Erreur - Lycée Jean Moulin

Cours TS Spe SVT 2011/2012 Diversité des métabolismes
DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES ............................................................................ 2
CHAPITRE I - DU CARBONE MINÉRAL AU CARBONE ORGANIQUE ................................................................................................... 2
1/ l'entrée du carbone minéral CO2 dans la biosphère ............................................................................................... 2
2 / Localisation et conditions générales de la photosynthèse ...................................................................................... 3
3 / Le rôle des pigments chlorophylliens dans la capture de la lumière ...................................................................... 4
A/ Les différents pigments chlorophylliens .............................................................................................................. 4
B / L'absorption de la lumière par la chlorophylle brute .......................................................................................... 4
4 / Le transfert de l'énergie lumineuse en énergie chimique ........................................................................................ 5
A – L'oxydation de la chlorophylle photosensible ................................................................................................... 5
B - Retour de la chlorohylle a son état d'équilibre ................................................................................................... 5
C - Les deux transferts de l'énergie lumineuse en énergie chimique ....................................................................... 5
5 / La production de molécule organique réduite à partir du RH2 et de l'ATP. ......................................................... 7
6 / LE devenir des molécules réduites produits dans les chloroplastes ...................................................................... 8
7 / Schéma bilan des phases photochimiques et non photochimiques de la photosynthèse ......................................... 9
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DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ DES MÉTABOLISMES
Exercice : compléter le schéma bilan du cycle du carbone
• Métabolisme : Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques ayant lieu à l'intérieur d'une cellule.
•Ecosystème : Ensemble, en un endroit donné, des êtres vivants et de leur milieu (sol, eau...).
•Carbone oxydé / Carbone réduit : C minéral sous forme oxydée (CO2, HCO3) et C organique (matière vivante) sous
forme réduite (CH4, C6H12O6…)
Dans les écosystèmes des relations trophiques s'établissent entre
les producteurs primaires autotrophes (qui produisent leur
matière organique à partir de matière minérale grâce à la
photosynthèse) et les divers producteurs secondaires ou
consommateurs hétérotrophes (qui produisent leur matière
organique à partir de la consommation de matière organique
existante).
Un écosystème à l’équilibre est donc à la fois producteur et
consommateur de matière organique : les activités conduisant à la
production d’O2 / consommation de CO2 (autotrophie) sont en
équilibre avec celles de production de CO2 / consommation d’O2
(hétérotrophie).
Livre pages 10/11 / Savoir identifier des relations trophiques - producteurs primaires - producteurs secondaires
Problème : Comment le carbone passe t’il de l’état oxydé (minéral) à l’état réduite (organique) au sein des végétaux
chlorophylliens pendant la photosynthèse ?
CHAPITRE I - DU CARBONE MINÉRAL AU CARBONE ORGANIQUE
1/ l'entrée du carbone minéral co2 dans la biosphère
Problème : Comment le CO2 entre t’il dans les végétaux ?
TP 1 - Entrée et distribution du CO2 dans les feuilles (voir Fiche élève)
Dessin d'observation légendé d'une coupe transversale de feuille de chêne
Dessin d'observation d'épiderme inférieur de polypode
Bilan : Le CO2 pénètre dans le végétal par les stomates situés principalement sur la face inférieure de la feuille. Le CO2 peut
ensuite être distribué aux différentes cellules à l'intérieur de la feuille. Une cuticule imperméable empêche le CO2 de sortir ou
rentrer de la feuille en dehors des stomates. Les plantes ont la capacité de fermer ou d'ouvrir le stomates en fonction des
besoins.
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Livre page 14/15
2 / localisation et conditions générales de la photosynthèse
Problème 1 : A quel endroit dans les cellules le CO2 est-il incorporé sous forme de molécule organique (Recherche de l'amidon)
?
Problème 2 : Quels sont les conditions nécessaires à la réalisation de la photosynthèse et les phénomènes chimiques associés ?
TP 2 - La localisation de la photosynthèse au sein des végétaux - Dessin d'élève (au choix)
TP 3 - Les réactions associées à la photosynthèse
Expérience 1 : On cherche à identifier à quel endroit le CO2 est-il incorporé dans les cellules ? Pour cela on recherche
l'endroit où l'amidon (polymère de glucose) est synthétisé ainsi que les conditions dans lesquelles il est synthétisé ?
