Chapitre 2 : Macronutriments PDF

Chapitre 2: les macronutriments Glucides: définition Polyalcools avec en général une fonction aldéhyde ou cétone Formule chimique brute habituelle – (CH2O)n avec n ≥ 3 Les glucides (hydrates de carbone) (CH2O)n , par exemple C6H1206 – Polaires, solubles dans l’eau Biomolécules les...

Chapitre 2: les macronutriments Glucides: définition Polyalcools avec en général une fonction aldéhyde ou cétone Formule chimique brute habituelle – (CH2O)n avec n ≥ 3 Les glucides (hydrates de carbone) (CH2O)n , par exemple C6H1206 – Polaires, solubles dans l’eau Biomolécules les plus abondantes – Photosynthèse (algues, végétaux): à partir CO2 et H2O, 100 milliards de tonnes /an de cellulose, amidon et autres produits végétaux – Glycogène, sucres simples (glucose) Glucides: source principale d’énergie chez l’Homme – Amidon des végétaux Tubercules (pommes de terres, patate douce,..) Céréales (blé, maïs, froment, riz..) Légumineuses (haricots secs, fèves, lentilles, pois secs,..) 4 kcal/g Glucides: classification MMM, vol 12, 2018 Glucides: classification plus commune = glucides alimentaires MMM, vol 12, 2018 Quelques dénominations à bannir Hydrates de carbone « Sucres » comme synonyme des glucides Sucres rapides (DP≤2) ou sucres lents (amidon, féculents) Disaccharides, oligosaccharides, polysaccharides: – Préférer diosides, oligosides, polyosides Sucrose (anglais) Glucides complexes (DP ≥ 3) vs glucides simples (DP ≤ 2 ou sucres) – Recommandation OMS/FAO (2015) Classification des glucides  Les glucides Monosaccharides (oses ou sucres) – unité glucidique de base; les plus fréquents et importants: Hexoses (C6H12O6) – Glucose (le plus important au niveau métabolique) – Fructose (fruit) – Galactose (dérivé du lactose, lait) Pentoses ( 5 C) – Ribose (acides nucléiques)  Les glucides Disaccharides (diosides) – Composés de 2 monosaccharides (idem ou pas) – Abondants dans l’alimentation Saccharose (sucrose): glucose + fructose – = sucre de table (sucre) Maltose: glucose + glucose (malt) Lactose: glucose + galactose (lait)  Les glucides Polysaccharides (polyosides) – > 10 unités – Diffèrent par la longueur, la nature (a ou b) et la position (1-4 ou 1-6) de la liaison entre unités  AMIDON et CELLULOSE Résidus de glucose : Configuration a Résidus de glucose : Configuration ß  Les glucides Polysaccharides (polyosides) – Amidon Pommes de terre, céréales Substance de réserve riche en énergie 2 types de polymères – Amylose » longues chaînes – Amylopectine » chaînes très ramifiées  Les glucides Polysaccharides: glycogène Structure extrêmement ramifiée – Accès rapide pour extension et dégradation Principale source de mise en réserve du glucose – Foie, muscle Matrice protéique: glycogénine – Glycogène synthase liaison a (1® 4) – Enzyme branchante Ramification de 7 résidus Liaison a (1®6) Dégradation du glycogène – Glycogène phosphorylase liaison a (1 ® 4) – Enzyme débranchante Débranchement (transfert des résidus à une extrémité) Hydrolyse liaison (1 ® 6) Digestion & absorption des glucides Seuls les oses (monosaccharides) peuvent être absorbés par les entérocytes, ce qui implique une digestion complète  Étapes dans la digestion des glucides Polysaccharides (ex: amidon) Amylase salivaire enzymes !"#$%&'()"(*"+'( Amylase pancréatique )$,'-.