Digestion

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Pour le procédé industriel, voir la digestion anaérobie. Pour le traitement des précipités en chimie analytique, voir Précipitation (chimie) § Digestion.
Pour le journal, voir Digestion (journal).

Système digestif
Détails
Identifiants
Latin digestorium systema
Terminologie anatomique

La digestion est la décomposition de grandes molécules alimentaires insolubles en petites molécules alimentaires solubles dans l'eau, de sorte qu'elles peuvent être absorbées dans le plasma sanguin aqueux. Dans certains organismes, ces substances plus petites sont absorbées par l'intestin grêle dans la circulation sanguine. La digestion est une forme de catabolisme qui est souvent divisée en deux processus basés sur la répartition des aliments: la digestion mécanique et chimique. Le terme digestion mécanique désigne la décomposition physique de gros morceaux de nourriture en morceaux plus petits, auxquels on peut ensuite accéder par des enzymes digestives. Dans la digestion chimique, les enzymes décomposent les aliments en petites molécules que l'organisme peut utiliser.

Dans le système digestif humain, la nourriture pénètre dans la bouche et la digestion mécanique de la nourriture commence par l'action de la mastication (mastication), une forme de digestion mécanique et le contact mouillant de la salive. La salive, un liquide sécrété par les glandes salivaires, contient de l'amylase salivaire, une enzyme qui déclenche la digestion de l'amidon dans les aliments. la salive contient également du mucus, qui lubrifie les aliments, et de l'hydrogénocarbonate, qui fournit les conditions idéales de pH (alcalin) pour que l'amylase fonctionne. Après avoir subi la mastication et la digestion de l'amidon, l'aliment se présentera sous la forme d'une petite masse de boue ronde appelée bolus. Il va ensuite descendre l'œsophage et dans l'estomac par l'action du péristaltisme. Le suc gastrique dans l'estomac commence la digestion des protéines. Le suc gastrique contient principalement de l'acide chlorhydrique et de la pepsine. Comme ces deux produits chimiques peuvent endommager la paroi de l'estomac, le mucus est sécrété par l'estomac, fournissant une couche visqueuse qui agit comme un bouclier contre les effets néfastes des produits chimiques. Parallèlement à la digestion des protéines, le péristaltisme provoque un mélange mécanique, c'est-à-dire des vagues de contractions musculaires qui se déplacent le long de la paroi de l'estomac. Cela permet à la masse de nourriture de se mélanger davantage avec les enzymes digestives.

Après un certain temps (généralement 1 à 2 heures chez l'homme, 4 à 6 heures chez le chien, 3 à 4 heures chez le chat domestique), le liquide épais qui en résulte est appelé chyme. Lorsque la valve du sphincter pylorique s'ouvre, le chyme pénètre dans le duodénum où il se mélange aux enzymes digestives du pancréas et du jus biliaire du foie, puis traverse l'intestin grêle où se poursuit la digestion. Lorsque le chyme est complètement digéré, il est absorbé dans le sang. 95% de l'absorption des nutriments se produit dans l'intestin grêle. L'eau et les minéraux sont réabsorbés dans le sang dans le côlon (gros intestin) où le pH est légèrement acide d'environ 5,6 à 6,9. Certaines vitamines, comme la biotine et la vitamine K (K2MK7) produit par des bactéries dans le côlon est également absorbé dans le sang dans le côlon. Les déchets sont éliminés du rectum pendant la défécation.[1]

Système digestif

Les systèmes digestifs prennent plusieurs formes. Il existe une distinction fondamentale entre la digestion interne et externe. La digestion externe s'est développée plus tôt dans l'histoire de l'évolution, et la plupart des champignons en dépendent encore.[2] Dans ce processus, les enzymes sont sécrétées dans l'environnement entourant l'organisme, où elles décomposent une matière organique, et certains des produits diffusent à l'organisme. Les animaux ont un tube (tractus gastro-intestinal) dans lequel se produit une digestion interne, ce qui est plus efficace parce que plus de produits décomposés peuvent être capturés, et l'environnement chimique interne peut être contrôlé plus efficacement.[3]

Certains organismes, y compris presque toutes les araignées, sécrètent simplement des biotoxines et des produits chimiques digestifs (par exemple, des enzymes) dans l'environnement extracellulaire avant l'ingestion de la "soupe" qui en résulte. Dans d'autres, une fois que les nutriments ou les aliments potentiels se trouvent à l'intérieur de l'organisme, la digestion peut être conduite vers une vésicule ou une structure semblable à un sac, à travers un tube ou par plusieurs organes spécialisés visant à améliorer l'absorption des nutriments.

