Fiche explicative de la leçon: Enzymes digestives Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à expliquer l’action et l’importance des enzymes digestives.

Les enzymes sont des protéines qui ont un large éventail de fonctions utiles dans les organismes vivants. La nourriture que nous mangeons contient certaines enzymes, mais la plupart des enzymes dont nous avons besoin sont produites par notre corps lui-même. Les scientifiques se sont inspirés des enzymes digestives des êtres vivants pour produire toutes sortes de produits, tels que des détergents, qui utilisent ces protéines fantastiques. Si vous voyez le mot bio sur votre détergent, cela signifie qu’il contient des enzymes qui décomposent les graisses et les huiles sur vos vêtements pour les nettoyer.

Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui accélèrent la vitesse des réactions biologiques sans être épuisés. Ils y parviennent en abaissant l’énergie d’activation requise pour qu’une réaction se produise. Cela signifie que plus de réactions chimiques peuvent se produire sur une durée définie que sans l’enzyme, qui augmente la vitesse de réaction. Vous pouvez voir sur la figure 1 que l’énergie nécessaire pour qu’une réaction se produise est beaucoup plus élevée sans enzyme qu’avec l’enzyme. Imaginez que cette réaction se produise des milliers de fois, et vous comprendrez pourquoi il est énergétiquement avantageux d’utiliser une enzyme dans des réactions biologiques.

Chaque enzyme a un site actif de forme spécifique différente. Cela est dû au fait que chaque type d’enzyme est complémentaire à une molécule particulière qui s’y lie, appelée le substrat, comme le montre la figure 2 ci-dessous. On l’appelle parfois le modèle de la serrure et de la clé, car il existe un substrat spécifique complémentaire au site actif d’une enzyme particulière, un peu comme une clé spécifique est complémentaire à une serrure particulière.

Comme nous pouvons le voir sur la figure 2, lorsque le substrat se lie au site actif de l’enzyme, alors toute la structure est appelée complexe enzyme-substrat. Après que l’enzyme a terminé son travail, elle libère les molécules (qui sont maintenant appelées produits) de son site actif. Par conséquent, le site actif se libère pour que d’autres molécules de substrat s’y lient. Lors des réactions chimiques, les enzymes ne sont pas épuisées, ce qui signifie qu’elles peuvent continuer à catalyser les réactions même après plusieurs réactions.

Selon leur type, les enzymes peuvent soit décomposer de grandes molécules, dans un processus appelé digestion, soit former des molécules biologiques plus grandes à partir de sous-unités plus petites. La digestion est essentielle dans le corps humain, car c’est ainsi que nous transformons les grandes molécules des aliments que nous mangeons en une forme suffisamment petite pour être absorbée par le sang. Le sang transporte ensuite ces nutriments plus petits vers les cellules du corps, qui les utilisent pour synthétiser un large éventail de glucides, de lipides et de protéines.

Étant donné que cette fiche explicative se concentre sur les enzymes digestives, nous allons d’abord examiner la composition des différentes grandes molécules biologiques impliquées dans la digestion sur la figure 3, avant de voir quelles enzymes peuvent être utilisées pour les décomposer. Les enzymes impliquées dans la digestion chez l’homme sont utilisées pour convertir de grandes macromolécules biologiques, illustrées à droite sur la figure 3, en sous-unités plus petites, à gauche.

Le terme polymère est un terme général pour une molécule à longue chaîne, telle que les molécules biologiques illustrées à droite de la figure 3. Ces molécules sont généralement composées de molécules plus petites appelées monomères, reliées entre elles par des liaisons chimiques.

Vous pouvez voir sur la figure 3 que les polymères de glucides sont des longues chaînes de monomères de sucres simples. L’amidon est un exemple de polymère de glucide composé de nombreuses molécules de glucose liées. Les bananes sont riches en amidon et, plus elles sont mûres, plus elles sont sucrées, car les molécules d’amidon qu’elles contiennent se décomposent en sucres plus petits.

Les protéines sont des polymères composés de différents monomères d’acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. Environ 20 acides aminés composent les protéines dans le corps humain, et ils peuvent être arrangés dans différentes combinaisons pour former une large gamme de différents polymères de protéines.

Les lipides sont des macromolécules constituées de sous-unités de glycérol et d’acides gras. Un exemple de graisse est la molécule de triglycéride représentée sur la figure 3, qui consiste en une molécule de glycerol et trois queues d’acides gras. Tout comme les glucides et les protéines, il existe de nombreuses graisses différentes formées par différents agencements de glycérol et d’acides gras.

