Sujetmétabo3

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Partie II. Exercice 2 (6 points)
Diversité et complémentarité des métabolismes
Les feuilles des végétaux chlorophylliens sont des organes impliqués dans l’autotrophie pour le
carbone grâce à la photosynthèse.
Expliquer comment les structures de la feuille montrées dans les documents coopèrent dans
la réalisation de la photosynthèse.
Document 1: fixation du dioxyde de carbone (14CO2) par une feuille.
a. Dispositif expérimental :
Remarque : H2SO4 + 2NaH14CO2 214CO2 + 2H2O + 2Na+ + SO4
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D'après Mazliak, Physiologie végétale, nutrition et métabolisme, Hermann
Document 2:
La carboxylase est une enzyme qui assure l'incorporation de CO2 dans des molécules intermédiaires
pour la synthèse de glucides.
C5P2 + CO2 2APG glucides
Ribulose biP Carboxylase Acide phosphoglycérique
Elle est localisée par la technique d'immunofluorescence : les organites contenant cette enzyme
apparaissent en blanc brillant.
b. Autoradiographie après 5 minutes
d'exposition au 14CO2 à la lumière. Seuls
les glucides radioactifs au 14C impression-
nent fortement la plaque photographique
(zone sombre sur le document).
Coupe transversale dans une feuille de
Betterave x130
Biologie terminale D, Nathan 1989

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Document 3 :
a. Photographie d'une coupe transversale de feuille x130
b. Degré d'ouverture des stomates chez Arbutus unedo (Arbousier) pendant une journée
ensoleillée.
c. Intensité de la photosynthèse chez Arbutus unedo, exprimée par la quantité de CO2 fixée.
D'après Stomata Willmer et Fricker, éditeurs Chapman et Hall

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Correction.
Expliquer comment les structures de la feuille montrées dans les documents coopèrent dans
la réalisation de la photosynthèse.
Doc1. Le CO2 radioactif, fabriqué suivant le dispositif proposé, n’est mis en contact avec la feuille que
sur une petite surface localisée sur la face inférieure. Une moitié de la feuille environ est placée à
l’obscurité, l’autre à la lumière.
On remarque que toute la portion de la feuille exposée à la lumière devient radioactive : elle contient
donc des glucides radioactifs. Ces glucides radioactifs ont donc été fabriqués à partir du CO2 lui-même
marqué.
Le CO2 est donc utilisé pour synthétiser ces molécules organiques. Il diffuse dans toute la feuille à
partir du point d’entrée. Toutefois les molécules organiques radioactives n’apparaissent qu’en
présence de lumière : leur synthèse nécessite de la lumière.
Doc2 et 3a. La carboxylase incorpore le CO2 sur C5P2 et fabrique APG (voir équation) : elle intervient
donc dans la fabrication des molécules organiques lors de l’autotrophie au carbone (donc dans la
synthèse des molécules vues dans le document 1).
Elle apparaît en blanc par immunofluorescence, et est localisée dans les parenchymes chlorophylliens
(palissadique et lacuneux). C’est le lieu de réduction du CO2. Elle est visiblement localisée dans les
chloroplastes, organites de la photosynthèse.
Doc3b et 3c. L’ouverture des stomates se fait le jour (entre 8 heures et 20 heures). On observe deux
maxima : à 10 h et à 17 h (avec 80 % de l’ouverture maximale). Un minima se déroule vers 13 heures
(sécheresse de l’air liée à l’intensité solaire : c’est pour éviter tout risque de perte importante d’eau
pour la plante).
L’intensité photosynthétique est maximale entre 7 heures et 21 heures. Deux maxima à 9 heures et 17
heures (20 ng de CO2 incorporé dans molécules organiques). Un minima vers 13 heures.
On remarque une corrélation entre l’ouverture des stomates et l’incorporation du CO2. Plus le degré
d'ouverture des stomates est grand, plus l'entrée de CO2 est forte et plus l'intensité photosynthétique est
grande.
Les stomates permettent ainsi l’entrée du CO2 dans la feuille. Ils sont situés sur la face inférieure des
feuilles (doc 3a), ce qui permet là aussi d’éviter un dessèchement du végétal.
Les stomates communiquent avec un réseau de lacunes parcourant toute la moitié inférieure de la
feuille : il y a une véritable atmosphère interne dans la feuille, enrichie en CO2. Toutes les cellules des
parenchymes communiquent avec cette atmosphère interne, et peuvent prélever le CO2.
Bilan. Il y a coopération entre diverses structures, et à différentes échelles : les stomates permettent
l'entrée du CO2 dans la feuille. Il diffuse ensuite à travers les lacunes du parenchyme lacuneux. Le
parenchyme dans son ensemble contient des chloroplastes riches en enzyme carboxylase. Cette
enzyme, en présence de lumière, effectue une incorporation du CO2 et permet la synthèse de molécules
organiques nécessaires au végétal.