Séquence 1. Glycémie et diabète. Sommaire

Transcription

1 Séquence 1 Glycémie et diabète Sommaire 1. Prérequis 2. La régulation de la glycémie 3. Le diabète 4. Synthè se 5. Glossaire 6. Exercices Exercices d apprentissage du chapitre 2 Exercices d apprentissage du chapitre 3 1

2 1 Prérequis Les exercices proposés dans les chapitres nommés Prérequis mobilisent du vocabulaire, des connaissances et des notions scientifiques étudiés en classe de seconde ou de première. Leur maîtrise est nécessaire à la compréhension de la séquence. Si, après correction des exercices, certains points demeurent mal compris et certains termes scientifiques imparfaitement maîtrisés, il est conseillé de se reporter aux séquences correspondantes des classes antérieures. Exercice 1 Exercice 2 Exercice 3 Exercice 4 Exercice 5 Préciser le rôle du glucose dans la cellule Réaliser un schéma d expérience Préciser le rôle de l eau iodée et de la liqueur de Fehling Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation Tester ses connaissances à propos de la relation entre la mutation d un gène, la structure et la fonction d une protéine Exercice 1 Préciser le rôle du glucose dans la cellule Un chercheur prépare deux tubes contenant chacun une solution contenant de l eau et du glucose à 1g.L 1. Il met en culture 1 g de levures dans chaque tube. Il place un agitateur dans un des deux tubes pour bien oxygéner l eau, l autre tube n a pas d agitateur. Il mesure la production et la consommation de substances dans les deux tubes au bout de 120 minutes. Milieu oxygéné Milieu non oxygéné O 2 consommé 1,07 g 0,1 g CO 2 dégagé 1,47 g 0,44 g Glucose consommé 1 g 1 g Éthanol produit 0 g 0,46 g Il observe au cours de l expérience l évolution de la population de levures dans chacun des tubes. 3

3 Schéma de l observation microscopique des deux cultures Mettre en relation les conditions de culture, les mesures des différentes substances, les résultats de l observation microscopique et des comptages. Expliquer la différence observée en indiquant les phénomènes mis en évidence dans les deux cultures. Exercice 2 Réaliser un schéma d expérience Une expérience simple permet de montrer que des échanges de dioxyde de carbone s effectuent très facilement entre l air et l eau. On remplit à peu près au quart de son volume un erlenmeyer avec de l eau bouillie (l eau bouillie ne contient plus de gaz dissous). On place dans cette eau une sonde électronique qui nous permet de suivre au cours du temps l évolution de la concentration en dioxyde de carbone (CO 2 ) dans les conditions expérimentales suivantes : À t0 : on enrichit l air de l erlenmeyer en y expirant plusieurs fois puis on rebouche le récipient. À t1 : on suspend sous le bouchon un sac de gaze contenant des pastilles de potasse dont le rôle est d absorber le CO 2 de l air du récipient. Schématiser le montage à t0 et à t1. 4

4 Exercice 3 Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation La pression artérielle est la pression du sang dans les artères, elle varie rythmiquement entre un maximal (pression systolique) et un minimal (pression diastolique). Une trop forte tension (hypertension) et une trop faible tension (hypotension) sont dangereuses pour l organisme. La régulation des variations de la pression artérielle est assurée par une boucle nerveuse réflexe. Tentons de nous souvenir de la boucle nerveuse de régulation de la pression artérielle vue en seconde. La pression artérielle dépend de différents paramètres dont la fréquence cardiaque. Le cœur est un organe qui possède des éléments qui déclenchent ses propres contractions : c est l automatisme cardiaque. Dans l organisme, la fréquence cardiaque n est pas constante, elle peut être modulée par voie nerveuse. Le cœur est relié par voies nerveuses au bulbe rachidien par deux nerfs : le nerf parasympathique et le nerf sympathique. (Voir schéma ci-dessous.) Bulbe rachidien Nerf sympathique Nerf parasympathique Cœur On active l un ou l autre des deux nerfs, les variations de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle sont résumées dans le tableau du document 1. Document 1 Résultats des différentes expériences réalisées sur les nerfs sympathiques et parasympathiques Activité des nerfs Fréquence cardiaque Pression artérielle Nerf parasympathique Nerf sympathique Nerf parasympathique Nerf sympathique Augmentation Diminution 5

