BILAN 2 du thème 2 LA PHOTOSYNTHESE TP3 : Chlorophylle et

Tsspé Thème 2 : Diversité et complémentarité des métabolismes
N. Pidancier 2011-2012
BILAN 2 du thème 2
LA PHOTOSYNTHESE
TP3 : Chlorophylle et photosynthèse
Grâce à la technique de chromatographie, on peut mettre en évidence une diversité de pigments foliaires
(chlorophylle a, b vertes, xanthophylle, les caroténoïdes jaunes...). Les couleurs variées des types de
feuilles dépendent de la quantité relative des différents pigments. Ces pigments absorbent les photons de
la lumière et utilisent l'énergie lumineuse.
Une solution brute de chlorophylle (= mélange de pigments) a une absorption maximum dans le bleu
(<500 nm) et le rouge (650-700 nm).
A : spectre d'absoprtion de la lumière blanche
B : spectre d'absoprtion d'une solution de chlorophylle brute
Les pigments permettant de réaliser la photosynthèse sont appelés pigments photosynthétiques.
Pigment = molécule colorée capable d'absorber certains rayonnments de la lumière.
L'eficacité de la photosynthèse dépend de la longueur d'ondes des radiations lumineuses. Elle est résumée
par le spectre d'action. On remarque que le spectre
d'absorption et le spectre d'action d'une solution de
chlorophylle brute se superposent. Ce sont les
chlorophylle a et b qui sont les plus efficaces dans la
photosynthèse.
:
Voir l'expérience historique de Engelmann (1894)
exerice 1 p. 29 et l'animation suivante
http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/metabo/photosynthese/014pigments.htm#engelman
Les pigments chlorophylliens permettent l'absorption de certaines longueurs d 'ondes
indispensables à la photosynthèse.
Lorsqu'elle capte un photon, la chlorophylle passe d'un état fondamental à un état excité. La chlorophylle
va perdre un électron hautement énergétique. La chlorophylle ayant perdu un électron est dite
chlorophylle oxydée. Ce phénomène représente une conversion de l'énergie lumineuse en énergie
chimique. (voir plus loin pour le devenir des électrons arrachés à la chlorophylle). Des expériences ont
montré que la photosynthèse se décompose en deux groupes de réactions chimiques : la phase
photochimique et la phase non-photochimique).
TP4 : La phase photochimique
Hill a montré que les chloroplastes éclairés peuvent libérer du dioxygène seulement si un accepteur
d'électrons (c'est le ferricyanure de potassium K 3Fe 3+(CN)6 qui a joué ce rôle dans la manipulation) est
présent dans le milieu.
Dans les conditions naturelles, le rôle d'accepteur d'électron est joué par un couple redox noté R/RH2 (R
est l'état oxydé et RH2 l'état réduit).
2H2O --------> 4H+ + 4e- + O2 (oxydation de l'eau à la lumière)
2R +4e + 4H+ -----------> 4RH2 (réduction des accepteurs d'électrons )
Observation de la surface des thylakoïdes au microscope
électronique par un technique particulière. Les petits sphère s
visibles sont des assemblages complexes de pigments
photosynthétiques et de protéines, appelés photosystème
(http://www.uel-pcsm.education.fr)
L'oxydation de l'eau ou photolyse de l'eau est donc à l'origine du dioxygène produit. Cette
décomposition de l'eau se fait au niveau de particules, contenant de la chlorophylle et des protéines,
situées dans la membrane des thylakoïdes. On parle de photosystème. La chlorophylle précédemment
oxydée accepte les électrons libérée par la photolyse des molécules d'eau. La chlorophylle est ainsi
régénérée.
Les électrons précédemment arrachés à la chlorophylle sont transférés via une chaîne d'oxydo-réduction
jusqu'à un accepteur final d'électron R qui est réduit en RH2. Ceci se fait aussi au niveau de la
membrane des thylakoïdes. Les protons H+ libérés par la photolyse de l'eau s'accumulent dans la cavité
des thylakoïdes et créent ainsi une différence de concentration de protons, appelé gradient de protons).
Ceci crée un flux de protons de la cavité des thylakoïdes vers le stroma et active des enzymes ATP
synthétases, permettant la synthèse d'ATP (Adénosine TriPhosphate)
La synthèse de l'ATP est une réaction consommant de l'énergie.
ADP + Pi + énergie -----> ATP
Schéma-bilan :Réactions au niveau des thylakoïdes dans les chloroplastes
L'énergie lumineuse captée par la chlorophylle est donc couplée à la synthèse de molécules d'ATP riches
en énergie, la production de RH2 et à la libérationde O2 dans le milieu.
TP5 : La phase non-photochimique
TP 5 doc 3 + DS4 :
Pendant cette phase de la matière minérale (CO2) est réduite pour la synthèse de molécules organiques.
A l'obscurité, la fabrication de molécules organique cesse progressivement. La fixation de CO2 ne dépend
donc pas directement de la lumière, mais des composés fabriqués pendant la phase photochimique (ATP,
RH2). Ces composants diminuent progressivement à l'obscurité jusqu'à leur épuisement. Les deux phases
de la photosynthèse sont donc liées, couplées.
La fixation du CO2 :expérience de Calvin et Benson (1962) :
L'acide phosphoglycérique (APG) est le premier composé formé et est donc à l'origine de toutes les
synthèses. Ce n'est pas un sucre.
Ensuite des molécules à 3 atomes de carbone (Trioses phosphate, C3P) apparaissent puis des molécules à
5 atomes de carbone (Ribulose 1-5 biphosphate, C5P2). Puis il y a apparition de nouvelles molécules,
sucres, acides, aminés, acides gras…
Cette phase a lieu dans le stroma et ne nécessite pas de lumière. La synthèse de molécules organiques a
lieu au cours d'un cycle complexe de réactions couplées aux réactions de la phase ''claire''. C'est le cycle
de Calvin. L'ensemble de ces réaction nécessite de l'énergie fournie par l'ATP.
Deux schémas illustrant le couplage entre phase photochimique et phase non photochimique
illustrations : http://beaussier.mayans.free.fr/