Dessin schématique de la conjugaison bactérienne. 1- La cellule donneuse produit des pilus. 2- Pilus s'attache à la cellule receveuse, réunissant les deux cellules. 3- Le plasmide mobile est coupé et un seul brin d'ADN est transféré à la cellule receveuse. 4- Les deux cellules recircularisent leurs plasmides, synthétisent les seconds brins et reproduisent les pili; les deux cellules sont maintenant des donneurs viables.

Systèmes de sécrétion

Article principal: Sécrétion § Sécrétion dans les bactéries Gram négatives

Les bactéries utilisent plusieurs systèmes pour obtenir des nutriments d'autres organismes dans les environnements.

Système de transport de canal

Dans un système de transbordement de canaux, plusieurs protéines forment un canal contigu traversant les membranes interne et externe des bactéries. Il s'agit d'un système simple, constitué de seulement trois sous-unités protéiques: la protéine ABC, la protéine de fusion membranaire (MFP) et la protéine de membrane externe (OMP). Ce système de sécrétion transporte diverses molécules, des ions, des médicaments, aux protéines de différentes tailles (20 - 900 kDa). Les molécules sécrétées varient en taille de la petite Escherichia coli colicine V, (10 kDa) à la Pseudomonas fluorescens protéine d'adhésion cellulaire LapA de 900 kDa.[4]

Seringue moléculaire

Un système de sécrétion de type III signifie qu'une seringue moléculaire est utilisée à travers laquelle une bactérie (par exemple certains types de Salmonella, Shigella, Yersinia) peut injecter des nutriments dans les cellules protistes. Un tel mécanisme a été découvert en premier Y. pestis et ont montré que les toxines pouvaient être injectées directement du cytoplasme bactérien dans le cytoplasme des cellules de l'hôte plutôt que d'être simplement sécrétées dans le milieu extracellulaire.[5]

Machines de conjugaison

La machinerie de conjugaison de certaines bactéries (et flagelles archaïques) est capable de transporter à la fois l'ADN et les protéines. Il a été découvert en Agrobacterium tumefaciens, qui utilise ce système pour introduire le plasmide Ti et les protéines dans l'hôte, qui développe la galle du collet (tumeur).[6] Le complexe VirB de Agrobacterium tumefaciens est le système prototypique.[7]

La fixation de l'azote Rhizobia sont un cas intéressant, où les éléments conjugatifs participent naturellement à la conjugaison inter-règne. Des éléments tels que le Agrobacterium Les plasmides Ti ou Ri contiennent des éléments qui peuvent être transférés aux cellules végétales. Les gènes transférés pénètrent dans le noyau des cellules végétales et transforment efficacement les cellules végétales en usines pour la production d'opines, que les bactéries utilisent comme sources de carbone et d'énergie. Les cellules végétales infectées forment des tumeurs du collet ou des racines. Les plasmides Ti et Ri sont donc des endosymbiotes des bactéries, qui sont à leur tour des endosymbiotes (ou des parasites) de la plante infectée.

Les plasmides Ti et Ri sont eux-mêmes conjugatifs. Le transfert de Ti et Ri entre bactéries utilise un système indépendant (le tra, ou transfert, opéron) de celui de transfert inter-règne (le vir, ou virulence, opéron). Un tel transfert crée des souches virulentes auparavant Agrobactéries.

Libération des vésicules de la membrane externe

En plus de l'utilisation des complexes multiprotéiques énumérés ci-dessus, les bactéries à Gram négatif possèdent une autre méthode de libération de matière: la formation de vésicules à membrane externe.[8][9] Des parties de la membrane externe se pincent, formant des structures sphériques constituées d'une bicouche lipidique renfermant des matériaux périplasmiques. Les vésicules d'un certain nombre d'espèces bactériennes contiennent des facteurs de virulence, certaines ont des effets immunomodulateurs, et d'autres peuvent directement adhérer et intoxiquer des cellules hôtes. Alors que la libération de vésicules a été démontrée comme une réponse générale aux conditions de stress, le processus de chargement des protéines de cargaison semble être sélectif.[10]

Vénus Flytrap (Dionaea muscipula) feuille

Cavité gastro vasculaire

La cavité gastro-vasculaire fonctionne comme un estomac à la fois dans la digestion et la distribution des nutriments à toutes les parties du corps. La digestion extracellulaire a lieu dans cette cavité centrale, qui est tapissée du gastrodermis, la couche interne de l'épithélium. Cette cavité n'a qu'une seule ouverture vers l'extérieur qui fonctionne à la fois comme une bouche et un anus: les déchets et la matière non digérée sont excrétés par la bouche / l'anus, ce qui peut être décrit comme un intestin incomplet.

