Séquence 1 Glycémie et diabète
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
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
Séquence 1 – SN03 1
© Cned - Académie en ligne1 Prérequis
L es exercices proposés dans les chapitres nommés Prérequis mobi-
lisent du vocabulaire, des connaissances et des notions scientifiques
étudiés en classe de seconde ou de première. Leur maîtrise est néces-
saire à la compréhension de la séquence. Si, après correction des exer-
cices, certains points demeurent mal compris et certains termes scien-
tifiques imparfaitement maîtrisés, il est conseillé de se reporter aux
séquences correspondantes des classes antérieures.
Exercice 1 Préciser le rôle du glucose dans la cellule
Exercice 2 Réaliser un schéma d’expérience
Exercice 3 Préciser le rôle de l’eau iodée et de la liqueur de Fehling
Exercice 4 Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation
Tester ses connaissances à propos de la relation entre la
Exercice 5
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
O2 consommé 1,07 g 0,1 g
CO2 dégagé 1,47 g 0,44 g
Glucose consommé 1g 1g
Éthanol produit 0g 0,46 g
Il observe au cours de l’expérience l’évolution de la population de levures
dans chacun des tubes.
Séquence 1 – SN03 3
© Cned - Académie en ligneSchéma de l’observation microscopique des deux cultures
Mettre en relation les conditions de culture, les mesures des diffé-
rentes 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 (CO2) 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 pas-
tilles de potasse dont le rôle est d’absorber le CO2 de l’air du récipient.
Schématiser le montage à t0 et à t1.
4 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneExercice 3 Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation
La pression artérielle est la pression du sang dans les artères, elle va-
rie rythmiquement entre un maximal (pression systolique) et un mini-
mal (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 m
n n
Nerf sympathique n
Nerf parasympathique n
m m
Nerf sympathique m
m Augmentation nDiminution
Séquence 1 – SN03 5
© Cned - Académie en ligne Après analyse des résultats, indiquer quel nerf est appelé « nerf car-
dioaccélérateur » et quel nerf est appelé « nerf modérateur » et dire com-
ment varie la pression artérielle par rapport à la fréquence cardiaque.
Les barorécepteurs sont sensibles à la pression artérielle, ils sont lo-
calisés 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 aug-
mente ou on diminue la pression au niveau des barorécepteurs.
On réalise ces deux types d’expériences et on mesure la fréquence car-
diaque. (Voir document 3.)
Document 3 Modification locale de la pression sanguine dans les sinus carotidiens
pour chaque niveau de ligature
6 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneModification de la fréquence cardiaque de l’animal dans chaque cas
Fréquence Fréquence
cardiaque cardiaque
A : pose de
la ligature
B : suppression
de la ligature
Temps Temps
A B A B
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 augmenta-
tion 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
barorécepteur nerfs de
aortiques Cyon
AUGMENTATION de la valeur
de la pression artérielle
barorécepteur
sinusiens
nerfs de
Héring
bulbe
rachidien
nerfs
sympathiques
COEUR
nerfs
parasympathiques
Séquence 1 – SN03 7
© Cned - Académie en ligne 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
Chez une personne malade :
Séquence partielle de nucléotides (position 1516 à 1527)
Gène CFTR ATC ATC GGT GTT
Séquence partielle d’acides aminés (position 506 à 509)
isoleucine - isoleucine - glycine - valine
Chromosome 7
8 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneDocument 2 L’organisation de l’épithélium pulmonaire et le rôle de la protéine CFTR
L’épithélium pulmonaire est constitué de cellules épithéliales et de cel-
lules 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.
