Erreur - Lycée Jean Moulin

Cours TS Spe SVT 2010/2011 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 / Conditions et localisation de la photosynthèse ....................................................................................................... 3
3 / Le rôle des pigments chlorophylliens dans la capture de l'énergie lumineuse ....................................................... 4
A - Le spectre d'action de la photosynthèse et d'absorption de la chlorophylle ....................................................... 4
B - Les différents pigments chlorophylliens ............................................................................................................. 4
4 / Transfert de l'énergie lumineuse en énergie chimique : phase photo-chimique de la photosynthèse .................... 5
A – L'oxydo-réduction dans les chloroplastes .......................................................................................................... 5
B - La réduction de la chlorophylle .......................................................................................................................... 6
5 / Fixation du carbone minéral par la plante et utilisation des produits de la phase photochimique (ATP et RH2) :
La phase non photochimique ....................................................................................................................................... 7
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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 / 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.
Livre page 14/15
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2 / conditions et localisation de la photosynthèse
Problème : Comment le CO2 est il utilisé dans les végétaux ?
TP / La localisation de la photosynthèse au sein des végétaux (Voir Fiche élève)
Expérience 1 : On cherche à savoir dans quelle(s) condition(s) les cellules chlorophylliennes produisent de l'O2.
On place dans une enceinte des euglènes (algue unicellulaire chlorophyllienne).
L'enceinte est munie d'une sonde à O2 permettant de mesurer la quantité de O2
dans l'eau. Ainsi on peut suivre les échanges de dioxygène entre les euglènes et
l'eau.
(voir le graphique ci-contre). On mesure ces échanges dans 2 conditions. On remarque
qu'à la lumière les euglènes dégagent de l'O2 tandis qu'à l'obscurité elles prélèvent de l'O2.
La lumière est donc un élément essentiel de la production d'O2 par les cellules
chlorophyllienne.
Expérience 2 : On cherche à identifier à quel endroit le CO2 est-il réduit 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 de cellules d'élodéés (algue verte pluricellulaire) 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 3 : 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.
Fiche elève : Structure et ultrastructure d'un chloroplaste (Thylacoïdes, granum, stroma, espace intra-thylacoïde)
Livre page 16-17 (Doc1)
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. C'est une réaction d'oxydo-réduction amenant dans un premier temps à la
fabrication de glucose, puis à la polymérisation du glucose en amidon.
6CO2+6H2O -------> C6H12O6+6O2
puis n C6H12O6 -------------->(C6H10O5)n+ nH2O
Problème : Quelle molécule libère un électron lors de la photosynthèse ?
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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 l'énergie lumineuse
A - Le spectre d'action de la photosynthèse et d'absorption de la chlorophylle
TP - Extraction de la chlorophylle - spectre d’absorption - spectre d'action
Bilan : Livre page 18/19
Le spectrophotomètre permet de construire le spectre d'absorption de la lumière par la chlorophylle. On remarque ainsi que la
chlorophylle absorbe la lumière. Cependant l'absorption de la lumière visible n'est pas totale, seules les longueurs d'ondes entre 400
et 500 nm (bleu), ainsi qu'entre 600 et 700 nm (rouge) sont absorbées. Les longueurs d'ondes entre 500 et 600 nm sont peu
absorbées. Ces longueurs d'ondes correspondent à la couleur verte. Cela explique la pigmentation (couleur) verte de la
chlorophylle.
De plus 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 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).
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.
B - Les différents pigments chlorophylliens
TP - Chromatographie de la chlorophylle brute et spectres d'absorptions des pigments
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 chlorplastes. L'absorption
globale(voir spectre d'absorptionà) 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)
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4 / transfert de l'énergie lumineuse en énergie chimique : phase photo-chimique de la photosynthèse
A – L'oxydo-réduction dans les chloroplastes
Bilan : La chlorophylle brute isolée émet un rayonnement rouge foncé lorsqu'elle est éclairé fortement. 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.
Hypothèse : Lorsque la chlorophylle est dans les chloroplastes, cette fluorescence ne n'a pas lieu car l'électron est capturé
par une molécule accepteur d'électron. Il y a donc un couplage absorption de lumière avec réaction de réduction d'une
molécule acceptrice d'électron.
Chl > Chl+ + elec (oxydation de la chlorophylle)
On observe qu’en éclairant une solution de chlorophylle brute (séparée des chloroplastes) celle-ci émet un rayonnement (photon) rouge. Tandis qu’une solution de
menthe (verte aussi) n’émet aucun rayonnement dans les mêmes conditions.
La différence entre les deux c’est que la menthe absorbe le rayonnement lumineux et le transforme en chaleur, tandis que la chlorophylle absorbe le rayonnement
lumineux et le transforme en chaleur mais aussi en photon (moins énergétique = rouge)
A l’échelle atomique l’absorption de lumière se caractérise par le passage d’un électron d’état fondamental à un état excité (l’électron acquière alors une énergie
potentielle). L’émission de chaleur se fait lorsque l’électron retrouve son état initial (10-9 sec).
TP - La réaction de Hill
Résultats :
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 valide l'hypothèse du couplage de l'absorption de la lumière et d'une réaction de réduction. Il existe
donc une molécule R dans les chloroplastes qui est réduit lors de la photosynthèse. On dira que R est un accepteur d'électron.
R (oxydé) + 2e- + 2H+ > RH2 (réduit)
L'énergie lumineuse passe donc grâce à cette réduction, de la chlorophylle à la molécule RH2.
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