34.2 : Nutrition et production d'énergie
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Compétences à développer
- Expliquez pourquoi l'alimentation d'un animal doit être équilibrée et répondre aux besoins de l'organisme
- Définir les principaux composants des aliments
- Décrire les nutriments essentiels nécessaires au fonctionnement cellulaire qui ne peuvent pas être synthétisés par le corps animal
- Expliquer comment l'énergie est produite par l'alimentation et la digestion
- Décrivez comment l'excès de glucides et d'énergie est stocké dans le corps
Compte tenu de la diversité de la vie animale sur notre planète, il n'est pas surprenant que le régime alimentaire des animaux varie également considérablement. L'alimentation animale est la source des matériaux nécessaires à la construction de l'ADN et d'autres molécules complexes nécessaires à la croissance, au maintien et à la reproduction ; collectivement, ces processus sont appelés biosynthèse. Le régime alimentaire est également la source des matériaux nécessaires à la production d'ATP dans les cellules. Le régime alimentaire doit être équilibré pour fournir les minéraux et les vitamines nécessaires au fonctionnement cellulaire.
Besoins alimentaires
Quelles sont les exigences fondamentales de l'alimentation animale ? Le régime alimentaire des animaux doit être bien équilibré et fournir les nutriments nécessaires au fonctionnement de l'organisme ainsi que les minéraux et les vitamines nécessaires au maintien de la structure et de la régulation nécessaires à une bonne santé et à la capacité de reproduction. Ces exigences pour un être humain sont illustrées graphiquement dans la figure\(\PageIndex{1}\).
Connexion quotidienne : Allons-y ! Campagne
L'obésité est une épidémie croissante et le taux d'obésité chez les enfants augmente rapidement aux États-Unis. Pour lutter contre l'obésité infantile et faire en sorte que les enfants prennent un bon départ dans la vie, la première dame Michelle Obama a lancé le programme Let's Move ! campagne. L'objectif de cette campagne est d'éduquer les parents et les personnes qui s'occupent des enfants à fournir une alimentation saine et à encourager les générations futures à adopter un mode de vie actif Ce programme vise à impliquer l'ensemble de la communauté, y compris les parents, les enseignants et les prestataires de soins de santé, afin de garantir que les enfants ont accès à des aliments sains (plus de fruits, de légumes et de céréales complètes) et consomment moins de calories provenant des aliments transformés. Un autre objectif est de faire en sorte que les enfants fassent de l'activité physique. Avec l'augmentation de l'écoute de la télévision et des activités stationnaires telles que les jeux vidéo, les modes de vie sédentaires sont devenus la norme. Pour en savoir plus, rendez-vous sur www.letsmove.gov.
Précurseurs organiques
Les molécules organiques nécessaires à la construction du matériel cellulaire et des tissus doivent provenir des aliments. Les glucides ou les sucres sont la principale source de carbone organique dans le corps des animaux. Au cours de la digestion, les glucides digestibles sont finalement décomposés en glucose et utilisés pour fournir de l'énergie par le biais des voies métaboliques. Les glucides complexes, y compris les polysaccharides, peuvent être décomposés en glucose par modification biochimique ; toutefois, les humains ne produisent pas l'enzyme cellulase et n'ont pas la capacité de dériver du glucose à partir de la cellulose polysaccharidique. Chez l'homme, ces molécules fournissent les fibres nécessaires au transport des déchets dans le gros intestin et dans un côlon sain. La flore intestinale de l'intestin humain est capable d'extraire une partie de la nutrition de ces fibres végétales. Les sucres excédentaires du corps sont convertis en glycogène et stockés dans le foie et les muscles pour une utilisation ultérieure. Les réserves de glycogène sont utilisées pour alimenter les efforts prolongés, tels que les courses de longue distance, et pour fournir de l'énergie en cas de pénurie alimentaire. L'excès de glycogène peut être converti en graisses, qui sont stockées dans la couche inférieure de la peau des mammifères à des fins d'isolation et de stockage d'énergie. L'excès de glucides digestibles est stocké par les mammifères afin de survivre à la famine et de favoriser leur mobilité.