$/ sécrétées disaccharides, trisaccharides, Maltase (malt. 2 gluc.) Lactase (lac. gluc + gal) Enzymes Sucrase (sucr. gluc + fruc) intestinales de surface Monosaccharides Les glucides sont exclusivement absorbés sous la forme de monosaccharides  Digestion de l’amidon par l’amylase pancréatique Digère l’amidon en oligosaccharides Les oligosaccharides sont hydrolysés par les enzymes de la bordure en brosse. Enzymes digestive de la bordure en brosse – Disaccharidases – Dipeptidases, Aminopeptidases – Monoglyceride lipase – Nucleotidases, nucleosidases – Alkaline phosphatase 14-digestion- absorption-glucides-19  Digestion dans la bordure en brosse Sucrase Sucrose Glucose + Fructose (saccharose) Maltase Maltose Glucose + Glucose Lactase Lactose Glucose + Galactose *faible activité chez l’adulte (influence raciale) Absorption intestinale du glucose  Les fibres alimentaires Définition – Polymères glucidiques (≥ 3 monomères) ni digérés ni absorbés par intestin grêle, naturellement présents dans alimentation ou obtenus à partir de matières premières alimentaire brutes ou synthétiques et qui ont un effet physiologique bénéfique démontré  Les fibres alimentaires Classification (groupe hétérogène) – Polysaccharides des parois végétales: liaison ß (1-4) Cellulose, hemicellulose, pectines, (lignine) – Hydrocolloïdes d’origine végétale, algale ou microbienne Gommes – Amidons « résistants » = fraction d’amidon non digérée dans le tractus intestinal supérieur – Oligosaccharides résistants Fructo-oligosaccharides (FOS), galacto-oligossacharides (GOS), lactulose  Les fibres alimentaires Propriétés physico-chimiques – Solubles (pectine, gomme) – Insolubles (cellulose, hemicellulose, lignine) Devenir des fibres alimentaires – Fermentation par les bactéries coliques – Transformation en: Gaz (hydrogène, méthane, CO2) Acide lactique Acides gras à chaines courtes (AGCC) Apports de fibres recommandés et réels Apports journaliers moyens en fibres – Entre 12 et 29 g/jour (selon les pays) – Nord > Sud Europe – Belgique: apports < recommandations Apports journaliers recommandés – > 25 g/jour (OMS, EFSA) – ≥ 30 g/jour (CSS, Belgique) Amélioration fonctions intestinales Réduire risque des affections CV, obésité, certains cancers et pathologies inflammatoires Effets sur la santé des fibres alimentaires Effets sur la fonction intestinale – Régulation du transit intestinal (N: 24 à 72 h) Transit court = prévention de la constipation Augmentent le poids des selles – Fibres solubles (pectines, gommes), OGS, amidon résistant: fermentation Baisse pH intestinal, microbiote, motilité Production AGCC (muqueuse colique) – Fibres non solubles (cellulose, lignine) Peu fermentées Augmentent le volume du bol alimentaire (eau) Accélèrent le transit Effets sur la santé des fibres alimentaires Prévention contre le cancer colorectal – Réduction du temps de transit (contact avec toxique) – Incidence plus élevée dans pays industrialisés – Études épidémiologiques EPIC (Europe): réduction de 40 % du risque (35 g/j) Autres études: pas effet protecteur – Type de fibres consommées ? Réduction du taux de cholestérol – Si apport élevé en fibres Effets sur la santé des fibres alimentaires Protection contre maladies cardiovasculaires – Augmentation de 10 g/j (fibres de céréales et de fruits) Diminution de 14 % risque de maladie coronarienne Diminution de 27 % de mortalité coronarienne Effets défavorables – Augmenter progressivement apport Fermentation (flatulence, ballonnement, crampes intestinales) Discordances entre études observationnelles et interventionnelles Prébiotiques, probiotiques et synbiotiques Prébiotiques – Ingrédients alimentaires non digestibles mais fermentables qui affectent de manière bénéfique l’hôte en stimulant sélectivement la croissance et/ou l’activité d’une ou d’un nombre limité de bactéries au niveau du colon, et dès lors améliorent la santé de l’hôte Non digestibility Fermentation Production of Modulation of microflora short chain fatty Prebiotic effect acids (SCFA) Health Effects Gut microbiota as an important metabolic « organ » 