cellule épithéliales
milieu
intracellulaire membrane
cellulaire
tissus conjonctif
flux d’ions
Chlorure
protéine
glande CFTR
sécrétant
le mucus 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 par-
ticipent 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 diffi-
cile 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 mucus épais avec débris cellulaires
sécrétant
le mucus
nombreuses bactéries
Séquence 1 – SN03 9
© Cned - Académie en ligne2 La régulation
de la glycémie
A Pour débuter
L’analyse de sang est un examen fréquemment demandé par les méde-
cins. Selon les troubles observés, il sera effectué une numération glo-
bulaire, 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’hypergly-
cémie, justifier l’affirmation : « La glycémie est un paramètre qui doit
être régulé par notre organisme. »
10 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneLes symptômes cliniques pour des cas d’hypoglycémie (glycémie infé-
rieure à 0,7g.L–1) et d’hyperglycémie (glycémie supérieure à 1,2g.L–1)
(Raisonner)
Hypoglycémie Hyperglycémie
Définition Glycémie inférieure Glycémie supérieure
à 0,7 g.L-1 à 1,2 g.L-1
Symptômes À court terme : À court terme :
cliniques Maux de tête Soif intense
Faim Fatigue
Irritabilité Miction importante
Tremblements des membres
À long terme*:
Sueurs
Athérosclérose
Fatigue
Microlésions des vaisseaux
Troubles visuels
sanguins de la rétine,
Coma
des reins et des nerfs
Mort
* Voir les remarques dans la correction.
Les objectifs Au cours de cette étude, nous tenterons de répondre aux probléma-
tiques :
Comment l’organisme s’approvisionne-t-il en glucose ?
Comment la glycémie d’une personne est-t-elle régulée ?
Séquence 1 – SN03 11
© Cned - Académie en ligneB Cours
1. L’approvisionnement de l’organisme
en glucose
Rappel de 5e 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 H O )
6 10 5 n
+nH O
2
+nH O
2
nC H O
6 12 6
glucose
« Approfondissons nos connaissances sur la digestion et intéressons-
nous 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 scienti-
fique, 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 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en lignePourtant, chez d’autres individus, le goût sucré n’apparaît pas. L’hydro-
lyse 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 Individus chez lesquels
le goût sucré apparaît le goût sucré n’apparaît pas
Eau 97 à 99,5 % 97 à 99,5 %
Sodium, chlorures, Sodium, chlorures,
Ions phosphate, bicarbo- phosphate, bicarbo-
nates, potassium nates, potassium
Amylase, mucine, Mucine, lysozyme,
Substances
lysozyme, immunoglobu- immunoglobulines,
organiques
lines, autres protéines autres protéines
Proposer le nom de la substance responsable de l’hydrolyse de l’ami-
don 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.
Aide 1 Penser aux expériences témoins.
Aide 2 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.
Document 1b 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 cha-
cun 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.
Séquence 1 – SN03 13
© Cned - Académie en ligneDocument 1c Expérience de l’hydrolyse de l’amidon par l’amylase
Deux séries de tests sont réalisées :
tPremière série de tests
Protocole
Étape 1 : Trois tubes à essais T1, T2 et T3 contenant chacun 10mL d’em-
pois 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 pré-
lèvement 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.
tDeuxième 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 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.
Aide 2 Interpréter les résultats signifie expliquer les résultats, c’est-à-dire indi-
quer pourquoi la coloration d’un réactif a changé ou n’a pas changé.
Aide 3 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 évi-
dence en généralisant celles de l’amylase et vérifier que ces caracté-
ristiques 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 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneb) 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 représenta-
tion 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.
Cettehydrolyse 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 pré-
sente le protocole et les résultats :
Document 2a Protocole et résultats
Résultat du test
Contenu du tube au début de Température à l’eau
Tube pH
l’expérience en °C 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.
Séquence 1 – SN03 15
© Cned - Académie en ligne Àpartir de l’analyse des résultats, répondre aux deux questions de la
problématique. Justifier la réponse.
Aide 1 Comparer les expériences 2 et 5 pour répondre à la question : « L’hydro-
lyse de l’amidon par l’amylase se poursuit-elle dans l’estomac où le pH
est très acide ? »
Aide 2 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
120
100
80
60 E1
E2
40
E3
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
pH
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 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en lignetin 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 glu-
cose 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 3
sanguins
Une villosité
Nombreux capillaires sanguins
Sang “arrivant” Sang
à l’intestin “quittant” l’intestin Observation d’un repli intestinal
Chaque repli intestinal est tapissé
Observation d’une villosité intestinale 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, formu-
ler 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.