Dans une plante comme le Flytrap de Vénus qui peut fabriquer sa propre nourriture par la photosynthèse, il ne mange pas et ne digère pas ses proies pour les objectifs traditionnels de récolte d'énergie et de carbone, mais les mines ciblent principalement les nutriments essentiels (azote et phosphore en particulier). sont en nombre insuffisant dans son habitat aride et acide.[11]

Trophozoites de Entamoeba histolytica avec des érythrocytes ingérés

Phagosome

Un phagosome est une vacuole formée autour d'une particule absorbée par la phagocytose. La vacuole est formée par la fusion de la membrane cellulaire autour de la particule. Un phagosome est un compartiment cellulaire dans lequel les micro-organismes pathogènes peuvent être tués et digérés. Les phagosomes fusionnent avec les lysosomes dans leur processus de maturation, formant des phagolysosomes. Chez l'homme, Entamoeba histolytica peut phagocyter les globules rouges.[12]

Organes et comportements spécialisés

Pour faciliter la digestion de leurs aliments, les animaux ont développé des organes tels que le bec, la langue, les dents, une culture, le gésier et d'autres.

Bec de Catalina Macaw
Squid bec avec règle pour la comparaison de taille

Becs

Les oiseaux ont des becs osseux spécialisés selon la niche écologique de l'oiseau. Par exemple, les aras mangent principalement des graines, des noix et des fruits, en utilisant leur bec impressionnant pour ouvrir les graines les plus tenaces. D'abord, ils grattent une fine ligne avec la pointe pointue du bec, puis ils cisaillent la graine avec les côtés du bec.

L'embouchure du calmar est équipée d'un bec corné, tranchant, principalement constitué de protéines réticulées. Il est utilisé pour tuer et déchirer des proies en morceaux gérables. Le bec est très robuste, mais ne contient pas de minéraux, contrairement aux dents et aux mâchoires de nombreux autres organismes, y compris les espèces marines.[13] Le bec est la seule partie indigeste du calmar.

Langue

Article principal: Langue

La langue est le muscle squelettique sur le plancher de la bouche qui manipule la nourriture pour mâcher (mastication) et avaler (déglutition). Il est sensible et maintenu humide par la salive. Le dessous de la langue est recouvert d'une membrane muqueuse lisse. La langue a également un sens du toucher pour localiser et positionner les particules alimentaires qui nécessitent une mastication supplémentaire. La langue est utilisée pour faire rouler des particules de nourriture dans un bol avant d'être transportée dans l'œsophage par le péristaltisme.

La région sublinguale sous le front de la langue est un endroit où la muqueuse buccale est très mince et repose sur un plexus de veines. C'est un endroit idéal pour introduire certains médicaments dans le corps. La voie sublinguale tire parti de la qualité hautement vasculaire de la cavité buccale, et permet l'application rapide de médicaments dans le système cardiovasculaire, en contournant le tractus gastro-intestinal.

Les dents

Article principal: Dents

Les dents (dents singulières) sont de petites structures blanchâtres trouvées dans les mâchoires (ou la bouche) de nombreux vertébrés qui sont utilisés pour déchirer, gratter, traire et mâcher de la nourriture.Les dents ne sont pas en os, mais plutôt en des tissus de densité et de dureté variables, tels que l'émail, la dentine et le cément. Les dents humaines ont un apport sanguin et nerveux qui permet la proprioception. C'est la capacité de sensation quand on mâche, par exemple si nous mordions quelque chose de trop dur pour nos dents, comme une plaque ébréchée mélangée à de la nourriture, nos dents envoient un message à notre cerveau et nous réalisons qu'il ne peut pas être mâché, alors on arrête d'essayer.

La forme, la taille et le nombre de dents des animaux sont liés à leur régime alimentaire. Par exemple, les herbivores ont un certain nombre de molaires qui sont utilisées pour broyer la matière végétale, qui est difficile à digérer. Les carnivores ont des canines qui sont utilisées pour tuer et déchirer la viande.