5 Après analyse des résultats, indiquer quel nerf est appelé «nerf cardioaccélérateur» et quel nerf est appelé «nerf modérateur» et dire comment varie la pression artérielle par rapport à la fréquence cardiaque. Les barorécepteurs sont sensibles à la pression artérielle, ils sont localisés au niveau de la crosse aortique et des sinus carotidiens. Ces barorécepteurs sont reliés au bulbe rachidien par les nerfs de Héring et de Cyon. (Voir document 2.) Document 2 Schéma du trajet des nerfs de Héring et de Cyon Sens de circulation du message nerveux En ligaturant au-dessus ou en dessous des sinus carotidiens, on augmente ou on diminue la pression au niveau des barorécepteurs. On réalise ces deux types d expériences et on mesure la fréquence cardiaque. (Voir document 3.) Document 3 Modification locale de la pression sanguine dans les sinus carotidiens pour chaque niveau de ligature 6

6 Fréquence cardiaque Modification de la fréquence cardiaque de l animal dans chaque cas Fréquence cardiaque A : pose de la ligature B : suppression de la ligature A B Temps A B Temps Après analyse des résultats, indiquer l effet d une augmentation de pression au niveau du sinus carotidien sur la fréquence cardiaque et l effet d une diminution de pression au niveau du sinus carotidien sur la fréquence cardiaque. À partir des réponses aux questions et et des vos connaissances, compléter le schéma fonctionnel ci-dessous (document 4) de façon à voir la conséquence du stimulus de départ qui est ici une augmentation de pression artérielle au niveau des barorécepteurs en utilisant les termes suivants : activité nerveuse intense (2 fois), diminution de la fréquence cardiaque, récepteurs stimulés, activité nerveuse faible, diminution de la pression artérielle. Document 4 Schéma fonctionnel de la boucle nerveuse de la régulation de la pression artérielle AUGMENTATION de la valeur de la pression artérielle barorécepteur aortiques barorécepteur sinusiens nerfs de Héring nerfs de Cyon bulbe rachidien nerfs sympathiques COEUR nerfs parasympathiques 7

7 Construire le même type de schéma fonctionnel pour une diminution de pression artérielle comme stimulus. Bilan La boucle nerveuse de régulation de la pression artérielle, comme toutes les boucles de régulation, fait intervenir différents organes que l on peut classer : ce sont les capteurs, le centre nerveux intégrateur, les effecteurs et des voies nerveuses reliant ces trois éléments. Indiquer en face de chaque catégorie le nom de (ou des) l organe(s) mis en jeu dans cette boucle nerveuse de régulation : Capteurs Voies nerveuses sensitives Centre nerveux intégrateur Voies nerveuses motrices Effecteurs Exercice 4 Tester ses connaissances à propos de la relation entre la mutation d un gène, la structure et la fonction d une protéine La mucoviscidose est une maladie génétique autosomique récessive, c est-à-dire que l allèle responsable de cette maladie est récessif. À l aide des documents 1, 2 et 3 ci-après, montrer la relation que l on peut établir entre la mutation d un gène, la structure et la fonction de la protéine CFTR. Document 1 Le gène CFTR et la protéine CFTR Chez une personne saine : Séquence partielle de nucléotides (position 1516 à 1530) ATC ATC TTT GGT GTT Séquence partielle d acides aminés (position 506 à 510) isoleucine - isoleucine - phénylalanine - glycine - valine Gène CFTR Chez une personne malade : Séquence partielle de nucléotides (position 1516 à 1527) ATC ATC GGT GTT Séquence partielle d acides aminés (position 506 à 509) isoleucine - isoleucine - glycine - valine Chromosome 7 8

