Coquillages, champignons, lentilles, ris de veau Métal toxique Apport quotidien : 50μg/jour - produits de la mer - noix - champignons Toxique au delà de 500μg/jour 1L : Alimentation et environnement 2/6

3 Questions: 1. Quels aliments peut-on conseiller à une personne souffrant de fatigue passagère? 2. Sachant que 100g de viande de bœuf apporte 3 mg de fer, quelle quantité de viande bœuf faudrait-il manger par jour pour absorber la dose recommandée de fer? 3. Quels sont les risques encourus par une personne suivant un régime végétarien?. 4. A l aide des questions précédentes, pourquoi faut-il varier son alimentation? 5. Quels aliments peuvent être déconseillés aux personnes souffrant d insuffisance cardiaque? C Comment mettre en évidence les oligo-éléments? Les aliments contiennent des oligo-éléments en très faible quantité, ce qui suffit à satisfaire nos besoins. Pour notre santé, il faut équilibrer notre alimentation, il est donc nécessaire de mettre en évidence les oligo-éléments présents dans les aliments: Effectuer chaque test, en introduisant dans un tube à essai environ 1 cm 3 de solution contenant l ion à caractériser puis environ 1 cm 3 de réactif. Compléter le tableau ci-dessous : Ion à caractériser Solution Réactif Résultat du test cuivre Cu 2+ fer (III) Fe 3+ Sulfate de cuivre à 10-2 mol/l Sulfate de cuivre à 10-4 mol/l Chlorure de fer à 10-2 mol/l Chlorure de fer à 10-4 mol/l Soude (hydroxyde de sodium) Solution de thiocyanate de potassium Questions : 1. Peut-on toujours détecter la présence d oligo-éléments dans une solution? 2. Peut-on mettre en évidence les oligo-éléments contenus dans les aliments à l aide de ces tests? Conclusion : Avec des solutions... les tests ne sont pas... On ne peut donc pas mettre en évidence, par l intermédiaire de ces tests, la présence d oligo-éléments dans les aliments, les quantités présentes étant. D autres méthodes, plus précises doivent être utilisées. 1L : Alimentation et environnement 3/6

4 D Dosage du fer dans le vin blanc L'élément fer est naturellement présent dans le raisin et donc dans le vin. On cherche à mettre en évidence et à doser l élément fer, présent dans le vin en très faible quantité. Ce fer est sous différentes formes ioniques : à l état Fe 3+, mais aussi partiellement à l état Fe 2+. 1/ Préparation des solutions étalons A partir d une solution mère contenant 100mg d ions fer III par litre, on prépare 50mL de solutions à 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12 ; 14 et 16 mg/l. N de la solution Concentration (Fe 3+ ) (en mg/l) / Réalisation de l échelle de teintes On utilise alors 8 tubes à essais, numérotés de 1 à 8, et on verse dans le tube n k : 10mL de solution étalon préparée n k (prélevés à la pipette jaugée) 1mL de solution d acide chlorhydrique (prélevés à la seringue) 1mL de solution de thiocyanate de potassium (prélevés à la seringue) 1 ml gouttes d eau oxygénée. Agiter. On obtient ainsi 8 solutions de même volume ayant une couleur rouge de plus en plus intense, contenant des quantités connues d ions fer III. Principe de l échelle de teinte : Plus la concentration en fer. plus la couleur de la solution devient 3/ Dosage des ions fer III dans le vin Pour doser le fer présent dans un vin blanc, puisqu il est initialement légèrement coloré, on le décolore par filtration sur noir de carbone. On verse ensuite dans un 9 ème tube à essais : 10mL de vin blanc décoloré (prélevés à la pipette jaugée) 1mL de solution d acide chlorhydrique (prélevés à la seringue) 1mL de solution de thiocyanate de potassium (prélevés à la seringue) 1mL gouttes d eau oxygénée. En comparant la couleur de la solution obtenue dans ce tube avec l échelle de teinte, on constate que sa couleur est comprise entre celle du tube n et celle du tube n. Conclusion : D après la couleur obtenue pour le vin blanc, on en déduit que la concentration en Fe 3+ dans le vin blanc est... 1L : Alimentation et environnement 4/6