Une autre exigence importante est celle de l'azote. Le catabolisme des protéines constitue une source d'azote organique. Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines et la dégradation des protéines fournit des acides aminés qui sont utilisés pour le fonctionnement cellulaire. Le carbone et l'azote qui en découlent deviennent les éléments constitutifs des nucléotides, des acides nucléiques, des protéines, des cellules et des tissus. L'excès d'azote doit être excrété car il est toxique. Les graisses ajoutent de la saveur aux aliments et favorisent une sensation de satiété ou de satiété. Les aliments gras sont également d'importantes sources d'énergie, car un gramme de matières grasses contient neuf calories. Les graisses sont nécessaires à l'alimentation pour faciliter l'absorption des vitamines liposolubles et la production d'hormones liposolubles.
Nutriments essentiels
Bien que le corps animal puisse synthétiser de nombreuses molécules nécessaires à son fonctionnement à partir des précurseurs organiques, certains nutriments doivent être consommés dans les aliments. Ces nutriments sont appelés nutriments essentiels, ce qui signifie qu'ils doivent être consommés et que le corps ne peut pas les produire.
L'acide alpha-linolénique oméga-3 et l'acide linoléique oméga-6 sont des acides gras essentiels nécessaires à la fabrication de certains phospholipides membranaires. Les vitamines constituent une autre classe de molécules organiques essentielles qui sont nécessaires en petites quantités au fonctionnement de nombreuses enzymes et, pour cette raison, sont considérées comme des coenzymes. L'absence ou de faibles niveaux de vitamines peuvent avoir un effet dramatique sur la santé, comme indiqué dans les tableaux ci-dessous. Les vitamines liposolubles et hydrosolubles doivent être obtenues à partir des aliments. Les minéraux, répertoriés dans le tableau ci-dessous, sont des nutriments essentiels inorganiques qui doivent être obtenus à partir des aliments. Parmi leurs nombreuses fonctions, les minéraux contribuent à la structure et à la régulation et sont considérés comme des cofacteurs. Certains acides aminés doivent également provenir des aliments et ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme. Ces acides aminés sont les acides aminés « essentiels ». Le corps humain ne peut synthétiser que 11 des 20 acides aminés nécessaires ; le reste doit provenir de l'alimentation. Les acides aminés essentiels sont listés dans le tableau ci-dessous.
| Vitamine | Fonction | Les carences peuvent entraîner | Sources |
|---|---|---|---|
| Vitamine B 1 (thiamine) | Nécessaire à l'organisme pour traiter les lipides, les protéines et les glucides, la coenzyme élimine le CO 2 des composés organiques | Faiblesse musculaire, béribéri : diminution de la fonction cardiaque, problèmes du système nerveux central | Lait, viande, haricots secs, grains entiers |
| Vitamine B 2 (riboflavine) | Joue un rôle actif dans le métabolisme en aidant à la conversion des aliments en énergie (FAD et FMN) | Fissures ou plaies sur la surface externe des lèvres (chéliose) ; inflammation et rougeur de la langue ; inflammation de la peau humide et squameuse (dermatite séborrhéique) | Viande, œufs, céréales enrichies, légumes |
| Vitamine B 3 (niacine) | Utilisé par l'organisme pour libérer l'énergie des glucides et pour transformer l'alcool ; nécessaire à la synthèse des hormones sexuelles ; composant des coenzymes NAD + et NADP + | La pellagre, qui peut entraîner une dermatite, une diarrhée, une démence et la mort | Viande, œufs, céréales, noix, pommes de terre |
| Vitamine B 5 (acide pantothénie) | Aide à produire de l'énergie à partir des aliments (lipides, en particulier) ; composant de la coenzyme A | Fatigue, mauvaise coordination, retard de croissance, engourdissement, picotement des mains et des pieds | Viande, grains entiers, lait, fruits, légumes |
