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La cellule végétale est une cellule autotrophe : elle fabrique sa matière organique à partir de matière minérale prélevée dans le milieu grâce à l’énergie lumineuse. C’est la photosynthèse.
Comment celle-ci permet-elle aux cellules végétales de produire de la matière ? Comment est utilisée l’énergie lumineuse ?
I - Les conditions nécessaires pour que les cellules chlorophylliennes effectuent la photosynthèse
I - Les conditions nécessaires pour que les cellules chlorophylliennes effectuent la photosynthèse
Correction TP 1 : https://vimeo.com/67161913
Correction act 2 :
Mesure de la concentration de CO2 et d’O2 dans une enceinte contenant des élodées placées à l’obscurité et à la lumière.
Je vois que : A la lumière : photosynthèse
A l'obscurité : respiration seulement
Doc 3 p.13
Le marquage radioactif de l'atome d'oxygène présent dans la molécule d'eau est retrouvé dans la molécule d'O2. L'oxygène de l'O2 provient de l'oxygène de l'eau.
Du CO2 radioactif (comportant des atomes de Carbone 14) est absorbé par une plante. On retrouve du carbone radioactif dans les glucides donc le carbone des glucides provient du CO2 atmosphérique.
Mesure de la concentration en O2 dans une enceinte contenant des élodées dans de l’eau distillée (sans ajout de CO2) éclairée au bout de 2 min à laquelle on ajoute quelques gouttes d’hydrogénocarbonate (qui va enrichir le milieu en CO2) au bout de 10 min.
Je vois que : A l'obscurité ou à la lumière sans CO2 la photosynthèse n'a pas lieu.
A la lumière avec CO2 il y a photosynthèse
Bilan : Les cellules chlorophylliennes ne peuvent réaliser la photosynthèse qu’en présence de lumière et de CO2. Le résultat de la photosynthèse est la synthèse de molécules de glucose qui s’assemblent et constituent l’amidon. Cette synthèse s’effectue au sein des chloroplastes*.
Equation–bilan simplifié de la photosynthèse :
II - Localisation cellulaire de la photosynthèse
II - Localisation cellulaire de la photosynthèse
1°) Organisation du chloroplaste
Schéma structure chloroplaste.pdfBilan :
Le chloroplaste* est l’organite clé de la photosynthèse. Le chloroplaste est un organite cellulaire compartimenté par des membranes : il contient de nombreux thylakoïdes*, sacs aplatis baignant dans un compartiment liquidien ou stroma.
Certains thylakoïdes sont regroupés et forme des empilements ou grana*. C’est dans le stroma qu’on trouve des grains d’amidon.
Seules les membranes des thylakoïdes sont vertes, elles renferment des pigments chlorophylliens*.
2°) Rôle des pigments photosynthétiques
TP 2 extraction des pigments chlorophylliens sujet du TP et vidéo qui explique le protocole :
TP 2 pigments chlorophylliens.docxBilan :
Il y a plusieurs types de pigments chlorophylliens dans la membrane des thylakoïdes : carotène, xantophylle, chlorophylle a et chlorophylle b. Chaque catégorie de pigment absorbe les longueurs d’onde particulières.
Ces pigments photosynthétiques absorbent principalement les radiations du spectre de la lumière blanche dans les longueurs d’onde correspondant au bleu et au rouge, ce qui explique la coloration verte des feuilles.
Il y a une correspondance entre le spectre d'absorption de l’énergie lumineuse par les pigments foliaires, situés dans le chloroplaste, et le spectre d'action photosynthétique (donc d’intensité de la photosynthèse). Les longueurs d'onde absorbées sont converties en une source d’énergie qui permet la biosynthèse de molécules organiques dans les cellules chlorophylliennes.
III- La photosynthèse : un phénomène en deux phases
III- La photosynthèse : un phénomène en deux phases
1°) Mise en évidence des 2 phases de la photosynthèse
Activité 3 : les 2 phases de la photosynthèse
Act 3 2 réactions de la photosyntèse.pdfRuben et Kamen ont cherché l’origine du dioxygène produit lors de la photosynthèse. Ils ont utilisé un isotope lourd de l’oxygène (18O) à la place de l’oxygène habituel (16O) et ils ont marqué ainsi diverses molécules (H2O, CO2). Lorsque de l’eau est marquée par le 18O (H218O), le dioxygène produit par la photosynthèse devient marqué. Ils en déduisent que c’est l’eau (H20) qui est à l’origine du dioxygène produit. Pour former une molécule de dioxygène, il faut donc 2 molécules d’eau.
Des expériences ont permis de comprendre le devenir des molécules de CO2 consommées lors de la photosynthèse (Doc 1 p.16 Expérience de Gaffron, 1951)
Du dioxyde de carbone radioactif (14CO2) est fourni à une suspension d’algues unicellulaires fortement éclairée pendant au moins 20 min puis mise à l’obscurité.On mesure la quantité de molécules organiques élaborées à partir du 14CO2 par les algues au cours de l’expérience. La fixation de CO2 se réalise aussi bien à l’obscurité qu’à la lumière. Mais lorsque l’obscurité dure trop longtemps la fixation de CO2 ne se fait plus.