Séquence 1 – SN03 17
© Cned - Académie en ligneDocument 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
0,6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Temps en heures
Repas Activité physique
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.
Aide 1 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
0,7
Glycémie en g.L–1
0,6 sang
entrant dans
0,5 le muscle
0,4
sang
0,3 sortant du
0,2 muscle
0,1
0
muscle au repos muscle en activité
18 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneAide 2 Rappel du cours de seconde.
Document 3c Bilan de la respiration et de la fermentation cellulaire
Présence d’O2 dans le milieu extracellulaire
Cytoplasme
Membrane
plasmique Synthèse
Respiration
Noyau
Fermentation
Synthèse
Absence d’O2 dans le milieu extracellulaire
CO2 Glucose
O2 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.
Séquence 1 – SN03 19
© Cned - Académie en ligne« 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 aug-
mentation 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 radio-
actif (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% Le document ci-contre indique la
radioactivité mesurée dans diffé-
rents organes deux heures après
ingestion de glucose radioactif en
pourcentage de la quantité ingé-
rée.
Muscles 18%
* La radioactivité dans le sang et la lymphe correspond au glucose qui circule à une concen-
tration voisine de la valeur de consigne.
Indiquer le nom des organes qui semblent jouer un rôle dans la régu-
lation 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 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en lignediaphragme. 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.
Séquence 1 – SN03 21
© Cned - Académie en ligneDocument 4d La vascularisation mixte du foie
veine
sus-hépatique
artère aorte
foie
artère hépatique
réseau de capillaires
sanguins
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 (1813-1878) est aussi l’un des physiologistes les plus remar-
quables du XIXe 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 trou-
vai 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 sus-
hépatiques, […] D’où provenait ce sucre ?
* Le sucre ainsi appelé par Claude Bernard présent dans le sang est le glucose.
22 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneClaude Bernard poursuit son étude et essaie de trouver d’où vient le glu-
cose 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 plu-
sieurs 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 géné-
rale. (Voir schéma de la vascularisation du foie.)
Document 4e Des mesures de glycémie sont réalisées à l’entrée et à la sortie de l’in-
testin 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 Observation microscopique d’hépatocytes (cellules du foie) de lapin
colorés à l’eau iodée après un repas
Aide L’eau iodée colore en brun le glycogène (polymère du glucose).
Séquence 1 – SN03 23
© Cned - Académie en ligneÀ retenir
Le foie est un organe capable de libérer du glucose à partir d’une molécule
de réserve appelée glycogène ((C6H10O5)n). Cette fonction appelée la gly-
cogénolyse peut s’écrire globalement :
(C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6
Glycogénolyse
+ H2O
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 C6H12O6 (C6H10O5)n + n H2O
Glycogénogenèse
+ H2O
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
Na2SO4.
– 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 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneDocument 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 hydro-
lyse 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.
Membrane cellulaire
noyau
Groupement
phosphate
glycogène
+
E1 E2
Glucose 6-phosphate
cytoplasme glucose
E 1 et E 2 sont des enzymes
Séquence 1 – SN03 25
© Cned - Académie en ligneDocument 4i Quelques enzymes et leur fonction dans les cellules hépatiques et mus-
culaires
Présence de l’enzyme
Nom de
Fonction Dans les cellules Dans les cellules
l’enzyme
musculaires hépatiques
Transforme le glucose en glucose
Glucokinase non oui
6-phosphate
Participe à la polymérisation
Glycogène
du glucose 6-phosphate oui oui
synthétase
en glycogène
Participe à la dépolymérisation
Glycogène
du glycogène en glucose oui oui
phosphorylase
6-phosphate
Glucose 6 Transforme le glucose
non oui
phosphatase 6-phosphate en glucose
Transforme le glucose en
Hexokinase oui oui
glucose 6-phosphate
À retenir
Les cellules du foie ou hépatocytes sont capables de stocker du glucose
sous forme de glycogène (polymère du glucose). C’est la glycogénogenèse.