| Vitamine B 6 (Pyridoxine) | Principale vitamine pour la transformation des acides aminés et des lipides ; elle aide également à convertir les nutriments en énergie | Irritabilité, dépression, confusion, plaies ou ulcères buccaux, anémie, contractions musculaires | Viande, produits laitiers, grains entiers, jus d'orange |
| Vitamine B 7 (biotine) | Utilisé dans le métabolisme de l'énergie et des acides aminés, la synthèse des graisses et la dégradation des graisses ; aide le corps à utiliser la glycémie | Perte de cheveux, dermatite, dépression, engourdissement et fourmillements dans les extrémités ; troubles neuromusculaires | Viande, œufs, légumineuses et autres légumes |
| Vitamine B 9 (acide folique) | Aide au développement normal des cellules, en particulier pendant le développement du fœtus ; aide à métaboliser les acides nucléiques et aminés | La déficience pendant la grossesse est associée à des anomalies congénitales, telles que des anomalies du tube neural et l'anémie | Légumes verts à feuilles, blé entier, fruits, noix, légumineuses |
| Vitamine B 12 (cobalamine) | Maintient la santé du système nerveux et aide à la formation des cellules sanguines ; coenzyme dans le métabolisme des acides nucléiques | Anémie, troubles neurologiques, engourdissement, perte d'équilibre | Viande, œufs, produits d'origine animale |
| Vitamine C (acide ascorbique) | Aide à maintenir le tissu conjonctif : os, cartilage et dentine ; renforce le système immunitaire | Le scorbut, qui entraîne des saignements, la perte de cheveux et de dents, des douleurs et un gonflement des articulations, un retard de cicatrisation | Agrumes, brocolis, tomates, poivrons rouges |
| Vitamine | Fonction | Les carences peuvent entraîner | Sources |
|---|---|---|---|
| Vitamine A (rétinol) | Essentiel au développement des os, des dents et de la peau ; aide à maintenir la vue, améliore le système immunitaire, le développement du fœtus et l'expression des gènes | Cécité nocturne, troubles cutanés, troubles de l'immunité | Légumes feuillus vert foncé, légumes jaune-orange, fruits, lait, beurre |
| Vitamine D | Essentiel à l'absorption du calcium pour le développement et la solidité des os ; maintient un système nerveux stable ; maintient un rythme cardiaque normal et fort ; aide à la coagulation du sang | Rachitisme, ostéomalacie, immunité | Huile de foie de morue, lait, jaune d'œuf |
| Vitamine E (tocophérol) | Réduit les dommages oxydatifs des cellules et prévient les dommages aux poumons causés par les polluants ; vital pour le système immunitaire | La carence est rare ; anémie, dégénérescence du système nerveux | Huile de germe de blé, huiles végétales non raffinées, noix, graines, céréales |
| Vitamine K (phylloquinone) | Essentiel à la coagulation du sang | Saignements et ecchymoses faciles | Légumes verts à feuilles, thé |
| Mineral | Fonction | Les carences peuvent entraîner | Sources |
|---|---|---|---|
| *Calcium | Nécessaire au fonctionnement des muscles et des neurones, à la santé cardiaque, au renforcement des os et à la synthèse et au fonctionnement des cellules sanguines, à la fonction nerveuse | Ostéoporose, rachitisme, spasmes musculaires, troubles de la croissance | Lait, yogourt, poisson, légumes verts à feuilles, légumineuses |
| *Chlore | Nécessaire à la production d'acide chlorhydrique (HCl) dans l'estomac et les fonctions nerveuses ; équilibre osmotique | Crampes musculaires, troubles de l'humeur, diminution de l'appétit | Sel de table |
| Cuivre (quantités infimes) | Composant requis de nombreuses enzymes redox, y compris la cytochrome C oxydase ; cofacteur de synthèse de l'hémoglobine | La carence en cuivre est rare | Foie, huîtres, cacao, chocolat, sésame, noix |
| Iode | Nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes | Goitre | Fruits de mer, sel iodé, produits laitiers |
| Fer | Nécessaire à de nombreuses protéines et enzymes, notamment l'hémoglobine, pour prévenir l'anémie | Anémie, qui entraîne une mauvaise concentration, de la fatigue et une mauvaise fonction immunitaire | Viande rouge, légumes verts à feuilles, poisson (thon, saumon), œufs, fruits secs, haricots, grains entiers |