8 Document 2 L organisation de l épithélium pulmonaire et le rôle de la protéine CFTR L épithélium pulmonaire est constitué de cellules épithéliales et de cellules glandulaires sécrétant un mucus fluide dont le rôle est de protéger les voies respiratoires. La protéine CFTR est une protéine membranaire localisée au niveau des cellules épithéliales. Elle est responsable d un flux d ions Chlorure (Cl-) permettant la fluidité du mucus. tissus conjonctif cellule épithéliales milieu intracellulaire membrane cellulaire flux d ions Chlorure glande sécrétant le mucus protéine CFTR mucus fluide contenant quelques particules aériennes Les protéines CFTR sont synthétisées dans le cytoplasme des cellules épithéliales, migrent vers la membrane et s intègrent à celle-ci. Chez un sujet atteint de mucoviscidose, les protéines CFTR synthétisées sont reconnues comme anormales et sont rapidement détruites. Elles ne participent pas à la formation de canaux d ions chlorures. Document 3 Les symptômes respiratoires de la mucoviscidose Les bronches et les bronchioles sont encombrées d un épais mucus difficile à évacuer. Les capacités respiratoires sont fortement diminuées. Les infections bactériennes sont fréquentes et les réactions immunitaires se mettent en place pour détruire les bactéries qui se développent dans le mucus. Ces réactions provoquent la destruction du tissu pulmonaire. cellule épithéliales tissus conjonctif air PAS DE PROTÉINE CFTR cellule du système immunitaire glande sécrétant le mucus mucus épais avec débris cellulaires nombreuses bactéries 9

9 2 La A régulation de la glycémie Pour débuter L analyse de sang est un examen fréquemment demandé par les médecins. Selon les troubles observés, il sera effectué une numération globulaire, c est-à-dire un comptage des différentes cellules sanguines, ou bien un dosage de certaines substances dans le plasma (partie liquide du sang). Parmi de nombreuses substances, le glucose est une molécule glucidique dont le dosage est souvent demandé. On appelle «glycémie» la concentration de glucose dans le plasma en g.l 1 ou en mmol.ml 1. Analysons un résultat de prise de sang (Recenser, extraire et organiser des informations) Quelle est la glycémie chez cette personne? Quelles sont les valeurs de référence? À votre avis, que signifient ces valeurs? Expliquer l équivalence entre 1,16 g.l 1 et 6,44 mmol.l 1. Au vu des symptômes cliniques en cas d hypoglycémie ou d hyperglycémie, justifier l affirmation : «La glycémie est un paramètre qui doit être régulé par notre organisme.» 10

10 Les symptômes cliniques pour des cas d hypoglycémie (glycémie inférieure à 0,7g.L 1 ) et d hyperglycémie (glycémie supérieure à 1,2g.L 1 ) (Raisonner) Définition Symptômes cliniques Hypoglycémie Glycémie inférieure à 0,7 g.l-1 À court terme : Maux de tête Faim Irritabilité Tremblements des membres Sueurs Fatigue Troubles visuels Coma Hyperglycémie Glycémie supérieure à 1,2 g.l-1 À court terme : Soif intense Fatigue Miction importante À long terme*: Athérosclérose Microlésions des vaisseaux sanguins de la rétine, des reins et des nerfs Mort * Voir les remarques dans la correction. Les objectifs Au cours de cette étude, nous tenterons de répondre aux problématiques : Comment l organisme s approvisionne-t-il en glucose? Comment la glycémie d une personne est-t-elle régulée? 11