Elles sont aussi capables de reformer du glucose à partir du glycogène et de
le libérer dans le sang. C’est la glycogénolyse.
Les cellules musculaires sont capables de glycogénogenèse mais ne
peuvent pas libérer du glucose dans le sang car elles ne possèdent pas
l’équipement enzymatique nécessaire.
Les cellules adipeuses ou adipocytes sont capables de stocker le glucose
mais sous forme de triglycérides de formule générale indiquée ci-après :
c’est la lipogenèse.
La glycogénolyse n’existe pas dans les cellules adipeuses car il n’y a pas
de glycogène. Par contre, les triglycérides sont hydrolysables, des acides
gras et du glycérol peuvent donc être libérés. Ceux-ci pourront être transfor-
més en glucose par les hépatocytes. C’est la néoglucogenèse. Ils sont donc
source de glucose mais les voies métaboliques sont longues.
Chez un homme de 70 kg, il y a 11 kg de triglycérides, ce qui équivaut à
55 kg de glycogène.
Le foie, les muscles et le tissu adipeux forment les organes effecteurs de la
régulation de la glycémie.
26 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneOn peut alors se poser la question suivante :
Comment les organes effecteurs sont-ils mis en jeu afin de modifier la
glycémie selon les circonstances ?
b) Le système de contrôle de la glycémie
Activité 5 Découvrir le système de régulation de la glycémie
(Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raison-
ner)
Deux expériences historiques
Expérience de Minkowski et Von Mering en 1889 :
Minkowski et Von Mering étudient une glande digestive, le pancréas, qui
joue un rôle important dans la digestion des graisses. Ils décident de ten-
ter sur un chien bien portant l’ablation chirurgicale totale du pancréas.
L’animal présente comme attendu des troubles digestifs importants : les
graisses ne sont plus digérées. En outre, d’autres troubles imprévus, non
liés aux précédents, se manifestent : l’animal produit une urine si abon-
dante qu’il ne peut se retenir d’uriner sur le plancher. L’analyse de l’urine
révèle la présence anormale de sucre : c’est une glycosurie. L’animal pré-
sente une hyperglycémie.
Sur un autre chien, les deux chercheurs au lieu d’enlever le pancréas
ligaturent le canal pancréatique reliant le pancréas à l’intestin. Le chien
présente des troubles digestifs mais sa glycémie ne s’élève pas et les
troubles urinaires sont absents.
À partir de ces deux expériences, indiquer quel organe semble jouer
un rôle dans la régulation de la glycémie.
Expérience de Hedon en 1871
1. ablation du pancréas
Pancréas
3. implantation du fragment
sous la peau du chien
2. prélèvement d’un
fragment du pancréas
Résultat après implantation du fragment sous la peau :
– le fragment greffé est relié à l’organisme par des capillaires sanguins.
– La glycémie est normale.
– Il n’y a pas de glycosurie.
– L’animal survit.
Séquence 1 – SN03 27
© Cned - Académie en ligneSi le fragment est retiré, la glycémie s’élève, la glycosurie devient impor-
tante et l’animal meurt en quelques jours.
Indiquer si cette expérience confirme ou non la réponse à la ques-
tion . Justifier la réponse.
Indiquer l’information apportée par cette expérience quant au mode
d’action du pancréas sur la glycémie.
Aide Il est important d’avoir compris que le greffon n’est en communication
avec l’organisme que par l’intermédiaire de capillaires sanguins.
Le pancréas
Document 5a Localisation du pancréas
Le pancréas est un organe abdomi-
nal situé sous l’estomac de forme
allongée. Chez l’Homme, le pan-
créas avoisine les 15 cm de long
pour une masse allant de 70 à
100 g.