Le fait que les enzymes ou les groupes d’enzymes finissent souvent par -ase est une bonne façon de reconnaître une enzyme. Vous pouvez parfois identifier quel polymère ces enzymes décomposent en regardant le début de leur nom. Par exemple, les protéases décomposent les protéines et les lipases décomposent les lipides.

Cependant, faites attention, car toutes les enzymes ne se terminent pas par -ase et n’ont pas non plus le substrat sur lequel elles agissent dans leur nom. Par exemple, l’amylase, représentée sur la figure 4, décompose l’amidon en maltose, qui est ensuite décomposé en glucose par une autre enzyme appelée maltase. La figure 4 montre une amylase, une protéase et une lipase en train de décomposer leurs substrats (polymères) spécifiques.

Exemple 2: Expliquer comment les enzymes facilitent la digestion

Quel énoncé parmi les suivants explique le mieux comment les enzymes facilitent la digestion ? 

1. Les enzymes sont libérées par la vésicule biliaire pour neutraliser l’acide gastrique.
2. Les enzymes régulent le pH du système digestif pour s’assurer qu’il reste optimal.
3. Les enzymes ralentissent la digestion, de sorte qu’elle n’exige pas trop d’énergie.
4. Les enzymes décomposent les grandes molécules alimentaires complexes en molécules plus petites qui peuvent être absorbées.
5. Les enzymes libèrent de l’énergie pour aider les processus physiques de digestion, tels que la mastication.

Réponse

Nous devons faire attention aux questions qui demandent la meilleure explication. En effet, même si ce sont des questions à choix multiples, elles ne sont pas évidentes car plus d’une réponse peuvent techniquement sembler correctes.

Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui abaissent l’énergie d’activation nécessaire pour qu’une réaction se produise. Cela signifie que plus de réactions chimiques peuvent se produire sur une durée définie, donc les enzymes augmentent la vitesse de réaction. Un des rôles typiques des enzymes est de décomposer les grands polymères en monomères plus petits. On trouve de nombreux exemples de cela dans le système digestif humain. Par exemple, les protéases décomposent les protéines dans les aliments en acides aminés plus petits. Cela permet à ces molécules plus petites d’être plus facilement absorbées du tube digestif vers la circulation sanguine. Le sang livre ensuite ces petites molécules aux cellules du corps qui en ont besoin.

La digestion mécanique est le processus par lequel les aliments sont physiquement écrasés en parties plus petites pour augmenter la surface disponible pour les enzymes. Cela signifie que ces enzymes peuvent digérer plus efficacement les nutriments présents dans les aliments. La digestion mécanique est effectuée par des organes tels que les dents et l’estomac qui écrasent la nourriture. Les enzymes n’ont aucun effet sur la régulation du pH ou la neutralisation des acides, bien qu’elles soient plus efficaces à des valeurs spécifiques de pH et de température optimaux.

Notre réponse correcte est donc que les enzymes décomposent les grandes molécules alimentaires complexes en molécules plus petites qui peuvent être absorbées.

Exemple 3: Identifier les enzymes, leurs substrats et leurs produits

Complétez le tableau pour indiquer l’enzyme, le substrat et le(s) produit(s) corrects.

Enzyme	Substrat	Produit
protéase	protéines	1
2	amidon	glucose
lipase	3	glycérol et acides gras

Réponse

Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui abaissent l’énergie d’activation nécessaire pour qu’une réaction se produise. Cela signifie que plus de réactions peuvent se produire sur une durée définie, donc les enzymes augmentent la vitesse de réaction.

Chaque enzyme a un site actif de forme spécifique différente. En effet, chaque type d’enzyme est complémentaire à une molécule particulière qui s’y lie, appelée le substrat. Lorsque l’enzyme catalyse la réaction, elle libère des produits de son site actif, comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessous.

Certaines enzymes peuvent décomposer les grandes macromolécules (substrats) en sous-unités plus petites. On en trouve de nombreux exemples dans le système digestif humain, où les grandes macromolécules des aliments se lient aux sites actifs spécifiques et complémentaires de leur enzyme spécifique. Les petites sous-unités produites (produits) sont ensuite libérées du site actif de l’enzyme pour être absorbées par la circulation sanguine.

Les protéases décomposent les protéines des aliments en acides aminés plus petits. Les lipases décomposent les lipides en glycérol et en acides gras. Les amylases décomposent l’amidon en maltose, qui est ensuite décomposé en monomères de glucose.

Nos réponses correctes sont donc les suivantes : 

1. acides aminés
2. amylase
3. lipides

Voyons où ces différentes enzymes sont produites et où elles agissent.