11 B Cours 1. L approvisionnement de l organisme en glucose Rappel de 5 e Extrait du Bulletin officiel : «Les organes utilisent en permanence les nutriments qui proviennent de la digestion des aliments. La transformation de la plupart des aliments consommés en nutriments s effectue dans le tube digestif sous l action d enzymes digestives. Les nutriments passent dans le sang au niveau de l intestin grêle.» Exemple : l amidon (C 6 H 10 O 5 ) n + n H 2 O + n H 2 O n C 6 H 12 O 6 glucose Approfondissons nos connaissances sur la digestion et intéressonsnous aux caractéristiques de la simplification moléculaire au cours de la digestion par les enzymes. a) Les caractéristiques de l activité enzymatique Activité 1 Comprendre l action d une enzyme digestive sur un aliment (Recenser, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Chez de nombreux individus, un morceau de pain longuement mastiqué laisse, au bout de quelques minutes, un goût sucré dans la bouche. Une transformation chimique a lieu : les molécules d amidon du pain ont été digérées (transformées) en molécules plus petites, le maltose, à l origine du goût sucré. Cette transformation est une hydrolyse (hydro = eau ; lyse = destruction), c est-à-dire une décomposition de la molécule d amidon avec apport d eau. La salive est le suc digestif qui permet cette digestion. 12

12 Pourtant, chez d autres individus, le goût sucré n apparaît pas. L hydrolyse de l amidon en maltose ne se fait pas. Pour comprendre cette différence, l analyse de la salive des deux groupes d individus est réalisée : Document 1a Composition chimique de la salive de différentes personnes Individus chez lesquels le goût sucré apparaît Individus chez lesquels le goût sucré n apparaît pas Eau 97 à 99,5 % 97 à 99,5 % Ions Substances organiques Sodium, chlorures, phosphate, bicarbonates, potassium Amylase, mucine, lysozyme, immunoglobulines, autres protéines Sodium, chlorures, phosphate, bicarbonates, potassium Mucine, lysozyme, immunoglobulines, autres protéines Aide 1 Aide 2 Document 1b Proposer le nom de la substance responsable de l hydrolyse de l amidon dans la bouche. Sachant que l hydrolyse de l amidon peut se faire aussi sous l action de l acide chlorhydrique, imaginer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence les caractéristiques des deux types d hydrolyse. Penser aux expériences témoins. Penser à préciser les conditions de l expérience. Les deux types d hydrolyses ont été réalisées (documents 1b et 1c). Après avoir schématisé chacune des expériences et interprété les résultats, déterminer les caractéristiques de l activité enzymatique. Expérience de l hydrolyse acide de l amidon Protocole Étape 1 : 20 tubes à essai (numérotés de 1 à 20) contiennent chacun 5 ml d empois d amidon (amidon en solution) à 5 et 1 ml d HCl N/2. Deux tubes appelés T1 et T2 sont les tubes témoins qui contiennent chacun 5 ml d empois d amidon. Étape 2 : Ces tubes sont placés au bain-marie à 85 C. Étape 3 : Toutes les dix minutes, on fait deux prélèvements : un test testé à l eau iodée (tubes 1 à 10) et l autre à la liqueur de Fehling (tubes 11 à 20). T1 et T2 sont testés respectivement à l eau iodée et à la liqueur de Fehling à la fin de l expérience au bout de 100 minutes. 13