Surgir

Une culture, ou croupe, est une partie expansée à paroi mince du tube digestif utilisée pour le stockage des aliments avant la digestion. Chez certains oiseaux, il s'agit d'une poche musculaire étendue près de l'œsophage ou de la gorge. Chez les colombes adultes et les pigeons, la culture peut produire du lait de culture pour nourrir les oiseaux nouvellement éclos.[14]

Certains insectes peuvent avoir une culture ou un œsophage élargi.

Illustration grossière d'un système digestif de ruminants

Abomasum

Article principal: Abomasum

Les herbivores ont développé des caecums (ou un abomasum chez les ruminants). Les ruminants ont un estomac antérieur avec quatre chambres. Ce sont le rumen, le réticulum, l'omasum et l'abomasum. Dans les deux premières chambres, le rumen et le réticulum, la nourriture est mélangée à de la salive et sépare en couches de matière solide et liquide. Les solides s'agglomèrent pour former le bol (ou bolus). La boue est ensuite régurgitée, mâchée lentement pour la mélanger complètement à la salive et pour réduire la taille des particules.

Les fibres, en particulier la cellulose et l'hémicellulose, sont principalement décomposées en acides gras volatils, en acide acétique, en acide propionique et en acide butyrique dans ces chambres (le réticulo-rumen) par les microbes: (bactéries, protozoaires et champignons). Dans l'omasum, l'eau et de nombreux éléments minéraux inorganiques sont absorbés dans la circulation sanguine.

La caillette est le quatrième et dernier compartiment de l'estomac chez les ruminants. C'est un équivalent proche d'un estomac monogastrique (par exemple, chez l'homme ou le porc), et le digesta est traité ici de la même manière. Il sert principalement de site d'hydrolyse acide de protéines microbiennes et alimentaires, préparant ces sources de protéines pour une digestion et une absorption ultérieures dans l'intestin grêle. Digesta est finalement déplacé dans l'intestin grêle, où la digestion et l'absorption des nutriments se produit. Les microbes produits dans le réticulo-rumen sont également digérés dans l'intestin grêle.

Une mouche de chair "soufflant une bulle", éventuellement pour concentrer sa nourriture en évaporant de l'eau

Comportements spécialisés

La régurgitation a été mentionnée ci-dessus sous la caillette et la culture, se référant au lait de culture, une sécrétion de la doublure de la récolte de pigeons et de colombes avec laquelle les parents nourrissent leurs petits par régurgitation.[15]

Beaucoup de requins ont la capacité de renverser leur estomac et de le sortir de leur bouche afin de se débarrasser des contenus indésirables (peut-être développés comme un moyen de réduire l'exposition aux toxines).

D'autres animaux, tels que les lapins et les rongeurs, pratiquent des comportements de coprophagie - en mangeant des fèces spécialisées afin de ré-digérer les aliments, en particulier dans le cas des fourrages grossiers. Les capybara, les lapins, les hamsters et autres espèces apparentées n'ont pas de système digestif complexe comme le font par exemple les ruminants. Au lieu de cela, ils extraient plus de nutriments de l'herbe en donnant à leur nourriture un second passage dans l'intestin. Les pastilles fécales molles des aliments partiellement digérés sont excrétés et généralement consommés immédiatement. Ils produisent également des fientes normales, qui ne sont pas consommées.

Les jeunes éléphants, les pandas, les koalas et les hippopotames mangent les excréments de leur mère, probablement pour obtenir les bactéries nécessaires à la digestion de la végétation. Quand ils sont nés, leurs intestins ne contiennent pas ces bactéries (ils sont complètement stériles). Sans eux, ils ne pourraient obtenir aucune valeur nutritionnelle de nombreux composants végétaux.

Dans les vers de terre

Le système digestif d'un ver de terre se compose d'une bouche, du pharynx, de l'œsophage, de la culture, du gésier et de l'intestin. La bouche est entourée de lèvres fortes, qui agissent comme une main pour saisir des morceaux d'herbe morte, des feuilles et des mauvaises herbes, avec des morceaux de terre pour aider à mâcher. Les lèvres cassent la nourriture en plus petits morceaux. Dans le pharynx, la nourriture est lubrifiée par les sécrétions de mucus pour faciliter le passage. L'œsophage ajoute du carbonate de calcium pour neutraliser les acides formés par la décomposition de la matière alimentaire. Le stockage temporaire se produit dans la culture où les aliments et le carbonate de calcium sont mélangés. Les muscles puissants de la baratte de gésier et mélanger la masse de nourriture et de saleté. Lorsque le barattage est terminé, les glandes situées dans les parois du gésier ajoutent des enzymes à la pâte épaisse, ce qui aide à décomposer chimiquement la matière organique. Par péristaltisme, le mélange est envoyé à l'intestin où les bactéries amicales continuent la dégradation chimique. Cela libère des glucides, des protéines, des graisses et diverses vitamines et minéraux pour une absorption dans l'organisme.

