Chloroplastes et mitochondrie 2-1

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LECONS":"Chloroplaste"et"mitochondrie"
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Remarques!:!!
‐!Dans!les!deux!plans!proposés,!il!faudrait!construire!un!schéma!bilan!global!comme!celui!réalisé!samedi.!
‐!L’un!d’entre!vous!propose!un!plan!qui!reprend!le!I/!du!premier!plan!proposé!ici!suivi!du!I/!et!du!II/!du!second,!ce!
qui,!à!mon!avis,!fonctionne!bien!également.!
Autres"leçons"proches"
• Autotrophie!et!hétérotrophie!à!l'échelle!de!la!cellule!2nde!
• Respiration,!fermentation!et!production!d'ATP!Tale!Sspé!
• Compartimentation!cellulaire!et!métabolisme!chez!les!végétaux!TS!Spécialité!
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Les"ouvrages"utilisables"
ARTICLES"SCIENTIFIQUES"
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Logiciels"pédagogiques"
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Replacer"la"séquence"dans"la"progression"annuelle"
Cette! leçon,! en! TS! spécialité,! appartient! à! la! partie! intitulée! «!Diversité! et! complémentarité! des!
métabolismes!».! On! envisage! tout! d’abord! le! cycle! du! carbone! dans! un! premier! chapitre! ainsi! que! la!
synthèse! de! matière! organique! mais! à! l’échelle! de! la! plante.! On! montre! également! que! dans! un!
écosystème,!les!relations!trophiques!s’établissent!entre!les!producteurs!primaires!autotrophes!et!les!divers!
producteurs!secondaires!hétérotrophes.!Les!éléments!essentiels!à!la!synthèse!de!matière!organique!par!les!
végétaux!chlorophylliens!:!lumière,!chlorophylle!sont!connus!ainsi!que!les!échanges!gazeux!(consommation!
de!CO2!et!production!d’O2).!!
Il!reste!à!envisager!le!rôle!des!chloroplastes!dans!la!synthèse!de!matière!organique!et!le!déroulement!de!
cette!synthèse!au!sein!de!l’organite.!De!même,!toute!cellule,!autotrophe!ou!hétérotrophe!consomme!de!la!
matière!organique!et!régénère!de!l’ATP!nécessaire!à!de!nombreux!travaux!cellulaires.!
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Les"acquis"
En!seconde!:!Autotrophie!et!hétérotrophie!
Dans"les"programmes"
Autotrophie! et! hétérotrophie! ont! été! identifiées! en! classe! de! seconde! comme! deux! types! majeurs! de!
métabolismes!chez!les!êtres!vivants.!!
Cette! partie! du! programme! de! spécialité! de! la! classe! de! terminale! S! donne! l’occasion! d’étudier! le!
métabolisme!à!l’échelle!de!l’organisme!et!de!la!cellule.!Elle!conduit!à!une!meilleure!compréhension!des!
phénomènes!à!l’origine!de!la!synthèse!des!constituants!moléculaires!des!cellules.!La!phase!photochimique!
de!la!photosynthèse!et!la!respiration!mitochondriale!sont!des!processus!contribuant!au!renouvellement!de!
molécules! comme! l’ATP! utilisées! lors! des! synthèses! et! activités! cellulaires! (transports,! mouvements).!
L’étude! de! ces! fonctions! donne! aussi! l’occasion! de! compléter! la! construction! du! bilan! structural! et!
fonctionnel! de! la! cellule! en! tenant! compte! des! acquis! des! années! précédentes,! et! d’aborder" l’origine"
d'organites"tels"que"mitochondries"et"chloroplastes.!
Dans"les"compléments"de"programmes"
On! se! limite! comme! le! programme! l’indique! à! la! photoautotrophie! pour! le! carbone.! La! mise! en! évidence! de! production! de!
matière! organique,! de! dioxygène! et! les! conditions! générales! de! cette! production! (CO2,! lumière,! pigments)! peut! être! menée!
grâce! à! des! expérimentations! classiques.! La! nécessité! d’un! approvisionnement! en! carbone! conduit! à! en! rechercher! la! source!
dans!le!CO2!atmosphérique,!et!donc!à!l’observation!des!échanges!et!des!structures!mises!en!jeu.!La!feuille!est!présentée!comme!
un! lieu! de! synthèse! de! matière! organique! (dont! le! siège! est! le! chloroplaste),! en! communication! avec! l’atmosphère! par! les!
stomates,!approvisionnée!en!eau!et!en!sels!minéraux!par!la!sève!brute!et!qui!peut!éventuellement!exporter!ses!productions!par!
la!sève!élaborée.!L’élève!est! ainsi!conduit! à!replacer"l’activité"photosynthétique"du"chloroplaste" dans"le" cadre"d’un" schéma"
général"du"fonctionnement"du"végétal.!
