La photosynthèse est la production de matière organique à partir de

1.1
Sciences de la vie
Energie et cellule vivante
LA PHOTOSYNTHESE : DE L’ENERGIE LUMINEUSE A L’ENERGIE CHIMIQUE
La photosynthèse est la production de matière organique à partir de matière
minérale grâce à l’énergie lumineuse. Cette réaction a lieu dans les parties
chlorophylliennes des végétaux. Les végétaux chlorophylliens sont donc
autotrophes, et même photoautotrophes. C’est pour cela qu’ils sont à la
base de toute chaine alimentaire /réseaux trophiques.
.
Problématique
Comment l’énergie lumineuse est-elle convertie en énergie chimique
par la cellule chlorophyllienne ?
I. LA PHOTOSYNTHESE : UNE REACTION CHIMIQUE CELLULAIRE
Pb 1
Comment la matière
organique est-elle
fabriquée par les
végétaux
chlorophylliens ?
Activité 1
Bilan et conditions de la
photosynthèse
>> Où est localisée la
photosynthèse dans le
végétal ?
Activité 2
Chloroplastes
I.1. Bilan et conditions de la photosynthèse
Le bilan de la photosynthèse peut s’écrire :
6 CO2 + 12 H2O ---> C6H12O6 + 6O2
Plusieurs moyens de mee la photosynthèse : production MO, dioxygène,
consommation du dioxyde de carbone, importance énergie lumineuse …
Les conditions nécessaires à la photosynthèse sont :
 Un apport de matière minérale : dioxyde de carbone et eau
 Une présence de lumière / énergie lumineuse
 Des pigments chlorophylliens
 Un équipement enzymatique spécifique lié à un programme génétique
Il apparait que l’équation ci-dessus est le bilan de deux réactions différentes :
 Une réduction du carbone CO2 >[CHO]
 Une oxydation de l’eau : la molécule est scindée et donne le dioxygène
libéré sous forme gazeuse, les atomes d’hydrogène participent à
l’élaboration de la matière organique.
I.2. Le chloroplaste : l’organiste clé de la photosynthèse
Les expériences de marquage de l’amidon montrent que la matière organique
produite par la photosynthèse est localisée au niveau des chloroplastes.
Un chloroplaste est un organite compartimenté qui contient une membrane
externe, une membrane interne et des thylakoïdes organisés en sacs empilés. Le
compartiment localisé entre la membrane interne et les membranes des
thylakoïdes est le stroma. C’est dans celui-ci que sont stocké les grains d’amidon.
>> schéma d’un chloroplaste.
DOSSIER 1.1 > LA PHOTOSYNTHESE
1
II. LA PHOTOSYNTHESE : UN MECANISME EN DEUX ETAPES
Activité 3
Un mécanisme en deux
étapes
Des expériences ont montré que la photosynthèse comprenait deux phases
impliquant différents compartiments des chloroplastes :


Une phase photochimique, qui se déroule au niveau des thylakoïdes et
nécessite directement de l’énergie lumineuse et un oxydant.
Une phase chimique, située dans le stroma, durant laquelle le CO2 est fixé
et la matière organique produite.
>> La phase photochimique conditionne la phase chimique : il y a couplage entre les
deux.
Activité 4
La phase photochimique
I.1. La phase photochimique
Seules les membranes des thylakoïdes sont de couleur verte et contiennent des
pigments chlorophylliens de plusieurs sortes : chlorophylles a et b, xanthophylle,
caroténoïdes… ces pigments absorbent principalement dans le rouge et le bleu, ceci
explique la couleur verte des feuilles.
Il y a une bonne correspondance entre le spectre absorption des pigments foliaires
et le spectre d’action photosynthétique : les longueurs d’onde absorbées sont
celles utilisées pour la photosynthèse.
Les pigments constituent des antennes collectrices de photons. La chlorophylle a
est le pigment clé cette étape. Lorsqu’elle est excitée par l’énergie du rayonnement
lumineux, elle perd un électron au profit d’une chaine d’oxydoréduction située dans
la membrane des thylakoïdes : la chaine photosynthétique. L’accepteur final
d’électron est un oxydant soluble, noté R, qui est réduit en RH2.
R + 2H+ + 2e- --> RH2
La chlorophylle ionisée retrouve son état initial grâce à l’oxydation de l’eau qui
fournit 2 électrons.
H2O  + 2H+ + 2e- + ½ O2
Bilan : 2R + 2 H2O --> 2 RH2 + O2
Le flux d’électron dans la chaine photosynthétique permet, en plus de la synthèse
de composés réduits RH2, la translocation de proton du stroma vers l’espace
intermembranaire (lumen). L’éclairement s’accompagne donc d’une diminution du
pH du lumen.
Le gradient de pH entre lumen et stroma est une forme de stockage énergétique.
On trouve enchâssés dans la membrane des thylakoïdes des enzymes : les ATPsynthases qui sont des protéines canal. Elles canalisent le retour des protons vers le
stroma. Ce flux de proton est couplé à une synthèse d’ATP (adénosine
triphosphate].
L’énergie lumineuse est donc convertie en énergie chimique sous deux formes :


Des composés RH2 possédant un fort pouvoir réducteur
Des molécules d’ATP dont l’hydrolyse peut libérer grande qté énergie.
DOSSIER 1.1 > LA PHOTOSYNTHESE
2
I.2. La phase chimique
La phase chimique se déroule dans le stroma. Elle permet l’incorporation du
dioxyde de carbone dans des molécules organiques, notamment des glucides.
Pour se réaliser, la phase chimique a besoin des produits de la première phase
(transporteurs RH2 + ATP). RH2 est une source de protons et d’électrons qui
permettent une réduction du dioxyde de carbone en matière organique, tandis que
l’hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi fournit l’énergie nécessaire à cette réaction.
La réduction du dioxyde de carbone est en réalité un ensemble de réaction
chimique connu sous le nom de cycle de Calvin.
>> bilan p25.
Schéma
Exo : engelman,
Animation chlorophylle excitée
http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/metabo/photosynthese/014pigments.ht
m
DOSSIER 1.1 > LA PHOTOSYNTHESE
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