5 1L : Alimentation et environnement Exercices d application Les oligoéléments Exercice.1 : Lutte contre les carences L organisation mondiale de la santé (OMS) estime que 600 à 700 millions de personnes souffrent de carence en fer, les conséquences sont importantes, car le fer permet à l hémoglobine (pigment rouge du sang) de transporter correctement l oxygène à toutes les cellules du corps. Les individus végétariens peuvent présenter une carence en fer qui se traduit par une anémie, dont le principal symptôme est la fatigue. 1. Quel est l oligoélément cité dans le texte? Donner son symbole chimique. 2. Quel est son rôle dans l organisme? 3. A votre avis, pourquoi les individus végétariens ont-ils un risque de présenter une carence en fer? 4. Comment peuvent-ils y remédier? Exercice.2 : Le zinc dans l organisme Le corps d un adulte contient environ 2 à 3 g de zinc. Le zinc est un élément très utile à l organisme, il intervient dans le processus de multiplication cellulaire (croissance), il entre dans la composition de nombreuses enzymes aux actions diverses (synthèse des protéines), il permet l action de nombreuses hormones (de croissance, du goût), et il joue aussi un rôle d antioxydant puissant. On le trouve dans de nombreux aliments d origine animale. Pour un homme adulte, les besoins journaliers en zinc sont de 15 mg. 1. Quelles sont les données du texte qui indiquent que le zinc est un oligoélément? 2. Quels peuvent être les effets d une carence en zinc? 3. Donner deux exemples d aliments à consommer en cas de carence en zinc. Exercice.3 : Dosage des ions fer dans un comprimé de médicament On fait réagir les ions fer Fe 2+ contenu dans un comprimé, avec une solution violette de permanganate de potassium. On procède de la manière suivante : Voir schéma ci-dessous On écrase un comprimé que l on dissout dans 50 ml d eau distillée. On verse ces 50 ml dans un bécher. On remplit une burette grduée, en ajustant le zéro, de la solution de permanganate de potassium. On place le bécher précédent, muni d un agitateur magnétique, sous la burette. On verse progressivement la solution violette de permanganate de potassium dans le bécher, on observe que la couleur violette disparaît. 1. Complète le schéma ci-dessous en l annotant. 2. On continue de verser la solution de permanganate de potassium jusqu à ce que la coloration violette persiste. On note alors le volume de la solution de permanganate de potassium versé : V = 14 ml. Pour déduire la masse des ions fer Fe 2+ contenus dans le comprimé, on utilise la courbe d étalonnage ci-dessous, donnant la masse m des ions fer, en fonction du volume V de solution de permanganate de potassium versé. 1L : Alimentation et environnement 5/6

6 m (mg) V (ml) a) Que devient la solution violette de permanganate de potassium en présence des ions fer Fe 2+? b) A quoi correspond la persistance de la couleur violette? c) Reporter, sur la courbe d étalonnage, le volume qui correspond à ce dosage, et en déduire la masse d ions fer Fe 2+ contenus dans le comprimé. d) Le fabriquant donne l indication suivante : << Teneur en fer d un comprimé : 80 mg >>. Comparer cette indication à la valeur trouvée par le dosage et conclure. 3. On réalise à nouveau ce dosage sur le contenu d une ampoule contenant un complément alimentaire riche en fer. Le volume de la solution de permanganate de potassium versé est alors : V = 5 ml. a) En utilisant la courbe d étalonnage, déterminer la masse m de fer contenue dans l ampoule. b) Sachant que l apport journalier en fer recommandé pour une femme est de 50 mg, combien d ampoules peut-elle consommée par jour? Ion Réactif Observation Cuivre : Cu 2+ Solution d ammoniac Formation d un complexe bleu marine Zinc : Zn 2+ Solution de sulfure d ammonium Formation d un précipité blanc Fer : Fe 2+ Solution de thiocyanate de sodium Formation d un complexe coloré Exercice.4 : Dans le commerce, il existe des compléments alimentaires liquides, sous formes d ampoules, qui contiennent des <<cocktails>> d oligoéléments. Le tableau suivant rappelle quelques uns des tests de mise en évidence de quelques ions : On désire mettre en évidence les oligoéléments présents dans ces ampoules. Pour cela, on réalise les trois tests du tableau ci-dessous. On observe que : L ajout de la solution de thiocyanate de sodium n a aucun effet. L ajout d ammoniac donne un précipité bleu marine L ajout de la solution de sulfure d ammonium donne un précipité blanc. 1. Pourquoi le cuivre, le zinc et le fer sont-ils des oligoéléments? 2. D après les observations, déduire quels sont les oligoéléments présents dans l ampoule. 3. Peut-on conseiller ce complément alimentaire en cas d anémie (fatigue)? 1L : Alimentation et environnement 6/6