Fiche explicative de la leçon: Processus de digestion Biologie • Deuxième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les processus de digestion au niveau de la bouche, de l’estomac et des intestins chez l’Homme.

Le système digestif humain fonctionne sans relâche, que nous soyons éveillés ou endormis, que nous soyons debout ou même en équilibre la tête en bas ! Pour ce faire, il utilise des muscles et des substances chimiques pour digérer les aliments que nous mangeons et les dégrader en plus petits morceaux.

Le système digestif détient de nombreuses adaptations fantastiques qui lui permettent de remplir ces fonctions. Saviez-vous que la surface interne de l’intestin grêle est d’environ 250 mètres carrés, la taille d’un court de tennis ? Saviez-vous que les gargouillis (ou borborygmes) de l’estomac ont lieu parce que de la nourriture, des gaz et des liquides sont transportés dans le système digestif, et que le bruit est tout simplement plus fort quand on a faim car il n’y a pas de nourriture pour étouffer le son ? 

Dans cette fiche explicative, nous allons examiner la structure de base du système digestif humain, avant d’entrer plus en détail dans les fonctions et les adaptations de la bouche, de l’œsophage, de l’estomac, du pancréas et de l’intestin grêle.

La digestion est un processus par lequel de grosses molécules sont dégradées en molécules plus petites. C’est essentiel, car nous devons réduire les gros nutriments contenus dans les aliments que nous ingérons sous une forme suffisamment petite pour être absorbés dans la circulation sanguine. Ces grosses molécules sont dissociées en leurs plus petites sous-unités constituantes par des enzymes spécifiques au type de substrat qu’elles dégradent. Par exemple, les polymères de protéines sont dégradés par un groupe d’enzymes appelées protéases. Une fois qu’ils sont complètement dissociés, les monomères quittent le système digestif pour se diriger vers les capillaires environnants. Le sang transporte ensuite ces nutriments plus petits vers les cellules de l’organisme, qui les utilisent pour constituer une gamme variée de molécules qui seront utilisées par l’organisme.

Exemple 1: Décrire la principale fonction du système digestif

Quelle est la principale fonction du système digestif ? 

1. collecter et traiter les informations à partir de stimuli externes et internes
2. réduire les grosses molécules insolubles en molécules plus petites et solubles
3. synthétiser de grosses molécules à partir de plus petites
4. réguler le métabolisme cellulaire et la respiration
5. maintenir un environnement interne constant

Réponse

La digestion est un processus par lequel de grosses macromolécules insolubles comme les lipides sont dissociées en sous-unités plus petites. C’est essentiel, car nous devons réduire les gros nutriments contenus dans les aliments que nous ingérons sous une forme suffisamment petite pour être absorbés dans la circulation sanguine. Ces grosses molécules sont dissociées en leurs sous-unités constituantes plus petites par des enzymes spécifiques au type de substrat qu’elles dégradent.

Par exemple, les graisses (lipides) sont de grosses molécules insolubles. Elles sont dégradées par un groupe d’enzymes appelées les lipases pour former des sous-unités plus petites et solubles d’acides gras et de glycérol.

Une fois qu’elles sont dégradées, les sous-unités quittent le système digestif pour se diriger vers les chylifères environnants, qui relient l’intestin grêle au système lymphatique qui se connecte ensuite à la circulation sanguine à une jonction plus grande. Le sang transporte ensuite ces nutriments solubles vers les cellules de l’organisme qui les utilisent pour constituer une gamme variée de molécules à utiliser par l’organisme.

La fonction principale du système digestif est donc de dégrader les grandes molécules insolubles en des molécules plus petites et solubles.

Nous allons voir les deux principaux types de digestion, qui diffèrent dans la façon dont les aliments sont dégradés : la digestion chimique et la digestion mécanique.

La digestion chimique fait référence aux enzymes qui dégradent les grosses molécules nutritives.

La digestion mécanique est le processus physique de structures telles que les dents dans la bouche et les muscles de l’estomac réduisant la nourriture en plus petits morceaux. Cela permet aux enzymes de digérer plus facilement les aliments, car cela augmente la surface sur laquelle les enzymes peuvent agir. Vous pouvez voir ce processus sur la figure 1 ci-dessous.