Aperçu de la digestion des vertébrés

Chez la plupart des vertébrés, la digestion est un processus en plusieurs étapes dans le système digestif, à commencer par l'ingestion de matières premières, le plus souvent d'autres organismes. L'ingestion implique généralement un certain type de traitement mécanique et chimique. La digestion est séparée en quatre étapes:

  1. Ingestion: placer la nourriture dans la bouche (entrée de nourriture dans le système digestif),
  2. Décomposition mécanique et chimique: mastication et mélange du bolus résultant avec de l'eau, des acides, de la bile et des enzymes dans l'estomac et l'intestin pour décomposer les molécules complexes en structures simples.
  3. Absorption: des nutriments du système digestif aux capillaires circulatoires et lymphatiques par osmose, transport actif et diffusion, et
  4. Egestion (excrétion): Enlèvement des matières non digérées du tube digestif par la défécation.

Sous-jacente au processus est le mouvement musculaire à travers le système par la déglutition et le péristaltisme. Chaque étape de la digestion nécessite de l'énergie et impose ainsi une «charge de frais généraux» sur l'énergie fournie par les substances absorbées. Les différences dans ce coût indirect sont des influences importantes sur le style de vie, le comportement et même les structures physiques. Des exemples peuvent être observés chez les humains, qui diffèrent considérablement des autres hominidés (manque de cheveux, mâchoires et musculature plus petites, dentition différente, longueur des intestins, cuisson, etc.).

La majeure partie de la digestion a lieu dans l'intestin grêle. Le gros intestin sert principalement de site de fermentation de la matière indigeste par les bactéries intestinales et de résorption de l'eau des digestions avant l'excrétion.

Chez les mammifères, la préparation pour la digestion commence par la phase céphalique dans laquelle la salive est produite dans la bouche et les enzymes digestives sont produites dans l'estomac. La digestion mécanique et chimique commence dans la bouche où les aliments sont mâchés et mélangés à la salive pour commencer le traitement enzymatique des amidons. L'estomac continue à briser les aliments mécaniquement et chimiquement par barattage et mélange avec les acides et les enzymes. L'absorption se produit dans l'estomac et le tractus gastro-intestinal, et le processus se termine par la défécation.[1]

Processus de digestion humaine

Article principal: Système digestif humain
Tractus gastro-intestinal humain supérieur et inférieur

Le tractus gastro-intestinal humain fait environ 9 mètres de long. La physiologie de la digestion des aliments varie entre les individus et d'autres facteurs tels que les caractéristiques de la nourriture et la taille du repas, et le processus de digestion prend normalement entre 24 et 72 heures.[16]

La digestion commence dans la bouche avec la sécrétion de la salive et de ses enzymes digestives. La nourriture est formée en bolus par la mastication mécanique et avalée dans l'œsophage d'où elle pénètre dans l'estomac par l'action du péristaltisme. Le suc gastrique contient de l'acide chlorhydrique et de la pepsine qui endommageraient les parois de l'estomac et le mucus est sécrété pour la protection. Dans l'estomac, d'autres enzymes libèrent la nourriture et cela se combine avec l'action de l'estomac. La nourriture partiellement digérée pénètre dans le duodénum sous la forme d'un chyme semi-liquide épais. Dans l'intestin grêle, la plus grande partie de la digestion a lieu et cela est aidé par les sécrétions de la bile, du suc pancréatique et du suc intestinal. Les parois intestinales sont bordées de villosités et leurs cellules épithéliales sont recouvertes de nombreuses microvillosités pour améliorer l'absorption des nutriments en augmentant la surface de l'intestin.

Dans le gros intestin, le passage des aliments est plus lent pour permettre la fermentation par la flore intestinale. Ici, l'eau est absorbée et les déchets sont stockés sous forme d'excréments à déféquer par le canal anal et l'anus.

Mécanismes de contrôle neural et biochimique

Différentes phases de la digestion ont lieu, y compris: la phase céphalique,

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