Apporter des crayons de couleurs Scrapbook Thème 1 - Énergie et cellule vivante. Chapitre 1 : La photosynthèse : de l’énergie lumineuse à l’énergie chimique. Qu’est-ce que la matière organique ? De quoi est constituée la matière organique ? La matière vivante est principalement constituée d’eau et de molécules carbonées ou matière organique (glucides, lipides, protides, acides nucléiques). Dans la matière vivante le carbone est toujours lié à des atomes d’hydrogènes, souvent également à des atomes d’oxygènes. Pour assurer ses fonctions, la cellule doit avoir recours à une source d’énergie lui permettant de produire sa matière organique. L’ensemble des réactions chimiques constitue le métabolisme. PB : Comment les végétaux fabriquent-ils leur matière organique ? I. Les conditions de formation de la matière organique chez les végétaux chlorophylliens. La démarche expérimentale : 1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique. 2. Mettre en œuvre le protocole de résolution. 3. Traiter des données et communiquer des résultats. 4. Exploiter des résultats pour répondre au problème. Hypothèse attendue : Lumière, CO2, eau, sels minéraux PB attendu : Comment voir que la plante produit de la matière organique ? Avez-vous prévu les résultats attendus. Revenir à l’introduction, que peut-on mettre en évidence comme matière organique Protocole : 1. Prélever une feuille placée à la lumière, une feuille avec un cache opaque, une feuille placée à la lumière et en absence de CO2, une feuille panachée.( Chaque groupe s’occupera d’une des feuilles) 2. Les plonger 5 minutes dans de l’alcool bouillant dans un bécher. 3. Recouvrir d’eau iodée dans une boite de pétri 4. Marquer votre nom et les conditions sur la boite de pétri Conditions expérimentales Test eau iodée Interprétation Résultats attendus A. La lumière, source d’énergie. En absence de lumière, les végétaux chlorophylliens ne produisent plus de Mo : La lumière est donc la source d’énergie utilisée par les végétaux chlorophylliens pour fabriquer leur matière organique. B. Le CO2, source de carbone. En absence de CO2 atmosphérique, il n’y a plus de production de matière organique par la plante : Le CO2 est donc la source de carbone utilisée par les végétaux chlorophylliens pour fabriquer leur matière organique. C. Les sels minéraux et l’eau En absence d’eau les végétaux chlorophylliens meurent : L’eau est donc indispensable à la survie de ceux –ci. Il en est de même pour les sels minéraux. Conclusion : Equation bilan simplifiée. 6 CO2+6 H20 C6H1206+ ? En fait 12H20 D. Le dioxygène, un déchet de la photosynthèse. Comment mettre en évidence ce rejet d’O2 ? PB : Quel est l’origine du rejet de dioxygène ? 6H2O Le dioxygène libéré lors de la photosynthèse contient de l’ isotope O18 dans les mêmes proportions que l’eau de la solution de départ. 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 dans les mêmes proportions que le CO2. L’oxygène de la matière organique provient du dioxyde de carbone. Conclusion : Equation bilan de la photosynthèse 6 CO2+ 12 H20 C6H1206+ 6 O2 + 6 H20 Conclusion : Le CO2 est réduit (à placer sur l’équation bilan) en présence de lumière pour fabriquer de la matière organique : on parle de photo-autotrophie pour le carbone. L’eau est oxydée lors de cette réaction en dioxygène. La photosynthèse est donc une réaction d’oxydo-réduction. Remarque : Nous avons donc plusieurs marqueurs de l’activité photosynthétique : la production de matière organique en présence de lumière, de dioxygène ou la consommation de dioxyde de carbone. QCM II. Localisation de la photosynthèse au niveau cellulaire. A. Mise en évidence. Matériel : Elève : microscope + lames et lamelles dans portoir+ eau iodée concentrée+verre de montre + ciseaux + 1 pinces Paillasse prof : Feuilles élodées à la lumière forte depuis 1 jour avec du hydrogénocarbonate de sodium ( et pas de potassium PRATT 0.1 à 1 %) La démarche expérimentale : 1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique. ( schématiser+ penser au témoin) 2. Mettre en œuvre le protocole de résolution. 3. Traiter des données et communiquer des résultats. 4. Exploiter des résultats pour répondre au problème. Des expériences de coloration à l’eau iodée montrent que c’est dans des les chloroplastes, que se fait la production de matière organique (sous forme d’amidon) B. Le chloroplaste, organite clé de la photosynthèse. Livre page 17 doc. 2. Légender le schéma d’un chloroplaste. 