Vous pouvez voir sur la figure 1 que la digestion mécanique, par exemple par les dents, augmente la surface du bol alimentaire (ou bolus) par rapport à son volume. Cela signifie qu’il y a une plus grande surface sur laquelle les enzymes, par exemple dans la salive, peuvent agir pour dégrader encore plus les nutriments du bol alimentaire.

Regardons maintenant la voie empruntée par les aliments lorsqu’ils entrent dans l’organisme et voyons comment les organes digestifs jouent un rôle important dans la digestion. Les principaux organes qui effectuent les processus de digestion sont illustrés à la figure 2, et la direction dans laquelle les aliments se déplacent est indiquée par des flèches bleu clair.

Vous avez peut-être remarqué que les aliments ne passent pas par tous les organes de la figure 1. Tout organe qui joue un rôle dans la digestion mais qui ne fait pas partie du tube digestif car les aliments ne le traversent pas est appelé un organe accessoire. Les principaux organes accessoires du système digestif de l’Homme sont les glandes salivaires, le pancréas, le foie et la vésicule biliaire.

Regardons le rôle de chacun de ces organes digestifs plus en détail, en commençant par l’étape buccale de la digestion.

Le mot buccale fait référence à la bouche et les principales structures impliquées sont les dents, la langue et les glandes salivaires. Les dents de l’Homme, comme vous pouvez le voir sur la figure 3, sont parfaitement adaptées pour mâcher différents types d’aliments, car les êtres humains sont omnivores et mangent à la fois des produits d’origine animale et végétale. Nos incisives à l’avant de la mâchoire coupent la nourriture, et les canines acérées adjacentes saisissent et déchirent la nourriture en plus petits morceaux. À l’arrière de la mâchoire, les prémolaires et les molaires broient les aliments pour leurs donner une plus grande surface. Ce sont tous des exemples de digestion mécanique, utilisant les muscles de la mâchoire pour rompre et broyer les aliments.

Nous considérons principalement la langue comme un outil pour goûter les aliments, mais elle joue également un rôle important dans le déplacement des aliments et aide les dents dans la digestion mécanique. Trois glandes salivaires appariées, que vous pouvez voir sur la figure 4, sécrètent de la salive dans la bouche. La salive contient du mucus pour ramollir les aliments en les rendant plus liquides, et elle contient une enzyme appelée l’amylase. L’amylase commence à catalyser la dégradation en maltose (un disaccharide) de l’amidon alimentaire (un polysaccharide), dans un procédé qui s’appelle hydrolyse. Le maltose sera ensuite dégradé par des enzymes, les maltases, en un monosaccharide appelé glucose lorsqu’il atteindra l’intestin grêle. Vous pouvez voir ce processus présenté sur la droite de la figure 4, qui représente un schéma agrandi de la salive dégradant l’amidon. L’amylase fonctionne mieux dans des conditions légèrement basiques, avec un pH d’environ 7,4.

À l’arrière de la bouche, sur la figure 4, il y a deux tubes : la trachée, qui mène aux poumons, et l’œsophage, qui mène à l’estomac. Pour empêcher que les aliments n’entrent dans la trachée et les poumons, lorsque le bolus atteint le pharynx à l’arrière de la bouche, la trachée et le larynx (boîte vocale) se soulèvent. Ceci provoque la fermeture d’un lambeau de tissu appelé épiglotte à l’arrière de la gorge, au-dessus de l’entrée de la trachée. Habituellement, l’épiglotte est ouverte, permettant aux gaz de passer de la trachée aux poumons. Sur la figure 4, l’épiglotte est fermée, de sorte qu’aucun aliment ou boisson ne puisse entrer dans la trachée, mais seulement dans l’œsophage. Si l’épiglotte n’est pas fermée, des aliments ou des boissons peuvent entrer dans les poumons et provoquer un étranglement.