13 Document 1c Expérience de l hydrolyse de l amidon par l amylase Deux séries de tests sont réalisées : Première série de tests Protocole Étape 1 : Trois tubes à essais T1, T2 et T3 contenant chacun 10mL d empois d amidon sont placés au bain-marie à 37 C. Étape 2 : Dans T1, on ajoute 1 ml d eau distillée, c est le tube témoin ; dans T2, on ajoute 1 ml d amylase bouillie et dans T3, on ajoute 1 ml d amylase «fraîche». Étape 3 : Immédiatement, puis toutes les 3 minutes, on effectue un prélèvement avec une pipette d une à deux gouttes de solution dans chacun des tubes et on le place dans un puits d un plateau de coloration puis on ajoute 2 gouttes d eau iodée. Deuxième série de tests Protocole Étape 1 : Dans le tube 3, on place à nouveau 5 ml d empois d amidon. Un prélèvement du tube 3 est de suite testé à l eau iodée. Étape 2 : On réalise 5 minutes plus tard un test à l eau iodée et un test à la liqueur de Fehling. Aide 1 Aide 2 Aide 3 Le schéma d une expérience doit être réalisé à la règle. Les différentes parties du schéma sont correctement et précisément annotées. Les flèches d annotation sont tirées à la règle allant du mot vers l objet ciblé. Interpréter les résultats signifie expliquer les résultats, c est-à-dire indiquer pourquoi la coloration d un réactif a changé ou n a pas changé. Pour pouvoir déterminer les caractéristiques de l activité enzymatique, il faut comparer les résultats des deux expériences et faire un bilan. Résumer les caractéristiques des enzymes digestives mises en évidence en généralisant celles de l amylase et vérifier que ces caractéristiques correspondent bien avec celles d un biocatalyseur en lisant la définition dans le glossaire. À retenir Les enzymes sont des molécules qui accélèrent la vitesse des réactions biologiques sans être modifiées à une température de 37 C. On parle de «biocatalyseurs». L amidon est ainsi progressivement transformé en glucose sous l action de l amylase à 37 C. 14

14 b) La spécificité enzymatique et les conditions d action des enzymes Activité 2 Découvrir la spécificité enzymatique et les conditions d action des enzymes (Pratiquer une démarche scientifique, utiliser les modes de représentation des sciences expérimentales, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) L hydrolyse de l amidon commence dans la bouche au moment de la mastication sous l action de l amylase salivaire. La mastication est rapide, l hydrolyse est partielle. Cette hydrolyse se poursuit-elle dans l estomac, où le ph est très acide? Le suc gastrique de l estomac contient une autre enzyme appelée la pepsine. La pepsine hydrolyse-t-elle l amidon dans les conditions qui règnent dans l estomac? Imaginer et schématiser le protocole expérimental qui permettrait de voir si la pepsine agit sur l amidon. On réalise alors l expérience suivante, dont le tableau ci-dessous présente le protocole et les résultats : Document 2a Protocole et résultats Tube Contenu du tube au début de l expérience Température en C ph Résultat du test à l eau iodée au bout de 10 minutes 1 Empois d amidon 37 7 positif 2 Empois d amidon + amylase 37 7 négatif 3 Empois d amidon + pepsine 37 2 positif 4 Empois d amidon + pepsine 37 7 positif 5 Empois d amidon + amylase 37 2 positif Indiquer ce que signifie un résultat positif à l eau iodée et un résultat négatif. 15

15 Àpartir de l analyse des résultats, répondre aux deux questions de la problématique. Justifier la réponse. Aide 1 Aide 2 Comparer les expériences 2 et 5 pour répondre à la question : «L hydrolyse de l amidon par l amylase se poursuit-elle dans l estomac où le ph est très acide?» Les résultats de l expérience 3 permettent de répondre à la question : «La pepsine hydrolyse-t-elle l amidon dans les conditions qui règnent dans l estomac?» On mesure l activité enzymatique en fonction du ph pour plusieurs enzymes : la pepsine (E1), l amylase salivaire (E2) et la trypsine (E3). Le graphique ci-dessous présente les résultats : Document 2b Pourcentage d activité enzymatique en fonction du ph Pourcentage d activité enzymatique ph E1 E2 E3 Indiquer ce que nous apprend cette étude à propos de l influence du ph sur l activité enzymatique. Bilan Définir la notion de spécificité enzymatique et de conditions optimales des biocatalyseurs. À retenir Les enzymes sont des biocatalyseurs qui présentent une spécificité de substrat : elles agissent sur une seule molécule appelée «substrat» et dans des conditions très précises de ph (et de température). Les enzymes présentent également une spécificité d action c est-à-dire qu elles ne réalisent qu un type de réaction chimique. c) Cinétique et aspect moléculaire de la spécificité enzymatique. Le schéma ci-après (document 2c) illustre le devenir des molécules de glucose issues de la digestion des aliments glucidiques. Dans l intes- 16