| *Magnésium | Cofacteur requis pour la formation de l'ATP, la formation osseuse, les fonctions membranaires normales, la fonction musculaire | Troubles de l'humeur, spasmes musculaires | Grains entiers, légumes verts à feuilles |
| Manganèse (traces) | Cofacteur des fonctions enzymatiques ; des quantités infimes sont requises | La carence en manganèse est rare | Commun dans la plupart des aliments |
| Molybdène (traces) | Agit comme cofacteur de trois enzymes essentielles chez l'homme : la sulfite oxydase, la xanthine oxydase et l'aldéhyde oxydase | La carence en molybdène est rare | |
| *Du phosphore | Composant des os et des dents ; aide à réguler l'équilibre acido-basique ; synthèse de nucléotides | Faiblesse, anomalies osseuses, perte de calcium | Lait, fromage à pâte dure, grains entiers, viandes |
| *Potassium | Essentiel pour les muscles, le cœur et les fonctions nerveuses | Troubles du rythme cardiaque, faiblesse musculaire | Légumineuses, pelures de pommes de terre, tomates, bananes |
| Sélénium (en quantités infimes) | Cofacteur essentiel à l'activité d'enzymes antioxydantes telles que la glutathion peroxydase ; des traces sont nécessaires | La carence en sélénium est rare | Commun dans la plupart des aliments |
| *Sodium | Électrolyte systémique requis pour de nombreuses fonctions ; équilibre acido-basique ; équilibre hydrique ; fonction nerveuse | Crampes musculaires, fatigue, perte d'appétit | Sel de table |
| Zinc (quantités infimes) | Requis pour plusieurs enzymes telles que la carboxypeptidase, l'alcool déshydrogénase du foie et l'anhydrase carbonique | L'anémie, une mauvaise cicatrisation des plaies, peut entraîner une petite taille | Commun dans la plupart des aliments |
| *Plus de 200 mg/jour requis | |||
| Acides aminés qui doivent être consommés | Acides aminés anabolisés par l'organisme |
|---|---|
| isoleucine | alanine |
| leucine | sélénocystéine |
| lysine | aspartate |
| méthionine | cystéine |
| phénylalanine | glutamate |
| tryptophane | glycine |
| valine | proline |
| histidine* | sérine |
| thréonine | tyrosine |
| arginine* | asparagine |
| *Le corps humain peut synthétiser de l'histidine et de l'arginine, mais pas dans les quantités requises, en particulier pour les enfants en pleine croissance. | |
Énergie alimentaire et ATP
Les animaux ont besoin de nourriture pour obtenir de l'énergie et maintenir leur homéostasie. L'homéostasie est la capacité d'un système à maintenir un environnement interne stable même face à des modifications externes de l'environnement. Par exemple, la température corporelle normale des humains est de 37 °C (98,6 °F). Les humains maintiennent cette température même lorsque la température extérieure est chaude ou froide. Il faut de l'énergie pour maintenir cette température corporelle, et les animaux tirent cette énergie de la nourriture.
Les glucides, principalement le glucose, constituent la principale source d'énergie des animaux. Le glucose est appelé le carburant de l'organisme. Les glucides digestibles contenus dans l'alimentation d'un animal sont convertis en molécules de glucose par une série de réactions chimiques cataboliques.
L'adénosine triphosphate, ou ATP, est la principale source d'énergie des cellules ; l'ATP emmagasine l'énergie dans des liaisons ester de phosphate. L'ATP libère de l'énergie lorsque les liaisons phosphodiester sont rompues et que l'ATP est converti en ADP et en groupe phosphate. L'ATP est produit par des réactions oxydatives dans le cytoplasme et la mitochondrie de la cellule, où les glucides, les protéines et les graisses subissent une série de réactions métaboliques appelées collectivement respiration cellulaire. Par exemple, la glycolyse est une série de réactions au cours desquelles le glucose est converti en acide pyruvique et une partie de son énergie potentielle chimique est transférée au NADH et à l'ATP.
