Partie III : Diversité et complémentarité des métabolismes

Partie III : Diversité et complémentarité des métabolismes.
Chapitre 2 : Les réactions biochimiques de la photosynthèse.
Les végétaux réalisent la synthèse de leur propre matière organique à partir du CO2, l’eau et les sels minéraux. Ils
ont également besoin d’énergie lumineuse.
PB : Comment l’énergie lumineuse est elle absorbé par les végétaux ?
Hypothèse : pigments, où ? ou alors question 1 page 195
Les chloroplastes sont les organites de la photosynthèse. Ils doivent donc posséder des structures spécialisées
capables d’absorber l’énergie lumineuse.
I . La collecte de la lumière par les végétaux
A. Ultrastructure des chloroplastes.
Ultrastructure : Eléments de l'architecture cellulaire que l'on ne peut observer qu'au microscope électronique.
Livre page195
Les chloroplastes contiennent un liquide appelé stroma délimité par une double membrane, membrane externe et
membrane interne, et des sacs aplatis appelés thylakoïdes. Les thylakoïdes s’empilent formant des structures
appelées granum.
Membrane externe
Membrane interne
Stroma
Espace intra thylakoïdien
Membrane du thylakoïde
Amidon
Granum
Schéma de l’ultrastructure d’un chloroplaste.
Les chloroplastes apparaissent colorés car ils contiennent des pigments.
PB intermédiaires : Quels sont ces pigments contenus dans les chloroplastes ?
B .La nature des pigments photosynthétiques.
On différencie les pigments contenus dans une feuille par chromatographie.
Les constituants se séparent et migrent plus ou moins loin selon leur solubilité dans le solvant.
TP10 activité 1 et 2
La plupart des végétaux contiennent trois types de pigments :
 Les chlorophylles a et b de couleur verte
 Les xanthophylles de couleur jaune
 Les caroténoïdes de couleur jaune orangé
Remarque : Certains végétaux comme les algues brunes
possèdent d’autres pigments ( pour moi flavones, anthocyanes….
Les pigments photosynthétiques sont regroupés dans
la membrane des thylakoïdes en complexes pigment protéine
appelés photosystèmes.
C.Absorption des radiations lumineuses
TP4 activité 3 à 8 attention il y a supperposition du spectre de la chlorophylle sur celui de l’alcool
Spectre de la lumière blanche
Spectre d’absorption des
pigments bruts d’une feuille.
Un pigment est une substance colorée qui absorbe certaines longueurs d’ondes de la lumière et renvoie toutes les
autres (ce qui détermine la couleur du végétal).On parle de spectre d’absorption des pigments chlorophylliens.
En utilisant un spectromètre, on détermine le spectre d’absorption d’une feuille qui absorbent la lumière
pour des longueurs d’ondes de 400-500 nm (bleu) et 650-670 nm (rouge).
Comme le spectre d’absorption des pigments correspond au spectre d’action de la photosynthèse ( marqueur =
production dO2) mis en évidence par l’expérience d’Engelmann, on peut dire que c’est l’absorption de certaines
longueurs d’ondes par les pigments qui permet la photosynthèse. On parle alors de pigments photosynthétiques.
Remarque ( A montrer) : La présence de plusieurs pigments ayant des pics d’absorption différents permet une
meilleure absorption de la lumière.
Spectres d'absorption des pigments d'une feuille.
Spectre d'absorption de la chlorophylle a
Conclusion : La chlorophylle a absorbe fortement à 430 nm (bleu) et 660 nm (rouge).
Spectre d'absorption de la chlorophylle b
Conclusion : La chlorophylle b absorbe fortement à 445 nm ( bleu) et 645 nm ( rouge).
Spectre d'absorption du carotène
Conclusion : Le ß carotène absorbe essentiellement entre 400 et 500nm.
Exercices 2 et 3 p 213 (ou en DS)
PB : comment cet énergie lumineuse est-elle utilisé par la cellule chlorophylliennes ?