1014 bacterial cells , mainly present in the colon 1000 different species known until now Microbiote represents 100 more genes than the human genome …Bacteria need « food » Impact de l’alimentation sur le microbiote et conséquences sur le métabolisme de l’hôte Am J Physiol Endocrinol Metab 315: E1–E6, 2018  Prébiotiques, Probiotiques et synbiotiques Probiotiques – Microorganismes vivants (bactéries ou levures) qui, administrés en quantité adéquate, confèrent un bénéfice en matière de santé chez l’hôte Deux groupes principaux: lactobacilius, bifidobacterium  Prébiotiques, Probiotiques et synbiotiques Probiotiques – Microorganismes vivants (bactéries ou levures) qui, administrés en quantité adéquate, confèrent un bénéfice en matière de santé chez l’hôte Deux groupes principaux: lactobacilius, bifidobacterium Synbiotiques (mélange de pré et probiotiques) – Supplément qui contient des pré et des probiotiques qui agissent ensemble pour maintenir favorablement la microflore de l’intestin humain Laits fermentés (yogurts) – Bifidobactéries / FOS – Lactobacillus /inuline  Les Lipides Groupe hétérogène Insoluble dans l’eau, soluble dans les solvants organiques Sous forme liquide (huile) ou solide (graisse) – Densité inférieure à l’eau Fonctions biologiques – Réserve énergétique – Constituant des membranes biologiques – Précurseurs (hormones, cofacteurs enzymatiques, messagers intracellulaires) 3 catégories de lipides – les triglycérides (graisses neutres) – les phospholipides (membranes) – les stéroïdes Types de lipides présents dans l’organisme Lipides de réserve : triglycérides Lipides de structure Lipides à activité biologique particulière Messagers intracellulaires (ex : diacylglycérol) Messagers intercellulaires (eicosanoïdes, hormones stéroïdiennes) Vitamines liposolubles (A, D, E, K)  Les triglycérides - Graisses neutres - Glycérol + 3 Acides gras (liaison ester) - Apolaires, hydrophobes - Apport alimentaire principal en lipides  Les triglycérides - Gouttelettes lipidiques uniformes, eau exclue - Très efficient pour stockage d’énergie - Réserve énergétique à long terme (10 à 15 kg)  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Structures et fonctions – Constituants majeurs triglycérides, phospholipides, sphingolipides, (esters de cholestérol) Triglycérides: glycérol + 3 AG – 95-98 % apport alimentaires en lipides – Réserves dans le tissu adipeux Phospholipides: glycérol + 2 AG + ac.phosphorique lié à un alcool – Lipides de structure (membranes) Sphingolipides – Membranes (reconnaissance et signalisation cellulaires)  Les acides gras Nombre pair de carbones – C16 et C18 les plus abondants dans l’alimentation Saturés (pas de doubles liaisons entre les atomes de carbone) ou insaturés (une ou plusieurs doubles liaisons)  Les acides gras Nomenclature – Commune = par rapport à la source de mise en évidence initiale Acide palmitique (palme), oléique (olive) – Chimique = position de la double liaison à partir de l’extrémité carboxyle Exemple: acide a-linolénique (18 carbones, 3 doubles liasons): cis-9,12,15-18:3  Les acides gras – Physiologique = position de la 1ère double liaison à partir de l’extrémité non carboxylique (exemple: n-3 ou w-3) 3 familles principales: n-3, n-6, n-9 Famille Source Exemple Structure simplifiée Saturé Alimentation ou Myristique 14:0 synthèse Palmitique 16:0 Stéarique 18:0 n-9 Alimentation ou Oléique 9-18:1 synthèse n-6 Alimentation Linoléique 9,12-18:2 n-3 Alimentation a-linolénique 9,12,15-18:3  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Structures et fonctions – Classement Longueur de la chaine: de 4 à 24 carbones – AG à chaine courte ou moyenne (AGCM): 4 à 10 C – ≥ 12 C = AG à