La majorité de la digestion chimique de molécules utilisant des enzymes se produit dans l’intestin grêle, et la majorité des enzymes impliquées dans le processus de digestion dans le corps humain sont produites par le pancréas. Le pancréas est relié à l’intestin grêle, dans lequel il sécrète des amylases, des lipases et une protéase appelée trypsinogène. Le trypsinogène est transformé en sa forme active, la trypsine, par une autre enzyme appelée entérokinase, qui est sécrétée par l’intestin grêle. Le pancréas est appelé organe accessoire car, bien qu’il soit essentiel à la digestion, la nourriture ne le traverse pas ; il se trouve juste derrière l’estomac.

La figure 5 montre les positions des principaux organes du système digestif, avec les sites de production et d’action de chaque enzyme selon un code couleur.

L’amylase, qui décompose l’amidon en maltose (qui est ensuite décomposé en glucose), est produite par les glandes salivaires et le pancréas. Elle agit dans la bouche, qui est connectée aux glandes salivaires, et dans l’intestin grêle. Ceci est illustré en vert sur la figure 5.

Les lipases, qui décomposent les lipides en glycérol et en acides gras, sont produites dans le pancréas et agissent dans l’intestin grêle. Les lipases sont indiquées en orange sur la figure 5.

Les protéases, qui décomposent les protéines en polypeptides, peptides ou acides aminés, sont produites dans le pancréas, l’intestin grêle ou l’estomac et agissent dans l’intestin grêle et l’estomac. Ceci est illustré en rose sur la figure 5.

La pepsine est un exemple de protéase qui agit dans l’estomac pour décomposer les protéines en unités plus petites appelées peptides. La pepsine est l’une des très rares enzymes qui peuvent survivre dans l’estomac, qui est rempli d’acide chlorhydrique sécrété par la muqueuse de l’estomac dans le suc gastrique pour protéger le reste du système digestif contre les micro-organismes pathogènes. Par conséquent, la pepsine a un pH optimal très bas (1,5–2,5) pour pouvoir fonctionner efficacement dans ces conditions acides. En fait, le pepsinogène est sécrété par la muqueuse de l’estomac et n’est activé et transformé en pepsine que dans les conditions acides qui sont fournies par l’acide chlorhydrique.

Un autre exemple de protéase est la trypsine, qui, comme mentionné précédemment, est produite par la conversion du trypsinogène par l’entérokinase dans l’intestin grêle. La trypsine continue le travail de la pepsine, en décomposant les peptides et les polypeptides en sous-unités d’acides aminés. Son pH optimal (9) est relativement plus élevé que celui de la pepsine. Ces conditions alcalines sont fournies dans l’intestin grêle par des sécrétions de suc pancréatique, qui contiennent du bicarbonate de sodium et neutralisent l’acidité de toute matière qui pénètre dans l’intestin grêle par l’estomac. Le tableau 1 compare ces deux protéases.

Le tableau 2 ci-dessous récapitule les substrats, les produits et les sites de production et d’action de chaque groupe enzymatique.

Exemple 4: Identifier la source des enzymes digestives

Ce schéma montre un aperçu du système digestif humain. Le pancréas produit et libère une grande quantité d’enzymes digestives. Quel numéro indique le pancréas sur le schéma ? 

Réponse

Lorsque les aliments traversent le système digestif par la bouche et l’œsophage, ils entrent d’abord dans l’estomac (1), puis dans l’intestin grêle (5), avant de passer vers le gros intestin (3) puis de sortir du corps.

Les enzymes digestives comprennent les protéases, les lipases et les amylases (un type d’enzyme décomposant les glucides). Ces trois enzymes sont produites par le pancréas. La nourriture ne passe pas par le pancréas. Par conséquent, le pancréas est décrit comme un organe accessoire et est plus facile à repérer, étant un organe que la nourriture ne traverse pas directement, mais qui est quand même essentiel au processus de digestion. Il se trouve juste derrière l’estomac (2).

Le pancréas injecte les trois principales enzymes digestives à l’entrée de l’intestin grêle, où elles peuvent agir pour décomposer les grandes molécules alimentaires en nutriments plus petits pour être absorbés par la circulation sanguine.

Le foie est aussi un organe accessoire, mais il est beaucoup plus grand que le pancréas et un autre petit organe (la vésicule biliaire) y est attaché (4).

Le schéma ci-dessous montre les organes correctement annotés.

Par conséquent, le numéro indiquant le pancréas sur le schéma original est 2.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.