Une fois que le bol alimentaire (ou bolus) est dans l’œsophage, il doit être déplacé vers l’estomac. L’œsophage est un long tube avec dans sa paroi des glandes qui sécrètent plus de mucus sur le bolus et des muscles circulaires. La figure 5 montre comment ces muscles se contractent et se relâchent de manière rythmique pour pousser le bolus de l’œsophage jusqu’à l’estomac. Ce processus est appelé péristaltisme et a lieu dans de nombreuses structures du système digestif : l’œsophage, l’estomac et les intestins. Le péristaltisme aide à déplacer les aliments et à les mélanger avec des sucs digestifs.

Voyons ensuite la digestion gastrique, qui fait référence aux processus se produisant dans l’estomac.

Lorsque le bol alimentaire s’approche de la fin de l’œsophage, il atteint un anneau musculaire épais appelé sphincter œsophagien inférieur. Le sphincter œsophagien inférieur est généralement fermé, mais il s’ouvre lorsque le bolus l’atteint, permettant aux mouvements péristaltiques de le pousser hors de l’œsophage pour qu’il entre dans l’estomac.

L’estomac est un sac musculaire capable de déplacer les aliments en utilisant le péristaltisme. Une fois que le bolus atteint l’estomac, il se mélange au suc gastrique et devient du chyme. Le suc gastrique, aussi appelé acide gastrique, se compose d’acide chlorhydrique fort et d’une substance appelée pepsinogène.

L’acide chlorhydrique aide de deux manières. Premièrement, il empêche les micro-organismes pathogènes qui pourraient avoir été ingérés de pénétrer dans le reste du système digestif ou dans la circulation sanguine. Il crée également des conditions acides qui permettent au pepsinogène sécrété par la muqueuse de l’estomac d’être activé et transformé en pepsine. Ceci est illustré dans une vue agrandie en bas à droite de la figure 6.

La pepsine est une protéase qui catalyse l’hydrolyse de son substrat protéique en polypeptides plus petits. Ces polypeptides seront finalement dégradés en acides aminés dans l’intestin grêle. Le pH optimal de la pepsine est compris entre 1,5 et 2,5, de sorte qu’elle fonctionne très efficacement dans l’environnement acide de l’estomac. Les cellules des parois de l’estomac lui-même sont protégées contre la digestion par la pepsine grâce au mucus qui tapisse l’intérieur de l’estomac.

À la base de l’estomac se trouve un autre anneau musculaire appelé le sphincter pylorique. Le sphincter pylorique est lui aussi généralement fermé, mais une contraction péristaltique le fait s’ouvrir brièvement, permettant à une partie du chyme de passer de l’estomac à la première section de l’intestin grêle : le duodénum.

La dernière partie du processus de digestion est la digestion intestinale dans l’intestin grêle. C’est dans l’intestin grêle que se produit la plus grande partie de la digestion chimique, car les protéines, les glucides et les lipides seront tous digérés par les enzymes de l’intestin grêle.

La plupart des enzymes digestives sont sécrétées par le pancréas, comme le montre la figure 7.

Le suc pancréatique entre dans l’intestin supérieur, appelé duodénum, où il se mélange au suc intestinal et à la bile. La bile est produite par le foie et est stockée dans la vésicule biliaire avant d’être sécrétée dans le duodénum par le canal biliaire, des organes qui sont également représentés sur la figure 7. La bile émulsionne les graisses, les dégradant en plus petites particules appelées gouttelettes d’émulsion. Elle fait cela car les lipides sont insolubles dans l’eau, mais les enzymes qui dégradent les graisses sont solubles dans l’eau. L’émulsion signifie qu’une plus grande surface de graisses est exposée à des enzymes qui peuvent les digérer. Ceci augmente l’efficacité de l’hydrolyse des lipides.

Exemple 3: Décrire le rôle de la bile dans la digestion intestinale

Quel est le principal rôle de la bile dans la digestion ? 

1. d’émulsionner les graisses
2. de dégrader les protéines
3. d’activer le trypsinogène
4. de catalyser l’hydrolyse des glucides

Réponse

La bile est une substance produite par le foie et stockée dans la vésicule biliaire avant d’être sécrétée dans le duodénum, la première section de l’intestin grêle. Là, elle se combine avec le suc pancréatique et le suc intestinal.

