Cours résumé - Pavot

Thème 3 – Energie et cellule vivante
Problématiques : Comment les cellules Eucaryotes s'approvisionnent-elles en énergie
nécessaire à leur fonctionnement ? Comment fonctionnent-elles ?
Activité 0 : rappels
Bilan : Les cellules ont besoin d'énergie pour fonctionner (exemple : les fibres musculaires se
contractent pour effectuer un mouvement). Cette énergie est produite par un ensemble de réactions
chimiques dans les cellules qu'on appelle le métabolisme (exemple : la respiration et la
photosynthèse). La photosynthèse (réalisée par les cellules chlorophylliennes) permet la synthèse de
matière organique (exemple : glucose) à partir du CO2 atmosphérique et de l'énergie lumineuse. La
matière organique produite va donc emmagasiner de l'énergie (énergie chimique) qui peut être
réutilisée par la respiration (dans les cellules non chlorophylliennes) qui va dégrader cette matière
organique pour produire de l'énergie.
Chapitre 1 : Transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique :
la photosynthèse
Problème : Comment expliquer la fabrication de matière organique par les cellules
chlorophylliennes ?
I – Le processus de photosynthèse au sein des organismes chlorophylliens :
A – Principe de la photosynthèse :
Activité 1 : Synthèse de matière organique par les végétaux chlorophylliens
•
Lumière et synthèse de matière organique :
Bilan : La lumière est indispensable à la production de matière organique chez les végétaux
chlorophylliens. En présence de lumière et de matière minérale, ils produisent des glucides tels que
l’amidon.
•
Source de carbone et synthèse de matière organique :
Bilan : La photosynthèse est une réaction chimique qui ne se réalise qu'en présence de lumière. Elle
a pour but d'absorber du CO2 et de l'eau et de former de la matière organique (sous forme de
glucose) et de dioxygène (déchet). L'équation de réaction est la suivante : 6 CO2 + 6 H2O (en
présence de lumière)→ Glucose (C6H12O6) +6 O2.
Question : Où se déroule la photosynthèse ?
B – Localisation de la photosynthèse :
Activité 2 : Localisation de la photosynthèse chez les végétaux chlorophylliens
Bilan : Chez les végétaux chlorophylliens, le CO2 de l’air pénètre dans les feuilles par les stomates
et atteint les chloroplastes des cellules du parenchyme chlorophyllien, lieu de son incorporation
dans les matières organiques produites.
Question : Comment sont organisés les chloroplastes ?
C – Organisation des chloroplastes :
Activité 3 : Observation de chloroplastes en électronographies
Schéma d'un chloroplaste
Bilan : Voir schéma du chloroplaste.
Problème : Comment les chloroplastes réalisent-ils la photosynthèse ?
II – Le processus de photosynthèse au sein des chloroplastes :
A – La photosynthèse, un processus complexe :
Activité 4 : Les expériences historiques de Gaffon (1951) et d'Arnon (1958)
Bilan : La photosynthèse est un mécanisme en deux phases :
• l’un ayant besoin de lumière = phase photochimique au sein des thylakoïdes.
• l’autre n’ayant pas besoin de lumière = phase non photochimique (ou chimique ou
biochimique) dans le stroma.
Ces deux étapes fonctionnent de manière complémentaire.
Question : Comment fonctionne la phase photochimique ?
B – La phase photochimique :
Activité 5 : L'expérience de Hill (1937)
Bilan : Lors de la phase photochimique, des complexes protéïques localisés dans la membrane des
thylakoïdes permettent la réalisation de réactions d’oxydoréduction. Ces réactions sont l’oxydation
de l’eau entraînant la production de dioxygène, la synthèse de composés réduits (RH2, qu'on
appelle également coenzyme réduit) et la synthèse d’ATP (adénosine triphosphate). Ces complexes
protéïques ne sont fonctionnels qu'à la lumière car ils utilisent l'énergie lumineuse.
Question : Comment les thylakoïdes récupèrent-ils la lumière ?
C – L'absorption de la lumière par les thylakoïdes :
Activité 6 : Les pigments photosynthétiques
Bilan : Ce sont les diverses molécules pigmentaires localisées dans les chloroplastes qui collectent
les radiations lumineuses. La chlorophylle, pigment responsable de la couleur verte des feuilles,
absorbe la lumière principalement dans le bleu-violet ainsi que dans le rouge. Les proportions des
radiations lumineuses de la lumière blanche absorbée par une catégorie de pigments représentent
son spectre d’absorption. Les longueurs d’onde les plus favorables à la photosynthèse symbolisent
le spectre d’action (450nm et 650 nm). Les pigments photosynthétiques comme la chlorophylle, en
absorbant la lumière (voir spectre d'action), absorbent de l'énergie qu'elle transmet aux électrons
permettant ainsi la synthèse de RH2 et d'ATP.
Question : Comment fonctionne la phase chimique ?
D – La phase chimique :
Activité 7 : Les expériences de Calvin, Benson et Bassham (1950-1960)
Bilan : Dans le stroma des chloroplastes, les composés intermédiaires ATP et RH2, permettent,
même en absence de lumière, de réduire le CO 2 et de produire des molécules de glucides. Ces
glucides sont stockés momentanément sous forme d’amidon. Les composés intermédiaires,
Ribulose1-5 bisphosphate (RuBP), phosphoglycérate (PGA) et trioses phosphates (C3P) participent
à un cycle de réduction photosynthétique du carbone : on parle du cycle de Calvin-Benson. Une
partie des trioses-P formés sert à la régénération de l’accepteur initial de CO2 (C5P2 = le ribulose
1,5 biphosphate), en consommant de l’ATP. L’autre partie des trioses-P formés sert à la synthèse de
glucides. Les composés glucidiques formés par la réduction du CO 2 sont exportés hors du
chloroplaste vers le cytoplasme des cellules chlorophylliennes et permettent essentiellement la
synthèse de saccharose mais aussi de tous les autres constituants chimiques des êtres vivants
(glucides, lipides, protéines, acides nucléiques…) grâce à un apport d’ions minéraux.