Document 5b Observation d’une coupe de pancréas selon AB au microscope optique
(x40)
28 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneDocument 5c Schéma d’interprétation de l’observation de la coupe de pancréas selon
AB au microscope optique du document 5b (x40)
Le pancréas est un organe constitué de deux types de tissus spécialisés :
le tissu sécréteur de suc pancréatique et les îlots de Langerhans.
Le tissu sécréteur du suc pancréatique impliqué dans la digestion est
formé d’acini pancréatiques. Le schéma ci-dessous explique la sécrétion
du suc pancréatique à partir des cellules des acini pancréatiques.
Document 5d Les acini pancréatiques et leur sécrétion
Agrandissement
d’un acinus pancréatique
Cellule
sécrétrice
Chaque acinus
pancréatique est
Estomac Canal constitué de cellules
collecteur sécrétrices de suc
pancréatique déversé
dans des canaux
collecteurs jusqu’à
l’intestin
Intestin îlots de Langerhans
Pancréas
Sécrétion du suc pancréatique et cheminement
dans les canaux collecteurs jusque dans l’intestin
À partir d’extraits d’îlots de Langerhans, on a pu isoler deux substances
appelées « insuline » et « glucagon ». L’insuline est sécrétée par les cel-
lules localisées au centre des îlots alors que le glucagon est sécrété par
les cellules localisées en périphérie.
Quel est l’effet de l’insuline et du glucagon sur la glycémie ?
On injecte à un individu sain de l’insuline 30 minutes après le début
de l’expérience et on perfuse un autre individu par du glucagon entre
Séquence 1 – SN03 29
© Cned - Académie en ligne1 heure et 4 heures après le début de l’expérience. On mesure la glycé-
mie de chacun pendant 5 heures et demie. Voici les résultats :
Document 5e Action de l’insuline et du glucagon sur la glycémie
2,5
2
Glycémie en g.L–1
1,5 injection
d’insuline
à 30mn
1
perfusion
0,5 de glucagon
entre 1 et 4h
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
Temps en heures
À partir de l’étude des résultats graphiques, indiquer quelle substance
peut être qualifiée d’hypoglycémiante et quelle substance peut être
qualifiée d’hyperglycémiante ? Justifier la réponse.
Insuline et glucagon agissent par injection, donc par voie sanguine. Ce
sont des hormones, c’est-à-dire des substances sécrétées par les cel-
lules d’un organe, ici les cellules F et ß des îlots de Langerhans, trans-
portées par le sang dans tout l’organisme mais n’agissant que sur cer-
taines cellules appelées « cellules cibles ».
Trois questions se posent alors :
Quellessont les cellules cibles de l’insuline et du glucagon ?
Comment l’insuline et le glucagon agissent-ils sur ces cellules ?
Pourquoi ces effets ne sont-ils pas durables ?
Après avoir exploité les documents 5f, 5g et 5h, indiquer quelles sont
les cellules cibles à l’insuline et au glucagon et pourquoi ces cellules
sont qualifiées de cellules cibles.
Document 5f Le système de communication hormonal : un système « public » mais
spécifique
Une voie de communication hormonale est constituée de trois éléments :
l’émetteur, le transmetteur et le récepteur. L’émetteur est constitué par l’en-
semble des cellules qui synthétisent et sécrètent l’hormone, ces cellules
sont dites endocrines. Le transmetteur est constitué par le plasma sanguin.
Le message hormonal peut ainsi atteindre l’ensemble des cellules de l’or-
ganisme : la voie hormonale est donc « publique ». Cependant, seules les
cellules qui forment le récepteur sont capables de décoder le message hor-
monal car elles seules expriment un récepteur spécifique susceptible de se
lier à l’hormone et sont capables de mettre en route la réponse biologique
adaptée, une fois réalisée la liaison hormone-récepteur.