16 tin grêle, les aliments glucidiques appelés «sucres lents» comme l amidon sont entièrement hydrolysés en glucose (1). Les molécules de glucose en contact avec des replis intestinaux tapissés de villosités (2) traversent la paroi intestinale (3). C est l absorption intestinale. Le glucose se retrouve dans le sang des capillaires sanguins quittant l intestin qui se rejoignent en formant la veine porte hépatique. Document 2c Devenir des molécules de glucose issues de la digestion Sang quittant l intestin 1 Sang arrivant à l intestin Repli intestinal 2 Nombreux capillaires sanguins 3 Une villosité Sang arrivant à l intestin Sang quittant l intestin Observation d une villosité intestinale Nombreux capillaires sanguins Observation d un repli intestinal Chaque repli intestinal est tapissé de très nombreuses villosités. Trajet du glucose issu de la digestion des aliments glucidiques En période de digestion, l apport de glucose est important ; en période de jeun, il est inexistant. L hypoglycémie et l hyperglycémie peuvent conduire à la mort. Comment l organisme gère-t-il sa glycémie? 2. La glycémie, un paramètre qui doit être régulé Activité 3 Mettre en évidence la régulation de la glycémie (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, formuler une hypothèse) On mesure la glycémie chez une personne en bonne santé au cours d une journée. Le graphique ci-dessous indique les résultats obtenus. 17

17 Document 3a Mesure de la glycémie d une personne au cours d une journée 1,3 1,2 Glycémie en g.l 1 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0, Temps en heures Repas Activité physique Aide 1 Indiquer comment varie la glycémie à chaque repas. À partir de vos connaissances, expliquer cette variation. Indiquer comment varie la glycémie au cours d une activité sportive. Émettre une hypothèse permettant d expliquer cette variation. On mesure la glycémie à l entrée et à la sortie d un muscle chez un chien au repos et en activité. Document 3b Glycémie chez un chien 1 0,9 0,8 Glycémie en g.l 1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 muscle au repos muscle en activité sang entrant dans le muscle sang sortant du muscle 18

18 Aide 2 Document 3c Rappel du cours de seconde. Bilan de la respiration et de la fermentation cellulaire Présence d O 2 dans le milieu extracellulaire Cytoplasme Membrane plasmique Synthèse Respiration Noyau Fermentation Synthèse Absence d O2 dans le milieu extracellulaire CO 2 O 2 Glucose éthanol énergie Au cours de la journée, qu observe-t-on après chaque augmentation de la glycémie? Et après chaque diminution? Que suggèrent ces faibles variations de la glycémie? Pour cet individu, la «valeur de consigne» de la glycémie est de 0,9 g/l. Indiquer la définition qui peut être donnée au terme «valeur de consigne»? À retenir La glycémie est maintenue autour d une valeur de consigne dont la valeur est comprise entre 0,9 et 1,1 g.l 1 grâce à un système de régulation qui, à chaque augmentation de la glycémie, tend à diminuer la glycémie et qui, à chaque diminution de la glycémie, tend à augmenter la glycémie. Ainsi, la glycémie varie peu. 19