Bilan : Le dioxygène dégagé lors de la photosynthèse provient de l’oxydation de l’eau ou photolyse de l’eau. L’eau donne de l’hydrogène et des électrons. Cette réaction nécessite la présence de lumière. C’est la phase photochimique.
Lors de la synthèse de glucose le carbone minéral est réduit en carbone organique. Cette réaction nécessite l’utilisation de dioxygène (H+) et d’électrons (e-). Cette réaction s’effectue sans lumière. C’est la phase non photochimique.
TP 3 réaction de Hill
Interprétation des résultats :
- De 0 s à 120 s, la suspension de chloroplaste est à l'obscurité : l'énergie lumineuse nécessaire à la phase photochimique de la photosynthèse étant absente,il n'y a pas oxydation des molécules d'eau, la concentration de dioxygène reste stable.
- De 120 s à 240 s, la suspension de chloroplaste est éclairée : l'énergie lumineuse nécessaire à la phase photochimique de la photosynthèse est présente. Cependant l'accepteur d'électron présent naturellement dans les chloroplastes étant absent, la chaîne réactionnelle conduisant à l'oxydation des molécules d'eau est bloquée, la concentration de dioxygène reste stable.
- De 240 s à 360 s, la suspension de chloroplaste est éclairée et le réactif de Hill (accepteur d'électron) est présent : la chaîne réactionnelle conduisant à l'oxydation des molécules d'eau est rétablie, la phase photochimique de la photosynthèse peut avoir lieu. L'énergie lumineuse est transformée en énergie chimique, l'accepteur d'électron est réduit par les électrons provenant des molécules d'eau. Il y a dégagement de dioxygène, la concentration de dioxygène augmente.
- De 360 s à 480 s, la suspension de chloroplaste est à l'obscurité et le réactif de Hill (accepteur d'électron) est présent : l'énergie lumineuse nécessaire à la phase photochimique de la photosynthèse étant absente,il n'y a pas oxydation des molécules d'eau, la concentration de dioxygène reste stable.
- De 480 s à 600 s, la suspension de chloroplaste est éclairée et le réactif de Hill (accepteur d'électron) est présent : la chaîne réactionnelle conduisant à l'oxydation des molécules d'eau est rétablie, la phase photochimique de la photosynthèse peut avoir lieu, la concentration de dioxygène augmente. Celle-ci pourrait continuer de croître jusqu'à épuisement du réactif de Hill.
Bilan : La production de dioxygène (lors de la photolyse de l’eau) n’est possible qu’en présence d’un accepteur d’électrons et de lumière.
2°) Des détails sur la réaction non photochimique
Schéma 1 : Le cycle de Calvin
Info complémentaire sur l'ATP :
Schéma 2 : L'ATP, la molécule de l'énergie
Schéma 3 : la régénération de l'ATP
Bilan :
La phase chimique permet l’incorporation du CO2 dans les molécules organiques (notamment les glucides).
Cette réaction se déroule dans le stroma des chloroplastes et ne nécessite pas directement d’énergie lumineuse par contre elle nécessite un accepteur d’électrons à l’état réduit (RH2) et de l’ATP.
L’ATP est une molécule capable de libérer de l’énergie. Elle intervient dans les réactions cellulaires qui nécessitent de l’énergie. ATP et ADP ne sont pas stockés dans la cellule mais sont constamment régénérés : (voir cycle de l’ATP)
Schémas 2 à connaître
D’où viennent RH2 et ATP nécessaires à la phase biochimique ?
3°) Détails de la phase photochimique
Etape 1 : la photo-oxydation de la chlorophylle
Les photons lumineux viennent frapper la molécule de chlorophylle qui change d’état et libère un électron. L’électron est pris en charge par un transporteur d’électrons. (Voir étape 2)
La photolyse de l’eau (H20 à ½ O2+H++e-) permet à la chlorophylle de capter un nouvel électron et de retrouver son état initial.
Etape 2 : le transport des e- le long de la chaîne d'oxydoréductions
L’e- arraché à la chlorophylle voyage à travers la membrane du thylakoïde de transporteurs en transporteurs jusqu’à un accepteur final d’e- situé dans le stroma : R. Cet accepteur d’e- passe de la forme oxydé R à la forme réduite RH2 (il capte au passage des H+ présents dans le stroma à voir étape 3 pour comprendre leur origine)
Etape 3 : La synthèse d'ATP
La photolyse de l’eau et la chaîne de transporteur d’e- créent une accumulation de H+ dans l’espace intrathylakoïdien. Un gradient de H+ se crée (déséquilibre entre l’intérieur des thylakoïdes et le stroma). Ces protons vont quitter les thylakoïdes en passant au niveau d’un canal membranaire qui est aussi une enzyme : l’ATP synthase. Ce passage entraîne la phosphorylation de l’ATP. (ADP + Pi à ATP).
Les H+ seront ainsi pris en charge par l’accepteur d’e- (Rà RH2).
Bilan : RH2 et ATP nécessaires à la phase biochimique proviennent de la phase photochimique.
S'entraîner pour le bac
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