Le rôle principal de la bile est d’émulsionner les graisses (lipides), en les dégradant en particules plus petites appelées gouttelettes d’émulsion. Elle fait cela car les lipides sont insolubles dans l’eau, mais les enzymes qui dégradent les graisses sont solubles dans l’eau. L’émulsion signifie qu’une plus grande surface de graisses est exposée à des enzymes qui peuvent les digérer, comme le montre le schéma ci-dessous. Cela augmente l’efficacité de l’hydrolyse des lipides, de sorte que les lipides sont dégradés plus rapidement et plus efficacement.

Les protéases dégradent les protéines, et les carbohydrases dégradent les glucides comme l’amidon. Dans le duodénum, le trypsinogène est une enzyme inactive qui est activée en trypsine par une autre enzyme appelée l’entérokinase. La trypsine est un exemple de protéase.

Par conséquent, le rôle principal de la bile dans la digestion est d’émulsionner les graisses.

Le suc pancréatique contient du bicarbonate de sodium, une base qui neutralise le suc gastrique acide de l’estomac lorsqu’il entre dans le duodénum. Cela signifie que le pH dans le duodénum est d’environ 6, mais qu’il augmente à mesure que l’intestin grêle continue de fournir le pH optimal pour de nombreuses enzymes qui y agissent.

Le suc pancréatique contient des amylases qui catalysent l’hydrolyse des glucides en sucres simples et des lipases qui catalysent l’hydrolyse des lipides en acides gras et en glycérol. Le suc pancréatique contient également du trypsinogène. Le trypsinogène est activé lorsqu’il atteint le duodénum et entre en contact avec une enzyme appelée l’entérokinase. Ceci convertit le trypsinogène en trypsine, une protéase qui catalyse l’hydrolyse des protéines en polypeptides plus petits et au final en acides aminés.

Le suc pancréatique et la bile se mélangent avec le suc intestinal sécrété par les cellules de la paroi de l’intestin grêle. Le suc intestinal contient également des protéases, des lipases et des carbohydrases (qui sont toutes des enzymes). Il existe de nombreuses carbohydrases, telles que la maltase qui dégrade le maltose en glucose, la sucrase qui dégrade le saccharose en glucose et en fructose, et la lactase qui dégrade le lactose en glucose et en galactose. De plus, la dégradation de l’amidon par les amylases qui a commencé dans la bouche se poursuit dans l’intestin grêle.

Une fois que les aliments ont été suffisamment dégradés par toutes les enzymes, les sucres simples, les acides aminés, les acides gras et le glycérol sont absorbés à travers la paroi de l’intestin grêle. Là, les sucres et les acides aminés sont absorbés dans le sang par des capillaires pour être livrés aux cellules de l’organisme. Comme les acides gras et le glycérol ne sont pas solubles dans l’eau et sont trop gros pour passer dans un capillaire, ils se déplacent dans les vaisseaux chylifères, qui les transportent dans le système lymphatique. Ils entrent ensuite dans la circulation sanguine à une jonction plus grande.

Résumons maintenant les processus digestifs que nous avons étudiés.

Les aliments sont placés dans la bouche, où ils sont mélangés avec de la salive et transformés en une « boule » appelée bol alimentaire ou bolus. C’est ce qu’on appelle l’étape buccale de la digestion. À partir de la bouche, le bolus descend le long de l’œsophage jusqu’à l’estomac où se produit la digestion gastrique, puis dans l’intestin grêle où a lieu la digestion intestinale et la majeure partie de la digestion chimique. Une fois qu’il a atteint l’estomac, le bolus est de taille réduite et est maintenant appelé chyme. Le chyme passe ensuite dans le gros intestin, qui réabsorbe l’eau, toutes les vitamines restantes et les sels du chyme pour former des matières fécales solides. Les excréments sont stockés dans le rectum avant d’être éliminés de l’organisme par déjection (défécation) par l’anus.

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