19 Tentons de répondre à présent aux questions suivantes : Quels organes participent au système de régulation de la glycémie? Comment ces organes communiquent-ils pour réagir à chaque augmentation ou à chaque diminution de la glycémie? a) Les organes effecteurs de la régulation de la glycémie Activité 4 Découvrir les organes effecteurs de la régulation de la glycémie et leur rôle respectif (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Un ensemble de techniques, dont l utilisation de marquage radioactif (au carbone 14 et au tritium 3), permet de préciser le devenir d une quantité de glucose ingérée. Document 4a Radioactivité mesurée dans différents organes Sang et lymphe* 5% Foie 55% Tissu adipeux 11% Muscles 18% Le document ci-contre indique la radioactivité mesurée dans différents organes deux heures après ingestion de glucose radioactif en pourcentage de la quantité ingérée. * La radioactivité dans le sang et la lymphe correspond au glucose qui circule à une concentration voisine de la valeur de consigne. Indiquer le nom des organes qui semblent jouer un rôle dans la régulation de la glycémie. Le foie et son rôle dans la régulation de la glycémie Organe volumineux, le foie pèse 1,5 kg chez l homme adulte. C est la plus grosse glande de l organisme. De forme ovoïde, il se situe sous le 20

20 diaphragme. Le foie assure un certain nombre de fonctions essentielles de l organisme. Pour bien localiser cet organe, on peut pratiquer la dissection d une souris. Document 4b Dissection d une souris (Vue générale) Diaphragme Foie Intestin Document 4c Dissection d une souris (Vue plus précise de la cavité abdominale) Foie Intestin Il est très richement vascularisé, ce qui lui confère cette couleur rouge foncé. Pas moins d un litre et demi de sang traverse cet organe chaque minute chez l Homme. Sa vascularisation est mixte, c est-à-dire qu il reçoit du sang qui provient de la circulation générale par l artère hépatique (sang oxygéné) et du sang qui provient de l intestin par la veine porte hépatique. 21

21 Document 4d La vascularisation mixte du foie veine sus-hépatique artère aorte foie réseau de capillaires sanguins artère hépatique veine porte-hépatique intestin artère mésentérique Quel est le rôle du foie dans la régulation de la glycémie? Expérience historique de Claude Bernard Considéré comme le créateur de la médecine expérimentale, Claude Bernard ( ) est aussi l un des physiologistes les plus remarquables du XIX e siècle. Il est un grand théoricien de la médecine car il l établira sur des bases scientifiques. Claude Bernard travaille sur la digestion des aliments. Il écrit : «Pour suivre les transformations des matières sucrées alimentaires dans l organisme, je pris des chiens qui, étant omnivores, se prêtent plus facilement à un régime déterminé. Je les divisai en deux catégories, donnant aux uns et aux autres la même alimentation, sauf une substance, le sucre : Les uns recevaient de la viande cuite seule, les autres de la viande additionnée de sucre. J ouvris l un des chiens soumis au régime avec addition de sucre : je trouvai du sucre dans l intestin, j en trouvai dans le sang*. (Remarque : Ce résultat n avait rien que de prévu puisque l animal avait mangé du sucre). Je fis la même épreuve sur un chien soumis au régime exclusif de la viande cuite. Je ne fus pas médiocrement étonné de rencontrer chez lui, comme chez le premier, du sucre en abondance dans le sang, quoique je n en pusse déceler aucune trace dans l intestin (il n a donc effectivement pas ingéré de sucre). Je répétai l expérience de toutes les manières ; toujours le résultat se présenta le même : du sucre en aval du foie, dans les vaisseaux sushépatiques, [ ] D où provenait ce sucre? * Le sucre ainsi appelé par Claude Bernard présent dans le sang est le glucose. 22