II. Le déroulement de la photosynthèse.
A. La phase photochimique de la photosynthèse. ( à réviser avec votre livre)
Rappel : Le bilan des transformations de la photosynthèse peut s’écrire. 6H2O+6CO2
C6H1206 +602
1. Expérience de Ruben et Kamen : Document 2 p 201.
Des algues éclairée sont placées dans une eau dont l’oxygène est un isotope radioactif O18 ( H2O18)
Le dioxygène libéré lors de la photosynthèse contient de l’ O18. L’oxygène de la molécule d’eau est libéré par le
végétal chlorophyllien sous la forme d’une molécule de dioxygène.
Si c’est le dioxyde de carbone qui est marqué, le dioxygène rejeté n’est pas radioactif.
L’oxygène de la matière organique provient du dioxyde de carbone.
6H2O + 6CO2 C6H1206 +602
12
+6H20
Donc 12H2O
(L’hydrogène provient de la molécule d’eau provenant du sol (par l’intermédiaire de la sève brute)
2. Expérience de Hill : voir doc page 200 question 1 page 201 et TP
La réaction de Hill montre que la production de dioxygène donc la photosynthèse ne se fait qu’en
présence de lumière et d’un accepteur d’électrons. On parle de phase photochimique. Cette
phase correspond à un ensemble de réactions d’oxydoréduction au niveau des thylakoïdes.
Pour moi.
Oxydation correspond :
- à perdre des protons ou des électrons ;
- à ôter de l’hydrogène et à fixer de l’oxygène.
Réduction correspond :
- à gagner des protons ou des électrons
- à ôter de l’oxygène et à fixer de l’hydrogène.
construction schéma première phase
oxydation
12 H2O + 6CO2
C6H1206 +602 +6H20
Réduction
L’énergie lumineuse excite la chlorophylle qui transfère ses électrons via une chaîne
d’accepteurs localisés dans la membrane des thylakoïdes vers un accepteur final R oxydé qui se
trouve alors réduit en RH2. Il y a donc conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
grâce aux propriétés des pigments chlorophylliens. Il ya formation de deux accepteurs réduits
2R + 4 H+ + 4 e 2 RH2
La chlorophylle revient à son état initial en acceptant les électrons provenant de l’oxydation de
l’eau. C’est la photo-oxydation de l’eau qui provoque la libération de dioxygène .
H2O
2 H+ + 2 e - + ½ O2
Une partie de l’énergie libérée lors de la réduction de l’accepteur d’electron permet la synthèse d’une molécule appelée ATP,
molécule qui stocke de l’énergie chimique.
Energie stockée
ADP + Pi
ATP
Lors de la phase photochimique dans les thylakoïdes on a production d’ un transporteur réduit RH2 (accepteurs de
protons et d’électrons) et de l’ATP.
Lumière
2H2O
THYLAKOÏDE
O2
ENERGIE
4H+
4e-
2R
2 RH2
ADP+ Pi
ATP
CO2
PB : Et le CO2, comment est il intégré à la matière organique ?
B.L’intégration du CO2 dans la matière organique. ( à réviser avec votre livre)
Doc. 2. question 2 page 203
L’incorporation de CO2* se réalise à la lumière mais continue encore quelques secondes (15
secondes) à l’obscurité. La fixation du CO2 ne requiert donc pas directement la lumière mais
des éléments chimiques (ATP et RH2) fabriqués à la lumière.
Lire expérience de Calvin page 202
Première partie question 2 page 214
La première molécule organique synthétisé est l’APG ( acide phosphoglycérique)
3 p 203
A la lumière, les quantités de RuBP (Ribulose 1-5 bisphospate molécule à 5 carbones = C5 = C5P2) et APG (C3)
sont constantes. Quand on passe à l’obscurité, la quantité de RuBP diminue, celle d’APG augmente puis diminue
lorsqu’il n’y a plus de RuBP : Cela suggère que RuBP donne APG.
Comment C5
C3 ???