L'ATP est nécessaire pour toutes les fonctions cellulaires. Il est utilisé pour construire les molécules organiques nécessaires aux cellules et aux tissus ; il fournit de l'énergie pour la contraction musculaire et pour la transmission de signaux électriques dans le système nerveux. Lorsque la quantité d'ATP disponible dépasse les besoins de l'organisme, le foie utilise l'excès d'ATP et l'excès de glucose pour produire des molécules appelées glycogène. Le glycogène est une forme polymère de glucose qui est stocké dans le foie et les cellules des muscles squelettiques. Lorsque la glycémie baisse, le foie libère du glucose à partir des réserves de glycogène. Le muscle squelettique convertit le glycogène en glucose lors d'un exercice intense. Le processus de conversion du glucose et de l'excès d'ATP en glycogène et le stockage de l'excès d'énergie constituent une étape évolutive importante pour aider les animaux à faire face à la mobilité, aux pénuries alimentaires et à la famine.
Lien quotidien : obésité
L'obésité est un problème de santé majeur aux États-Unis, et l'accent est de plus en plus mis sur la réduction de l'obésité et des maladies qu'elle peut entraîner, telles que le diabète de type 2, les cancers du côlon et du sein et les maladies cardiovasculaires. Comment les aliments consommés contribuent-ils à l'obésité ?
Les aliments gras sont riches en calories, c'est-à-dire qu'ils contiennent plus de calories par unité de masse que les glucides ou les protéines. Un gramme de glucides contient quatre calories, un gramme de protéines quatre calories et un gramme de matières grasses neuf calories. Les animaux ont tendance à rechercher des aliments riches en lipides pour leur contenu énergétique plus élevé.
Les signaux de faim (« heure de manger ») et de satiété (« heure d'arrêter de manger ») sont contrôlés dans la région de l'hypothalamus du cerveau. Les aliments riches en acides gras ont tendance à favoriser la satiété davantage que les aliments riches uniquement en glucides.
L'excès de glucides et d'ATP est utilisé par le foie pour synthétiser le glycogène. Le pyruvate produit lors de la glycolyse est utilisé pour synthétiser des acides gras. Lorsqu'il y a plus de glucose que nécessaire dans le corps, l'excès de pyruvate qui en résulte est converti en molécules qui finissent par entraîner la synthèse d'acides gras dans l'organisme. Ces acides gras sont stockés dans les cellules adipeuses, les cellules adipeuses du corps des mammifères dont le rôle principal est de stocker les graisses pour une utilisation ultérieure.
Il est important de noter que certains animaux bénéficient de l'obésité. Les ours polaires et les phoques ont besoin de graisse corporelle pour s'isoler et pour éviter de perdre de la chaleur corporelle pendant les hivers arctiques. Lorsque la nourriture est rare, la graisse corporelle stockée fournit de l'énergie pour maintenir l'homéostasie. Les graisses préviennent la famine chez les mammifères, leur permettant d'accéder à de l'énergie lorsque la nourriture n'est pas disponible quotidiennement ; les graisses sont stockées lorsqu'une grande quantité de nourriture est mise à mort ou qu'une grande quantité de nourriture est disponible.
Résumé
L'alimentation des animaux doit être équilibrée et répondre aux besoins de l'organisme. Les glucides, les protéines et les graisses sont les principaux composants des aliments. Certains nutriments essentiels sont nécessaires au fonctionnement cellulaire mais ne peuvent pas être produits par le corps animal. Il s'agit notamment de vitamines, de minéraux, de certains acides gras et de certains acides aminés. L'apport alimentaire en quantité supérieure à ce qui est nécessaire est stocké sous forme de glycogène dans le foie et les cellules musculaires, ainsi que dans les cellules graisseuses. Un stockage adipeux excessif peut entraîner l'obésité et de graves problèmes de santé. L'ATP est la monnaie énergétique de la cellule et est obtenu à partir des voies métaboliques. L'excès de glucides et d'énergie est stocké sous forme de glycogène dans le corps.
Lexique
- nutriment essentiel
- nutriment qui ne peut pas être synthétisé par l'organisme ; il doit être obtenu à partir d'aliments
- minéral
- molécule élémentaire inorganique qui joue des rôles importants dans l'organisme
- vitamine
- substance organique nécessaire en petites quantités au maintien de la vie