On observe au microscope deux lots différents (l'un élevé à la lumière, l'autre élevé à l'obscurité pendant 7
jours) de cellules d'élodéés (algue verte pluricellulaire), de polypode et de mousse colorées au lugol. Le
lugol est un réactif de l'amidon. En présence d'amidon le lugol se colore en bleu foncé.
On remarque une coloration bleue foncée dans les chloroplastes, uniquement en présence de lumière.
On en déduit que la synthèse d'amidon et donc la réduction du CO2 en glucose (C6H12O6) doit avoir lieu
dans le chloroplaste.
Expérience 2 : On cherche à identifier à quel type de réaction chimique est associée la
photosynthèse (réduction du carbone de CO2 en C6H12O6) ?
On observe au microscope deux lots différents de cellules d'élodéés (algue verte pluricellulaire) traités au AgNO3. AgNO3
(Ag+ NO3- est incolore lorsqu'il est sous forme réduite. Par contre il précicpite et devient opaque sous forme métallique
Ag).
On observe la présence de taches sombres opaques à l'intérieur des chloroplastes, uniquement lorsque les celulles
d'élodées sont placées à la lumière.
Donc à la lumière, l'ion argent est réduit : Ag++e- ----> Ag (opaque) (réaction de réduction)
Il existe doit donc exister un agent réducteur (un atome dans une molécule) à l'intérieur des chloroplastes qui donne un
électron.
Red --------> Ox + e-(réaction d'oxydation)
La photosynthèse du glucose est donc associé à une oxydo-réduction dans les chloroplastes.
Expérience 3 : On cherche à savoir dans quelle(s) condition(s) les cellules chlorophylliennes produisent de l'amidon
On cultive une plante de géranium dans différentes conditions (Condition 1 : avec lumière et avec CO2, condition 2 : Sans lumière avec
CO2; condition 3 : avec lumière sans CO2). Les feuilles de la plante sont décolorées puis trempées dans le Lugol. On remarque alors que
seul les feuilles à la lumière et en présence de CO2 ont pu synthétiser de l'amidon.
Expérience 4 : On cherche à mesurer les dégagements gazeux associés à la photosynthèse
On cultive mesure les bulles dégagées par la tige d'une élodée. On observe que la fréquence de dégazement augmente avec l'intensité
lumineuse ainsi qu'avec la quantité de CO2. Une experience permet de montrer que le gaz contenu dans les bulles est du dioxygène.
Bilan : L'ensemble des informations ci-dessus permettent d'écrire un bilan provisoire de la photosynthèse. La photosynthèse à
lieu dans les chloroplastes, en présence de lumière. La photosynthèse est associé à l'émission d'un électron dans les
chloroplastes.
6CO2+6H2O -------> C6H12O6+6O2
Fiche elève : Structure et ultrastructure d'un chloroplaste (Thylacoïdes, granum, stroma, espace intra-thylacoïde)
Livre page 16-17 (Doc1)
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Cellules de feuilles de mousse
Montées dans l'eau (en haut) et
dans le nitrate d'argent (en bas).

3 / le rôle des pigments chlorophylliens dans la capture de la lumière
Problème : comment prouver que les pigments chlorophylliens (contenus dans les chloroplastes) sont responsables de la
photosynthèse ?
Intensité de la photo-synthèse et longeurs d'ondes de la lumière
On peut mesurer la production d'O2 lors de la photosynthèse pour des
éclairages à différentes longueur d'ondes. Plus l'O2 est dégagé, plus la
photosynthèse est active. On obtient ainsi un graphique appelé spectre
d'action de la photosynthèse. Ce spectre d'action révèle une forte activité
photosynthétique pour les longueurs d'ondes entre 400 et 500 nm (bleu), ainsi
qu'entre 600 et 700 nm (rouge).
A/ Les différents pigments chlorophylliens
Sous -problème : La couleur verte des feuilles (issue de la couleur des chloroplastes) est elle une couleur composée ?
TP 4 - Chromatographie de la chlorophylle brute
Bilan : La chromatographie met en évidence que la chlorophylle brute est en réalité un assemblage de
différentes molécules. On retiendra que la chlorophylle est formée de 4 pigments photosynthétiques différents
contenus dans les thylacoïdes des chloroplastes. L'absorption globale(voir spectre d'absorption) par les
chloroplastres est donc due à la somme de l'absorption par chacun des pigments.
vert pâle (Chlorophylle b) vert foncée (Chlorophylle a) jaune (Xanthophylle) orange (β Carotène)
B / L'absorption de la lumière par la chlorophylle brute
TP 4suite - Extraction de la chlorophylle et détermination du spectre d’absorption
Bilan : Livre page 18/19
Le spectroscope à main révèle que la chlorophylle brute (ensemble
des pigments chlorophylliens réunis) absorbe dans les rayonnements
rouge et bleu.