Document 3 page 214
Lorsqu’il n’y a plus de CO
Lorsqu’il n’y a plus de CO2, la quantité de RU-BP augmente, celle d’APG diminue. Ceci
suggére que le RuBP (=C5P2) + CO2 permet la formation d’APG. En fait deux molécules
d’APG sont formées : 2 C5 + CO2 = 2 C3
Pour moi remarque quand plus APG, RubI P stagne.
La chromatographie des différents composés se formant au cours du temps permet de connaître la
chronologie des réactions :
La chronologie des réactions est donc :
- Formation d’APG à partir de CO2 et le C5P2
- Formation de trioses phosphates par oxydo-réduction régénérant l’accepteur R intervenant
dans la phase photochimique. Ces réactions nécessitent de l’énergie fournie par l’ATP synthétisé
pendant la phase photochimique.
- Formation de sucres à 6 carbones par une partie des trioses phosphates ;
- Reformation des accepteurs C5P2 par l’autre partie des trioses phosphates, ce qui permet une
nouvelle incorporation du CO2. Ces réactions nécessitent de l’énergie fournie par l’ATP synthétisé
pendant la phase photochimique.
Ainsi les deux phases de la photosynthèse sont couplées.
La Rubisco enzyme catalysant l’intégration du CO2 est présente dans le stroma mais pas dans les
thylakoïdes. On en déduit c’est dans ce stroma que se fait l’incorporation du CO2.
Cycle simplifié de Calvin Benson ( à construire ) . Schéma complet des deux phases et de leur
couplage
CO2
APG
C5P2
RH2
ATP
cycle de Calvin-Benson
RH
ADP
Trioses phosphates
ATP
ADP
Sucre à 6 carbones
Lumière
2H2O
THYLAKOÏDE
ENERGIE
4H+
2R+
CO2
O2
2 RH2
ADP+ Pi
C5P2 Cycle de
Calvin
ribulose 1.5
2 C3P
trioses pho
2 APG
Glucide
s
ATP
PB : quel est le devenir des produits de la photosynthèse ?
III. Le devenir des produits de la photosynthèse.
A. Le stockage sur place
Rappel : on trouve de l’amidon dans les chloroplastes de cellule d’élodée éclairée.
Si on met ces cellules à l’obscurité : disparition de l’amidon des chloroplastes. ( Photo)
Le stockage de l’amidon dans les chloroplastes n’est que temporaire. Les composés glucidiques
formés sont exportés hors du chloroplaste.
Rappel expérience de Calvin et Benson ( livre page 202) : qu’est ce qui apparaît après les
glucides : AA
Les produits initiaux de la photosynthèse permettent la synthèse des glucides ( notamment du
saccharose ) mais aussi de tous les autres constituants des êtres vivants : protides, lipides… grâce
à un apport d’ions minéraux transportés par la sève brute.
Début schéma Bilan ( photosynthèse lumière, glucides ( saccharose, lipides, protides), seve
brute, stockage amidon
Livre page 204 doc.2
B. L’exportation vers les autres organes de la plante.
Ce n’est pas l’amidon qui est transporté (molécule trop grosse) mais du saccharose.
Pour moi C3P + C3P
fructose (C6)
glucose (C6)
Fructose + glucose saccharose C12.
Il est exporté hors des feuilles par la sève élaborée ( ou sève sucrée) dans des faisceaux
conducteurs vers d’autres lieux d’utilisation telles que les cellules des zones en croissance
(bourgeon) et celles des zones de stockage.
Suite schéma Bilan ( seve elaborée contenant du saccharose, faisceaux conducteurs, bourgeon
C. La mise en réserve.
TP reserve + livre page 206 207
Le saccharose est stocké sous forme de réserve glucidiques, protéiques ou lipidiques dans les
graines, fruits et organes de réserve ( tubercules).
Conclusion :Les zones non chlorophylliennes d’une plante se comportent alors comme des parties
hétérotrophes d’un être autotrophe.
Fin schéma Bilan : bourgeon, tubercule (reserve), cellules autotrophes, cellules hétérotrophes.