30 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneDocument 5g Représentation schématique de l’effet de la liaison insuline-récepteur
sur la cellule cible
Capillaire sanguin Insuline
Circulation sanguine*
1. Passage de insuline
dans le milieu intérieur
Milieu intérieur* 2. Fixation de insuline
sur le récepteur
Récepteur de l’insuline
Membrane plasmique
Milieu intracellulaire*
3. Réponse de la cellule
* Le sang circule dans un milieu clos formé de vaisseaux sanguins comme les capillaires
sanguins, les artères et les veines. Le milieu intracellulaire est le milieu correspondant à
l’intérieur de la cellule. Entre les vaisseaux sanguins et les cellules existe un milieu appelé
milieu intérieur dans lequel « baignent » les cellules de l’organisme.
Document 5h Localisation de la radioactivité sur la membrane plasmique de divers
types cellulaires après incubation avec de l’insuline ou du glucagon
radioactif
Cellules Cellules Cellules
hépatiques musculaires adipeuses
Insuline
+ + +
radioactive
Glucagon
+ – –
radioactif
Rechercher le mode d’action de l’insuline et du glucagon à partir de
l’étude des documents 5i et 5j :
Aide Le « mode d’action » signifie la façon dont va agir l’hormone sur la cel-
lule, ce qu’elle va modifier dans le fonctionnement de la cellule.
Document 5i Du tissu musculaire est prélevé puis mis en culture dans des milieux
avec ou sans insuline. Des mesures sont réalisées pour connaître leur
comportement vis-à-vis du glucose et du glycogène.
Glucose prélevé Teneur en glycogène
( mg.g–1.min–1) (mg.g–1)
Milieu sans insuline 0,143 2,450
Milieu avec insuline 0,188 2,850
Séquence 1 – SN03 31
© Cned - Académie en ligneUn effet similaire est constaté au niveau des hépatocytes. Par contre, au
niveau des adipocytes, on observe le même effet au niveau du glucose
prélevé mais une augmentation de la teneur en triglycérides.
Document 5j Pendant 4 heures, on injecte en continu du glucagon à des chiens en
bonne santé, à jeun depuis 12 heures. On suit la teneur du foie en une
enzyme intervenant dans la dégradation du glycogène :
Perfusion de glucagon
dégradation du glycogène en µmolg–1
800
700
600
Teneur du foie en enzyme de
500
400
300
200
100
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Temps en heures
Les effets de l’insuline et du glucagon ne sont pas durables car ces molé-
cules sont très rapidement dégradées par le foie et les reins. Elles ont
une demi-vie d’environ 5 minutes.
À retenir
Le pancréas est composé de deux types de cellules : les cellules acineuses
formant les acini pancréatiques sécrétrices du suc pancréatique digestif et
les cellules F et ß des îlots de Langerhans sécrétrices, respectivement, du
glucagon et de l’insuline.
L’insuline est une hormone hypoglycémiante. Elle agit sur les cellules
cibles c’est-à-dire les cellules qui possèdent des récepteurs spécifiques à
l’insuline. La plupart des cellules de l’organisme expriment ces récepteurs
à la surface de leur membrane plasmique. La fixation de l’insuline sur ces
récepteurs modifie l’activité d’enzymes et les principaux effets sont :
– une augmentation plus importante de glucose dans toutes les cellules par
augmentation du nombre de transporteurs de glucose et synthèse d’une
enzyme, la glucokinase ;
– stimulation de la lipogenèse dans les adipocytes ;
– stimulation de la glycogénèse dans les cellules hépatiques et musculaires
et inhibition de la glycogénolyse.
Ces actions ont pour conséquence une diminution du taux de glucose cir-
culant.
Le glucagon est une hormone hyperglycémiante. Il agit sur les cellules
hépatiques en stimulant la glycogénolyse et la libération du glucose dans
le sang. Il inhibe la glycogénogenèse.
Remarque : Le glucagon agit sur d’autres cellules mais cette étude ne fait
pas partie du programme de terminale.
32 Séquence 1 – SN03
© Cned - Académie en ligneVous pouvez aussi lire