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. Remarque : Les chloroplastes apparaissent colorés car ils contiennent des pigments. Ceux -ci jouent un rôle dans la photosynthèse ( voir grand I) PB intermédiaires : Quels sont ces pigments contenus dans les chloroplastes et quel(s) est leur rôle(s) ? III. Les pigments contenus dans les chloroplastes. A. La nature des pigments. Laisser la cuve se saturer en produit = mathilde La démarche expérimentale : 1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique. Il faut pouvoir isoler les pigments, on va faire une chromatographie. TP 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. B. Absorption des radiations lumineuses Pour mettre en évidence l’absorption de la lumière par les pigments, on utilisera un spectromètre TP activité 3 à 8 attention il y a superposition du spectre de la chlorophylle brute sur celui de l’alcool 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. A l’aide du 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). On remarque à l’aide de l’expèrience d’Engelman que cette absorption s’accompagne d’un rejet de dioxygène. Or on sait que ce rejet de dioxygène est lié à la photosynthèse. L’absorption de lumière par les pigments de la plante est donc lié à la photosynthèse. On parle alors de pigments photosynthétiques. Mesurer à l’aide du spectrophotomètre le % d’absorption en fonction de la longueur d’onde. Chaque groupe fait une mesure. Tracez la courbe sur excel ou sur papier % D’absorption Longueur d’onde nm Remarque: L’absorption de la solution de pigments bruts correspond à la somme de l’absorption de chaque pigment. La présence de plusieurs pigments ayant des pics d’absorption différents permet une meilleure absorption de la lumière. SPECTROMETRE en physique courbe Prendre le modèle des physicien avec le réseau à placer sur la lentille 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. Séance 4 Plusieurs TP possibles :l es pigments photosynthétiques des feuilles rouges : on cherche à savoir si les feuilles de couleur rouge disposent de pigments photosynthétiques absorbant les mêmes radiations lumineuses que les feuilles vertes ou Livre page 31 ou Tp les brachtées et la capacité photosynthètique. PB : comment cet énergie lumineuse est-elle utilisé par la cellule chlorophylliennes ? IV. Le déroulement de la photosynthèse. A. La phase photochimique . ( à réviser avec votre livre) Rappel : Le bilan des transformations de la photosynthèse peut s’écrire. oxydation 12 H2O + 6CO2 C6H1206 +602 +6H20 Réduction TP Expérience de Hill ou voir doc page 21 doc 4 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 et de protons (appelé R). Conclusion : La première étape de la photosynthèse est une réaction d’oxydo-réduction entre l’eau et des composés notés R 2H2O + 2R 2RH2+ O2 Cette réaction nécessite de l’énergie apportée par la lumière et un système capable de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique que sont les pigments photosynthétiques. Il y a donc conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique .On parle de phase photochimique. Cette réaction est couplée à une autre réaction. En effet une partie de l’énergie libérée lors de la réduction de l’accepteur d’électron permet la synthèse d’une molécule appelée ATP (molécule énergétique). ADP + Pi + Energie ATP Rappels : 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 ( Une couleur pour H, une couleur pour O) Lumière 2H2O THYLAKOÏDE Contenant la chlorophylle O2 ENERGIE 4H 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 page 20, doc 1 page 20 L’incorporation du CO2 dans la matière organique 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 fabriqués à la lumière (ATP et RH2). Lire expérience de Calvin page Doc. 1 page 18. Doc 2 page 19. Quelle est la première molécule synthétisée, la seconde ? La première molécule organique synthétisé est l’APG ( acide phosphoglycérique) Saisie, conclusion Courbe 1 : 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 APG donne RuBP. Courbe 2 : A la lumière et en présence de CO2, APG et RuBP sont constants. Lorsqu’il n’y a plus de CO2, la quantité de RU-BP augmente, celle d’APG diminue. Cela suggère que le RuBP + CO2 permet la formation d’APG. En fait deux molécules d’APG sont formées : 2 C5 + CO2 = 2 C3 ( on le voit sur la première courbe, ou APG = 2RuBP) Conclusion : Le cycle de Calvin, Benson ( doc 3 page 19) Remarque : La Rubisco enzyme catalysant l’intégration du CO2 est présente dans le stroma mais pas dans les thylakoïdes. On en déduit c’est dans le stroma que se fait l’incorporation du CO2 2H2O O2 Lumière THYLAKOÏDE ENERGIE 4H+ Stroma 2R 2 APG CO2 2 RH2 ADP+ Pi Cycle de Calvin C5P2 ribulose 1.5 QCM schéma bilan QCM livre page 28 Trioses phosphates ATP Glucide s