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DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES
Manuel: Nathan Terminale S Spécialité, 2002
CONSTATS:
TP: Les différents réservoirs du carbone.
Shéma-bilan: le cycle du carbone
Dans la nature, le carbone se trouve à l'état oxydé - CO2
atmosphère, HCO3 océans : C minéral et à l'état réduit (lié à H) - C organique / GPL des
organismes vivants
CONCLUSION: Il existe de nombreux lieux où le
carbone est stocké, transféré ou transformé de l'état
réduit à oxydé mais il n'existe qu'un seul endroit où le
carbone passe de l'état oxydé à l'état réduit: c'est à
l'intérieur des végétaux chlorophylliens.
PROBLÈME 1: Comment le carbone passe-t-il de l'état
oxydé (minéral) à l'état réduit (organique) au sein des
végétaux chlorophylliens pendant la photosynthèse ?
I) Du carbone minéral au composants organiques du vivant.
sous-problème 1: comment le CO2 entre-t-il dans les végétaux ?
1)L'entrée de CO2 dans la biosphère.
(TP L'ENTRÉE ET LA DISTRIBUTION DU DIOXYDE DE CARBONE DANS LES FEUILLES )
CONCLUSION: Le CO2 de l'air pénètre dans les feuilles de végétaux supérieurs par les stomates, la
cuticule épidermique étant imperméable, et atteint les cellules chlorophylliennes des parenchymes. (voir
p14 et 15)
sous-problème 2: où le CO2 est-il utilisé ?
2)Lieux et conditions de la photosynthèse
(TP LOCALISATION DE LA PHOTOSYNTHÈSE AU SEIN DES VÉGÉTAUX )
A l'oeil nu tout d'abord : la préparation éclairée est plus sombre que l'autre, car l'ion Ag+a été réduit et
est devenu de l'argent métallique qui apparaît noir. Au microscope, on peut voir que le noircissement
concerne les chloroplastes bien plus que les autres constituants cellulaires
Les équations d'oxydoréduction sont
chl ----> chl++ e+
Ag +e- ----> Ag (opaque)
CONCLUSION: La présence d'amidon (C6H10O5)n, un polyoside issu de la polymérisation d'oses
(glucose et fructose) C6H12O6 permet d' établir un bilan des réaction enzymatiques réalisées au sein des
chloroplastes (voir électronographies p16 et 17):
6CO2+6H2O -------> C6H12O6+6O2 (bilan provisoire)
puis n C6H12O6 -------------->(C6H10O5)n+ nH2O
Les grains d'amidon apparaissent dans le stoma des chloroplastes en présence de lumière, d'eau et de
CO2. Les réactions qui se déroulent dans le chloroplaste sont des réactions d'oxydoréduction.
sous-problème 3: comment les végétaux captent-ils l'énergie lumineuse ?
3)La nature de la lumière: spectres d'émission et d'action
La lumière est à la fois constituée d'ondes et de particules, les photons. Chaque rai lumineux est
caractérisé par une longueur d'onde. L'ensemble des longueurs d'onde émis par les rayons solaire
constitue son spectre d'émission.
Spectre d'action: exercice n°1 p 29
A1) Les bacterium thermo se placent près de la bulle d'air pour se procurer le dioxygène dont elles sont
avides.
A2)
Préparation entièrement éclairée: bactéries tout le long de l'algue filamenteuse.
Préparation faiblement éclairée: bactéries dispersées.
Préparation avec un faisceau lumineux : bactéries tout le long de l'algue filamenteuse dans le
faisceau et dispersées alleurs
Lorsque la lumière est intense, les bactéries sont attirées par l'algue car l'algue libère du dioxygène
durant la photosynthèse.
A3) La libération d'O2 n'est possible que si l'intensité lumineuse est suffisante. (Seuil de photosynthèse)
B1) bacteruim thermo autour de l'algue dans le rouge-orange (660-700nm) et dans le bleu (450-510nm)
dons beaucoup d'O2 libéré dans ces radiations et très peu dans le vert.
B2) L'algue photosynthétise grâce à la lumière rouge et la lumière bleue.
CONCLUSION: Seule une partie des longueurs d'onde est utilisée
pour la photosynthèse. Les radiations dont la longueur d'onde est
voisine de 480nm (bleu) ou de 680nm (rouge) sont efficaces. On
parle de spectre d'action de la lumière. Il diffère du spectre
d'émission.
sous-problème 4: comment expliquer que certaines radiations ne
sont pas efficaces ?
4)Le rôle des pigments dans l'absorption de l'énergie lumineuse.
(TP ABSORPTION DE LA LUMIÈRE PAR LA CHLOROPHYLLE )
CONCLUSION: Les radiations lumineuses absorbées par les pigments chlorophylliens (spectre
d'absorption) sont celles pour lesquelles est photosynthèse est active (spectre d'action).
Les pigment chlorophylliens sont donc des pigments photosynthétiques.
sous-problème 5: comment l'énergie lumineuse permet-elle le dégagement de dioxygène ?
5)Transfert de l'énergie lumineuse en énergie chimique : la phase photo-chimique.
(TP PHÉNOMÈNES D'OXYDO-RÉDUCTION DANS LES CHLOROPLASTES )
La fluorescence, re-émission d’énergie lumineuse par les chlorophylles qui ont capté de l’énergie
lumineuse naturelle, traduit l’excitation de la chlorophylle à la lumière : Chl ----> Chl+ + equi revient à son état initial Chl+ + e- ----> chl + lum + chaleur
sous-problème 6: comment expliquer qu'il n'y ait pas de fluorescence dans la feuille ?
La chlorophylle cède des électrons à des accepteurs d'électrons qui sont ainsi réduits.
D'où la décoloration du DCPIP (bleu à l'état oxydé) en présence de lumière
sous-problème 7: Que devient la chorophylle oxydée (chl+) ?
Hypothèse : un composé lui fournit des e- pour qu'elle revienne à son état fondamental.
Exercice 2 p 29 (exp de Ruben et Kamen)
Obscurité 18O2 et 16O2 diminuent car respiration des chlorelles
Lumière 18O2 diminue et 16O2 augmente car respiration donc consommation 8O2 et 16O2 comme à
l'obscurité+ photosynthèse avec production d' 16O2 uniquement. Donc 16O2 produit ne peut provenir que
de l'eau.
On a donc H2O ------> ½ O2 +2H+ + 2eCONCLUSION: En présence de lumière, en absence de source carbonée, dans les thylakoïdes des
chloroplastes, la réduction d'un accepteur d'e- (RH2) s'accompagne d'une libération d'électrons et d’un
dégagement de dioxygène par l'oxydation de l'eau. Cette oxydation est productrice d’énergie, sous
forme d’ATP.
La réaction-bilan est donc:
6CO2+12H2O -------> C6H12O6+6O2+ 6H2O
lumière
R
antenne collectrice
de photons
A
carotènes
Xanthophylles
Chlorophylle b
RH
2
Chl*
lumière
ATP
AChl+
ADP+P
D-
Chl
1/2O 2
D
sous-problème 8: Que deviennent les ATP et les RH2 formés ?
H2O
+ 2H+