CHAPITRE 1 – La PHOTOSYNTHESE

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CHAPITRE 1 – LA PHOTOSYNTHESE
Soumis au rayonnement solaire, les végétaux réalisent la photosynthèse dans leurs
parties chlorophylliennes. Ils synthétisent ainsi de la matière organique à partir d’eau, de
sels minéraux et de dioxyde de carbone.
Problématique : Comment se déroule la photosynthèse à l’échelle cellulaire?
 Les feuilles sont des organes spécialisés dans la réalisation de la photosynthèse.
Elles utilisent l’énergie lumineuse pour produire de la matière organique.
Où a lieu la photosynthèse dans une cellule chlorophyllienne et quel est son bilan
chimique?
I – LOCALISATION DE LA PHOTOSYNTHESE
Localisation de la photosynthèse
Pb: Où a lieu la photosynthèse dans une cellule chlorophyllienne et quel est son bilan chimique?
BILAN
La photosynthèse permet l’élaboration de matière organique à partir du carbone minéral, de
l’eau (H2O) et de l’énergie lumineuse prélevés dans l’environnement. Ce processus est réalisé
dans les cellules à pigment chlorophyllien présentes chez les végétaux et chez certaines
bactéries.
La photosynthèse se déroule principalement au niveau des feuilles. Elles sont constituées
de cellules présentant de nombreux chloroplastes. Ces organites renferment un liquide, le stroma,
dans lequel s’empilent des membranes internes, les thylacoïdes. Ces derniers contiennent des
pigments photosynthétiques dont la chlorophylle qui donne leur couleur verte caractéristique aux
végétaux.
L’ensemble de la photosynthèse est représenté par cette équation bilan :
6 CO2 + 6 H2O —› C6H12O6 + 6 O2
Énergie lumineuse
Quel est le rôle des pigments de la chlorophylle lors de la photosynthèse?
II – LE ROLE DES PIGMENTS CHLOROPHYLLIENS
Activités : Le rôle des pigments chlorophylliens
Pb: Quel est le rôle des pigments de la chlorophylle lors de la photosynthèse?
BILAN
La chlorophylle brute extraite de feuilles vertes est un mélange de pigments : des pigments
verts, les chlorophylles a et b, ainsi que des pigments jaunes et orangés, carotènes et
xanthophylles. Ces pigments chlorophylliens forment des complexes moléculaires ou
photosystèmes, enchâssés dans la membrane des thylakoïdes.
On peut évaluer quantitativement l’action d’une radiation lumineuse sur la photosynthèse
en mesurant, par exemple, la quantité d’O2 libérée dans le milieu ou la quantité de CO2 absorbée,
pour une radiation lumineuse définie. Les résultats montrent clairement qu’il existe une similitude
entre spectre d’action photosynthétique (rendement photosynthétique) et spectre
d’absorption d’un rai lumineux (absorbance relative de la chlorophylle). Pour un végétal
donné ce sont les radiations les mieux absorbées par les pigments photosynthétiques qui
sont les plus efficaces pour la photosynthèse. Les pigments qui reçoivent l’énergie
lumineuse jouent donc un rôle fondamental dans la photosynthèse.
 Les pigments qui reçoivent l’énergie lumineuse jouent donc un rôle fondamental dans
la photosynthèse. Comment ces pigments chlorophylliens participent-ils à la conversion
de l’énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la cellule
III – LA CONVERSION DE L’ENERGIE LUMINEUSE EN ENERGIE CHIMIQUE
Activités : Conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Pb Comment ces pigments chlorophylliens participent-ils à la conversion de l’énergie lumineuse en
énergie chimique utilisable par la cellule
BILAN
. Dans les thylakoïdes, la phase photochimique débute par l’activation de la
chlorophylle:
- l’énergie lumineuse photonique est absorbée par les électrons de la chlorophylle au
niveau de photosystèmes,
- les molécules de chlorophylle activées par la lumière libèrent des électrons (c’est la
source d’électrons indispensable au vivant),
- ces électrons, « dopés » énergétiquement, sont captés et pris en charge par un système
de transporteurs d’électrons (chaîne photosynthétique) pour être conduits vers un accepteur
d’électron R+ (composés oxydés) qui est réduit en RH2 (transporteurs de protons =
composés réduits, c’est la source de protons indispensable au vivant), conformément aux
potentiels redox des diverses molécules impliquées
- la chlorophylle devenue électropositive reprend ses électrons en dissociant une molécule
d’eau et produisant du dioxygène: c’est la photolyse de l’eau ou oxydation de l’eau : 2 H2O
H+ + 4 e- + O2
- suivant un principe analogue à celui observé dans les mitochondries (voir infra),
l’écoulement des électrons le long de la chaîne photosynthétique permet d’emmagasiner de
l’énergie sous forme d’ATP. En effet, les protons s’accumulent dans le thylakoïde, la
concentration en H+ devient élevée et un flux de protons s’établit dans le canal de l’ATP
synthétase, assurant la synthèse et donc la régénération de l’ATP (c’est la source d’énergie
indispensable au vivant). L’ATP se construit à partir d’ADP et de phosphate inorganique Pi
prélevé dans la solution du sol et acheminé dans la sève brute.
L’énergie lumineuse est donc convertie en énergie chimique sous deux formes :
Des composés RH2 possédant un fort pouvoir réducteur
Des molécules d’ATP dont l’hydrolyse peut libérer une grande quantité d’énergie
- La phase non photochimique se déroule dans le stroma
L'étude expérimentale précise des modalités d'incorporation du dioxyde de carbone au niveau du
stroma a permis d'établir les points suivants :
- le dioxyde de carbone se fixe sur un accepteur organique, le ribulose 1-5 biphosphate, ou C5P2
(molécule à 5 atomes de C);
- quasi immédiatement, le C5P2-CO2 se scinde en deux molécules à 3 atomes de C (l'APG) ;
- grâce à une réaction d'oxydoréduction qui régénère l'accepteur R, ce nouveau composé à 3 C
est réduit en triose phosphate (noté C3P) ;
- une partie des C3P sert à reformer l'accepteur C5P2, ce qui permet à l'incorporation de CO2 de
se poursuivre;
- l'autre partie des C3P sert de point de départ à la synthèse de multiples molécules glucidiques,
dont l'amidon qui est temporairement stocké au sein du chloroplaste.