22 Claude Bernard poursuit son étude et essaie de trouver d où vient le glucose présent dans les veines sus-hépatiques du chien alors que celui-ci n a pas avalé de «sucre». Il réalise alors la célèbre expérience du foie lavé en 1855 : «J ai choisi un chien adulte, vigoureux et bien portant, qui, depuis plusieurs jours, était nourri de viande ; je le sacrifiai 7 heures après un repas copieux de tripes. Aussitôt, le foie fut enlevé, et cet organe fut soumis à un lavage continu par la veine porte. J abandonnai dans un vase ce foie à température ambiante et, revenu 24 heures après, je constatai que cet organe que j avais laissé la veille complètement vide de sucre s en trouvait pourvu abondamment.» Mise en évidence d un autre rôle du foie Après avoir étudié les documents 4e et 4f suivants, indiquer quel est le second rôle du foie. La digestion des aliments glucidiques sucres lents produit du glucose qui pénètre dans le sang au niveau intestinal. L intestin reçoit du sang par l artère mésentérique. Le sang issu de l intestin arrive au foie par la veine porte hépatique, traverse le foie puis rejoint la circulation générale. (Voir schéma de la vascularisation du foie.) Document 4e Des mesures de glycémie sont réalisées à l entrée et à la sortie de l intestin et du foie en période de jeûne d une part et après un repas d autre part. En période de jeûne Après un repas Lieu du dosage Entrée Sortie Entrée Sortie Intestin 0,8* 0,8** 1,1* 2,5** Foie 0,8** 1,1*** 2,5** 1,3*** * Le dosage est effectué dans l artère mésentérique. ** Le dosage est effectué dans la veine porte hépatique. *** Le dosage est effectué dans la veine sus-hépatique. Document 4f Aide Observation microscopique d hépatocytes (cellules du foie) de lapin colorés à l eau iodée après un repas L eau iodée colore en brun le glycogène (polymère du glucose). 23

23 À retenir Le foie est un organe capable de libérer du glucose à partir d une molécule de réserve appelée glycogène ((C 6 H 10 O 5 )n). Cette fonction appelée la glycogénolyse peut s écrire globalement : (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O n C 6 H 12 O 6 Glycogénolyse + H 2 O À retenir Le foie est aussi capable de stocker le glucose sous forme de glycogène. Cette fonction, appelée la glycogénogenèse, peut s écrire globalement : n C 6 H 12 O 6 (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O Glycogénogenèse + H 2 O Glycogène + eau Rôle des muscles et du tissu adipeux Après ingestion de glucose radioactif, le pourcentage de radioactivité est aussi assez élevé dans les muscles et le tissu adipeux. Y a-t-il du glycogène dans les muscles et dans le tissu adipeux? Ces organes sont-ils capables de glycogénolyse? Recherche de la présence du glycogène dans les muscles et le tissu adipeux Protocole expérimental On broie finement du foie (référence), du muscle et du tissu adipeux avec du sable et 50 ml d eau. On verse le broyat dans un bécher et on complète à 100 ml. On fait bouillir la solution. On filtre la solution et on ajoute au filtrat une pointe de scalpel de Na 2 SO 4. Pour chaque organe, on ajoute goutte à goutte 2 ml d éthanol à 96 % à 2 ml de filtrat. La présence de glycogène est caractérisée par un précipité blanc. 24

24 Document 4g Résultats de la recherche de la présence du glycogène dans le foie, les muscles et le tissu adipeux Exprimer les résultats et répondre à la question posée : «Y a-t-il du glycogène dans les muscles? Dans le tissu adipeux?» La glycogénolyse existe-t-elle au niveau du muscle? Les cellules hépatiques comme les cellules musculaires sont capables de stocker le glucose sous forme de glycogène. En cas de besoin, ces réserves de glucose peuvent être de nouveau mobilisées après hydrolyse du glycogène dans les cellules hépatiques. À partir des documents 4h et 4i ci-dessous, indiquer si les cellules musculaires peuvent, elles aussi, libérer du glucose dans le sang (milieu extracellulaire). Justifier la réponse. Document 4h Hydrolyse du glycogène et exportation du glucose dans le sang au niveau d un hépatocyte Le glucose 6-phosphate(G6P), contrairement au glucose, ne peut pas traverser la membrane plasmique des cellules. noyau Membrane cellulaire glycogène E 1 E 2 + Groupement phosphate Glucose 6-phosphate cytoplasme glucose E 1 et E 2 sont des enzymes 25