longue chaine – Rôles dans état physique (solide ou liquide), digestion, absorption Degré d’insaturation – AG saturés, monoinsaturés et polyinsaturés – Influence le point de fusion » Insaturation abaisse le point de fusion  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les acides gras saturés ( 4 à > 20 carbones) – Synthétisés par l’Homme (foie, cerveau et tissu adipeux) Acide palmitique (C16:0): le plus intensément synthétisé AGS à plus longue chaîne: produits en moindre quantité par élongation dans les tissus AGS plus courts: glande mammaire en lactation, de manière spécifique. – Alimentation: source abondante – Origines, métabolismes et fonctions très différentes  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les acides gras saturés ( 4 à > 20 carbones) – Acide butyrique (C4) Rôle protecteur dans cancer colorectal – AGS à chaine moyenne (C6 à C10) Absorption directe dans veine porte Oxydation directe dans le foie – Neutre (protecteur) contre l‘adiposité Aucun effet hypercholestérolémiant Pas associés au risque cardiovasculaire  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les acides gras saturés ( 4 à > 20 carbones) – Acides gras à chaines longues (> 12C) Les plus abondants dans l‘alimentation – Acide laurique (C12:0) – Acide myristique (C14:0) – Acide palmitique (C16:0) – Acide stéarique (C18:0) » Constituants des triglycérides de réserve (apport énergétique) » Constituants des phospholipides et des sphingolipides (membranes)  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les acides gras saturés ( 4 à > 20 carbones) – Acides gras saturés athérogènes (AGS-ath) Maximum 8 % apport énergétique Acide myristique (C14:0) Acide laurique (C12:0) Acide palmitique (C16:0) – Le plus synthétisé par l’homme – Le plus abondant dans l’alimentation – Accumulation maximale dans les tissus  Huile de Palme - Extraite de la pulpe du fruit du palmier à huile - Huile de palmiste: extraite du noyau - Huile végétale plus consommée - Dans 50 % des aliments transformés - Principale source matière grasse dans le monde - Production à 80 % en Asie - Indonésie, Malaisie - Composition Acides gras Pourcentage Saturés Acide palmitique 44 % Acide stéarique 4,5 % Acide myristique 1% Mono-insaturés Acide oléique 38 % Poly-insaturés Acide linonéïque 10 % Acide linolénique 0,5  Huile de Palme Avantages – Prix très bas par rapport aux autres huiles végétales – Rendement élevé – Goût doux (sensation de moelleux) – Mi-solide, mi-liquide – Peu sensible à l’oxydation (conservation) Dangers – Contient 40 % AGS athérogènes Principal déterminant du taux de cholestérol plasmatique Augmente le risque cardio-vasculaire – Mode de culture actuel: impact environnemental négatif majeur Déforestation, menaces immédiates (animaux) et à long terme (biodiversité, climat)  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les acides gras monoinsaturés – Origine endogène et alimentaire Endogène: delta-9 désaturase – Surtout de l’acide oléique (à partir de acide stéarique) Alimentaire – Acide oléique Source d’energie Dans les triglycérides (maintien état fluide à T° corporelle) Forme principale de l’estérification du cholestérol Composant des Phospholipides de la membrane (idem AGS, AGPI) – Modulation de activité des enzymes, transporteurs et récepteurs  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les AGPI n-6 (oméga 6) et n-3 (oméga 3) – Indispensables car nécessaires et non synthétisables – Conditionnellement indispensables Acide arachidonique (C20:4 n-6) pour AGPI n-6 EPA (C20:5 n-3) et DHA (C22:6 n-3) pour AGPI n-3 AGPI indispensables et conditionnellement = AG essentiels Compétition des entre les familles Désaturases, élongases – Pas de transformation entre n-3 et n-6  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Les AGPI n-6 (oméga 6) et n-3 (oméga 3) – Indispensables car nécessaires et non synthétisables Biosynthèse des acides gras insaturés Les interconversions entre acides gras insaturés sont qualitativement limitées chez l'Homme Les cellules animales n’ont pas de désaturase capable de placer une double liaison entre le C10 et CH3 terminal Notions d’acides gras essentiels et semi-essentiels Chemical Structure and Pathway of Conversion of Linoleic and Alpha-Linolenic Acid (ALA) into Longer Derivatives (Long-Chain, or Highly Unsaturated Polyunsaturated Fatty Acids). De Caterina R. N Engl J Med 2011;364:2439-2450.  w-6 w-3 Ac. linoléique Ac. a - lilolénique GLA EPA (Ac. g linolénique) (Ac. eicosapentanoïque) DGLA DHA (Ac. Dihomo -g linolénique) (Ac. Docosahexaénoïque) Prostaglandines E 1 Prostaglandines E 3 Ac. Arachidonique Prostaglandines E 2 Anti - inflammatoire Thromboxanes Anti - agrégation Leucotriènes Vasodilatation Inflammation Agrégation Vasoconstriction  Acides gras aspects biochimiques et physiologiques Conjugués: rares – Alternance de simples et de doubles liaisons Trans (configuration géométrique) – Les deux atomes H sont placés de chaque côté – Naturels Biohydrogénation par bactéries du rumen – Non naturels Hydrogénation chimique partielle des huiles végétales – Margarines et graisses végétales « hydrogénées » Acides gras insaturés cis et trans Besoins physiologiques minimaux en AG totaux et en AGPI indispensables chez l’Homme adulte pour une ration énergétique quotidienne de 2000 Kcal  Acides gras Biodisponibilité Apport des AG dans l’alimentation – 98 %: triglycérides – Le reste: DG, PL, EC 70 % des AG libérés sous forme libre dans TD – 1/3 sous forme de MG 95 % des lipides absorbés – > 5 % de pertes fécales = malabsorption Digestion & absorption des lipides  Digestion des lipides Les triglycérides alimentaires ne sont pas absorbables Les substances absorbables sont: – Les acides gras libres – les monoglycerides – Le cholestérol  Les grandes étapes de la digestion des lipides 1. Emulsification des graisses 2. Hydrolyse des lipides 3. Formation des micelles 4. Absorption par endocytose du contenu micellaire  Digestion des lipides La digestion implique: – Les acides biliaires et leurs sels – Des Enzymes Lipases (pancréatiques) Colipase Cholesterol esterase Phospholipase A2 La formation de micelles pour pouvoir traverser la bordure en brosse Vue générale de la digestion & de l’absorption des triglycérides  Emulsion et émulsification Une émulsion est un mélange hétérogène de deux substances liquides non miscible comme l’eau et l’huile. L’émulsification consiste à disperser l’une des substances (ici les lipides) dans l’autre (la phase aqueuse) sous forme de petites gouttelettes. Le mélange reste stable grâce à un troisième analyte appelé émulsifiant qui joue un rôle de tensioactif (ici les sels biliaires).  Devenir des éléments absorbés 1. Acides gras – Si moins de 10-12 atomes de carbone Plus hydrosolubles que les AG à longue chaîne Absorbé directement dans le sang portal – Si plus de 10-12 atomes de carbone Absorbé par les entérocytes Reconditionnés sous forme de TG Participent à la formation des chylomicrons Entre dans la circulation lymphatique Gagne la circulation sanguine via le canal thoracique 2. Le cholestérol et la lysolécithine Deviennent également des éléments des chylomicrons 3. Vitamines liposolubles Deviennent des éléments des chylomicrons Les protéines Les protéines  Les protéines Matériel de structure (pas uniquement) – Composant simple le plus abondant dans les tissus (excepté eau) – Majorité dans le muscle