Le spectrophotomètre permet de construire précisément
l'absorption pour chaque longueur d'onde (en mesurant
l'absorbance), la représentation graphique de ces valeursest appelée
le spectre d'absorption de la lumière par la chlorophylle. On
mesure absorbe la lumière les longueurs d'ondes entre 400 et 500 nm
(bleu), ainsi qu'entre 600 et 700 nm (rouge). Les longueurs d'ondes entre 500 et 600 nm sont peu absorbées. Ces longueurs
d'ondes correspondent à la couleur verte. Cela explique la couleur verte de la chlorophylle.
La corrélation des spectres d'absorption de la lumière par la chlorophylle et le spectre d'action de la photosynthèse permet de
supposer que la chlorophylle est à l'origine de la photosyntèse. On dira que la chlorophylle est un pigment photosynthétique.
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4 / le transfert de l'énergie lumineuse en énergie chimique
Problème : Comment l'énergie contenue dans la lumière est elle transformée en énergie chimique utilisée ensuite pour la synthèse
de molécules organique (voir Amidon) ?
TP 5 - La réaction de Hill et fluorescence de la chlorophylle
- Problème 1 : Comment prouver que les pigments chlorophylliens sont photosensibles ?
- Problème 2 : Quels arguments a t'on pour montrer qu'il existe dans les chloroplastes des molécules capables d'exploiter la photosensibilité des pigments ?
A – L'oxydation de la chlorophylle photosensible
Bilan (Tp partie1) : La fluorescence de la chlorophylle brute révèle que les pigments chlorophylliens sont photosensibles.
L'énergie lumineuse est transformé en énergie chimique sous la forme d'un électron excité.
Explication de la fluoresence : La fluorescence de la chlorophylle s'observe par une émission d'un rayonnement rouge lorsqu'on éclaire la
chlorophylle brute avec une lumière blanche. On interprète cette fluorescence :
- Absorption du rayonnement lumineux par un électron de la chlorophylle
- L'électron absorbe l'énergie et se retrouve à l'état excité (très instable : il peut alors être capturé par une autre molécule acceptrice d'électrons)
- L'électron si il n'est pas capturé par une autre molécule, retombe à son état énergétique initial, libérant ainsi l'énergie absorbée sous forme
d'un rayonnement rouge.
Chl > Chl+ + elec (oxydation de la chlorophylle)
B - Retour de la chlorohylle a son état d'équilibre
Problème : Comment la chlorphylle récupère t'elle ses électons (afin que la capture de lumière puisse perdurer) ?
Expérience de Ruben et Kamen (1940) : Identifier l’origine de l’O2 formé lors de la photosynthèse
L’O2 produit par la photosynthèse provient de H20 : c’est la photolyse de l’eau H20 -> ½ O2 + 2 H+ +2 e-.
La photolyse du dioxygène va donner à la chloropylle des électrons perdus par celle-ci lorsqu'elle absorbe la lumière.
C - Les deux transferts de l'énergie lumineuse en énergie chimique
C1. Transfert 1 : La réduction d'une molécule acceptrice d'électron (Réacion de Hill)
Interprétation de la réaction de Hill (TP partie 2)
A la lumière,le tube devient vert, donc le DCPIP est incolore, donc le DCPIP est réduit
A l'obscurité le tube est de couleur bleu, donc le DCPIP est oxydé.
DCPIP (bleu) + 2e- + 2H+ > DCPIPH2 (incolore)
2Chl > 2Chl+ + 2e
Bilan : La réaction de Hill permet de déduire qu'il existe dans les chloroplastes une molécule du type DCPIP capable de
capturer l'électron exité (porteur de l'énergie lumineuse absorbée). On appelera cette molécule R.
Dans les chloroplastes R est donc réduit en RH2lors de la photosynthèse. On dira que R est un accepteur d'électron.
R (oxydé) + 2e- (issus de la chlorophylle) + 2H+ > RH2 (réduit)
Une partie de l'énergie lumineuse passe donc grâce à cette réduction, de la chlorophylle à la molécule RH2 (par
l'intermédiaire de l'électron de la chlorophylle)
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