Les! pigments" foliaires! sont! extraits.! Leur! séparation! permet! de! mettre! en! évidence! leur! diversité.! On! compare" le" spectre"
d’action"de"la"lumière"sur"la"photosynthèse"et"le"spectre"d’absorption"de"la"lumière"par"un"extrait"brut"de"pigments"foliaires"
pour"mettre"en"évidence"le"rôle"de"ces"pigments,"et"amener"à"la"notion"de"«"pigments"photosynthétiques"»!
L’étude!des!mécanismes!biochimiques!de!la!photosynthèse!est!volontairement!restreinte.!Elle!se!limite!à!faire!comprendre!que!
l’équation‐bilan! de! la! photosynthèse! résulte! en! réalité! de! deux! processus! complémentaires! et! simultanés.! L’existence! de! ces!
deux! processus! peut! être! montrée! grâce! à! des! expérimentations"rappelant"les"travaux"de" Hill.! On! se! limite! aux! explications!
suivantes!pour!les"deux"phases"de"la"photosynthèse":"La"phase"photochimique"comprend"la"capture"des"photons,"l’oxydation"
de"l’eau"et"la"production"de"dioxygène,"ainsi"que"la"synthèse"de"molécules"intervenant"ensuite"dans"le"métabolisme":"ATP"et"
coenzymes"réduits"(RH2)."Cet!ensemble!de!réactions!est!présenté!globalement!comme!un!«!système!d’oxydo‐réduction!»!qui!se!

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déroule! au! niveau! des! thylacoïdes! où! sont! localisés! les! pigments! photosynthétiques! et! des! protéines! et! enzymes! impliquées!
dans!les!réactions!d’oxydoréduction.!
En!ce!qui!concerne!la!phase!non!photochimique,!on!se!limite!à!dire!qu’elle!consiste!en!l’incorporation!du!CO2!dans!la!matière!
organique!dans! le!stroma! et!que! cette!incorporation!s’accompagne! d’une!réduction! qui!utilise! les!coenzymes!réduits! et!l’ATP!
produits! par! la! phase! photochimique.! On! illustre! la! fabrication! de! matière! organique! par! la! production! de! glucides.! Le! cycle!
stromatique!de!réduction!photosynthétique!du!carbone!se!limite!à!une!symbolisation!de!l’accepteur!de!CO2!sous!la!forme!C5P2,!
et!des!réactions!ultérieures!sous!une!forme!semblable!(formation!de!C3P).!
La" respiration" au! niveau! cellulaire! est! mise! en! évidence! par! des! expériences! classiques,! la! présence! des! mitochondries! est!
remarquée!dans!toutes!les!cellules!y!compris!les!cellules!photosynthétiques.!Comme!pour!le!chloroplaste,!on!indique!l'isolement!
possible!des!organites!et!leur!indépendance!physique!dans!la!cellule.!Leur!rôle!dans!la!respiration!ainsi!que!l'importance!de!la!
glycolyse!initiale!dans!le!catabolisme!glucidique!sont!étudiés!au!moyen!de!documents!rapportant!des!expériences.!
L’interprétation! schématique! de! l’activité! respiratoire! en! liaison! avec! le! catabolisme! des! glucides! dans! le! hyaloplasme! et! les!
mitochondries!se!fera!comme!dans!le!cas!de!l’activité!photosynthétique!et!du!chloroplaste,!sans!aucun!développement!détaillé!
sur!les!mécanismes!du!transferts!des!protons!vers!l’espace!intermembranaire!et!de!la!synthèse!d’ATP,!ni!sur!les!composantes!
moléculaires!des!membranes!des!crêtes!mitochondriales.!Au!niveau!des!réactions!membranaires,!on!se!limitera!à!indiquer,!par!
analogie! avec! l’étude! des! chloroplastes,! que! les! réactions! d’oxydo‐réduction! qui! consomment! des! coenzymes! réduites!
s’accompagnent!de!transferts!d’électrons! et!d’une! réduction!de! l’oxygène,!accepteur! terminal!des! électrons!et!protons.!Seuls!
des! bilans! qualitatifs! et! quantitatifs! simplifiés! mettant! en! rapport! les! réactions! globales! du! catabolisme! des! glucides! et! la!
production!d’ATP!sont!exigibles.!On!conclut!cette!partie!en!signalant!la!diversité!des!modes!de!dégradation!des!composés!
organiques.!Ceci!est!illustré!uniquement!par!le!cas!de!la!fermentation"alcoolique.!Cemécanisme!permet!la!vie!d’organismes!ou!
simplement!de!cellules!dans!des!conditions!anaérobies.!
L'origine! des! organites! (mitochondries! et! chloroplastes)! peut! être! évoquée! mais! ne! pourra! pas! faire! l’objet! de! questions!
l’examen.!
Plans"proposés"
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On! peut! envisager! lors! de! la! leçon,! une! progression! conforme! à! l’ordre! du! programme! ou! bien! une!
progression! plus! originale,! basée! sur! une! étude! comparative! du! chloroplaste! et! de! la! mitochondrie! qui!
impose!de!bien!montrer!son!adaptation!!par!rapport!au!programme.!