Au niveau énergétique: – Pas haut niveau de stockage énergétique (eau) – Pas de forme de stockage spécifique chez l’Homme Protéines ont toutes une autre fonction que stockage d’énergie – Utilisation de protéines pour fournir énergie = perte de substances Situation particulière: jeûne prolongé – En terme d’évolution, utilisation préférentielle des glucides et des lipides au niveau énergétique Digestion et absorption des protéines  Digestion et absorption des protéines Endopeptidases: action sur liens peptidiques internes – Pepsine (estomac) – Trypsine/élastase/chymotrypsine (pancréas) Exopeptidases: action sur AA des extrémités – Carboxypeptidases (extrémité carboxyle) – Aminopeptidases (extrémité amine) Libération: –acides aminés – di- et tripeptides  Digestion & Absorption des protéines Les enzymes de la bordure en brosse finissent le travail de digestion en produisant des acides aminés qui sont absorbés par l’entérocyte – Les AA sont cotransportés de façon active pour transiter dans l’entérocytes et ils seront libérés dans la circulation  Le bilan azoté Protéines corporelles 10 - 12 kg Catabolisme/anabolisme 250 g/j Muscle 80 g/j Foie Pancréas 120 Intestin Lymphocytes 20 Molécules azotées Acides aminés libres transamination 50 - 80 g Pertes: 80 - 100 g/jour désamination Protéines alimentaires Azote 80 - 100 g/j Urinaire 12 g/jour Acides cétoniques glucoformateurs cétoformateurs  Bilan azoté Apports quotidiens en acides aminés nécessaires Pertes fécales faibles Pertes urinaires = indicateur fiable de dégradation protéique Urée urinaire (g/l) x 1,2 / 2,14 = g d’azote (N) 1 g azote = 6,25 g de protéines Si excès: désamination à urée : bilan azoté = 0 Équilibre azoté si quantité N urinaire = quantité N contenue dans les protéines alimentaires Bilan azoté pourra être négatif (jeûne, immobilisation, carence en acides aminés essentiels..) ou positif (croissance..) Métabolisme des glucides et des lipides: Lipogenèse Lipogenèse de novo – Synthèse d’acides gras (TG) à partir de substrats non lipidiques: glucose (AA) – Permet à un excès de glucides alimentaires d’être stockés sous forme de lipides – Lieu de synthèse: foie et tissu adipeux – A partir de l’acetyl-CoA Catabolisme du glucose, AA, acides gras Lipogenèse de novo Lipogenèse de novo  Importance physiologique de la lipogenèse de novo chez l’homme Devenir métabolique de 2000 kcal (ingérées sous forme de dextrine maltose) durant les 14 heuresqui suivent l’ingestion dans 3 groupes de sujets sains maintenus les 6 jours précédants à une alimentation pauvre, équilibrée ou riche en glucides Régime antérieur Stocké sous forme Oxydé (kcal) Converti en de glycogène (kcal) lipides (kcal) Pauvre en glucides 1292 ± 94 701 ± 20 7±5 Habituel 1030 ± 36 938 ± 44 32 ± 6 Riche en glucides 970 ± 20 946 ± 29 84 ± 9 Données adaptées de Acheson et al 1983  Lipogenèse de novo En conditions habituelles, la lipogenèse de novo est peu active et n’aboutit pas à une synthèse nette de lipides quantitativement importante Situations où lipogenèse de novo est significative – Apports en glucides > dépense énergétique – Nutrition intraveineuse glucidique mal adaptée Adaptation oxydative des macronutriments en situation hypercalorique Adaptation oxydative des macronutriments en situation hypercalorique Oxydation des glucides, lipides et protéines chez des sujets sains sous régime isocalorique et après 9 jours de régime hypercalorique (1000 kcal/j en surplus)  Place des glucides dans une alimentation équilibrée Apport calorique: 4 kcal vs 9 kcal lipides Réserves faibles Lipogenèse négligeable Ajustement précis apport - oxydation Signaux de satiété (glycogène hépatique) Faible onctuosité (palatabilité)