!
‐! Quelles! sont! les! relations! entre! ultrastructures! du! chloroplaste! et! de! la! mitochondrie! et! conversions!
énergétiques! pour! produire! de! l’ATP!:! Conversion! de! l’énergie! lumineuse! dans! le! chloroplaste! et!
conversion!de!l’énergie!chimique!dans!la!mitochondrie!?!!
‐! Comment! ces! conversions! qui! nécessitent! des! transferts! d’électrons! et! de! protons! font! intervenir! les!
transporteurs!?!
‐!Quel!est!le!devenir!de!l’ATP!synthétisé!?!

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I. Place"dans"l’énergétique"de"la"cellule"
A. Chloroplaste"et"mitochondrie":"deux"organites"compartimentés"
B. Bilans"énergétiques"de"la"photosynthèse"et"de"la"respiration"
C. Des"métabolismes"complémentaires"dans"le"cycle"du"carbone"
II. Des"systèmes"membranaires"complexes"
A. Conversion"de"l’énergie"lumineuse"en"énergie"chimique"dans"la"membrane"des"thylakoïdes"
B. La"dernière"étape"de"la"respiration"dans"les"crêtes"mitochondriale"
1. L’origine"des"transporteurs"réduits":"deuxième"étape"de"la"respiration"dans"la"
matrice"
2. La"réoxydation"des"composés"réduits"
III. Les"devenirs"de"l’ATP"produit"
A. Dans"la"mitochondrie"
B. Dans"le"chloroplaste":"le"cycle"de"Calvin"

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"
I. Chloroplaste"et"photoautrophie"pour"le"carbone"
On!a!montré!que!les!végétaux!verts!sont!les!producteurs!primaires.!Ils!fabriquent!leur!matière!organique!à!partir!de!
carbone! minéral! (CO2! atmosphérique! dans! notre! exemple)! en! présence! de! lumière!:! ils! sont! autotrophes! pour! la!
carbone!et!réalisent!la!photosynthèse,!dont!l’équation!globale!peut!s’écrire!:!!
6H2O!!+!6!CO2!!!‐‐>!C6H1206!!+!!!6!O2!
La!photosynthèse!est!un!processus!de!conversion!de!l’énergie!lumineuse!en!énergie!chimique.!Cette!conversion!est!
réalisée!dans!les!chloroplastes!
Oxydation!
6H2O!!+!6!CO2!!!‐‐>!C6H1206!!+!!!6!O2!
Réduction!
A. La"structure"fine"du"chloroplaste"
Etude&d’électronographies&de&chloroplastes&(MET,&MEB)&=>&Structure&compartimentée&:&différents&compartiments&et&
différentes&membranes&
B. La"photosynthèse":"un"processus"en"deux"étapes"
!
Documents&:&&
‐&expérience&de&Gaffron&:&Quantité&de&carbone&incorporé&par&unité&de&temps&à&l’obscurité&puis&à&la&lumière&
‐&Incorporation&du&carbone&pour&les&différents&compartiments&chloroplastiques&=>&coopération&des&thylakoïdes&et&du&
stroma&
Schéma!simple!de!chloroplaste!avec!les!noms!des!deux!phases!la!justification!de!leur!appellation.!
C. La"phase"photochimique"de"la"photosynthèse"
1. L’absorption"de"la"lumière"par"les"pigments"chlorophylliens"
TP":Extraction"des"pigments"cf&doc&
La& comparaison& des& deux& spectres& permet& de& montrer& que& les& radiations& absorbées& sont& les& radiations&
efficaces&pour&la&photosynthèse.&On&qualifie&ces&pigments&de&pigments&photosynthétiques.&
(cours)&Les&pigments&photosynthétiques& sont&localisés&dans&les& chloroplastes& et&plus&précisément& dans& les&
membranes&des&thylacoïdes&de&ces&organites.&
!
2. La"conversion"de"l’énergie"lumineuse"en"énergie"chimique"
a) Approche*expérimentale**
Dans! l’équation! de! la! photosynthèse,! l’eau! apparaît! comme! un! donneur! d’électrons! et! d’hydrogène! et! le! CO2!
apparaît! comme! un! accepteur.! En! 1937,! Hill! envisagea! l’existence! d’un! intermédiaire! acceptant! les! électrons!
provenant!de!l’eau!pour!les!transférer!ensuite!au!dioxyde!de!carbone.!!
La!photosynthèse!comporterait!deux!étapes!:!!
- une!étape!de!réduction!du!transporteur!;!
- une!étape!d’oxydation!du!transporteur!et!de!réduction!du!dioxyde!de!carbone!
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On!veut!vérifier!que!la!phase!photochimique!nécessite!à!la!fois!de!la!lumière!et!un!accepteur!