Année 2015-2016 TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de T S Enseignement de Spécialité

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TP n° 3 PHASE PHOTOCHIMIQUE DE LA

PHOTOSYNTHESE

Durée : 2h00

SVT Biologie

THEME 1 : ÉNERGIE ET CELLULE VIVANTE Nom : Prénom : Date : Introduction : Le processus de la photosynthèse est constitué de deux phases. La première phase est la phase photochimique. Elle se

déroule dans les thylakoïdes chloroplastiques où l’énergie lumineuse est absorbée par les pigments chlorophylliens pour être convertie en énergie chimique.

Problématique : Comment est réalisée la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la cellule ?

Objectifs méthodologiques:

Réaliser une manipulation d’après un protocole ; Traduire des informations par un schéma ; s’informer ; Adopter une démarche explicative.

Travail à réaliser : - Montrez que la production de dioxygène lors de la photosynthèse nécessite certaines conditions, notamment la pré-sence d’un accepteur d’électron. - Exploitez les résultats expérimentaux des documents pour expliquer comment se déroule la synthèse de la molécule d’ATP au cours de la phase photochimique. - Complétez le schéma bilan de la phase photochimique.

I. LES TRAVAUX HISTORIQUES DE HILL

En 1941, Robin Hill propose une approche expérimentale de la phase photochimique et montre que, dans certaines conditions, des suspensions

de chloroplastes isolés sont capables de produire du dioxygène, donc de réaliser la photosynthèse.

Problème : Quelles sont ces conditions ?

1) Réalisez l’expérience de Hill en suivant dans l’ordre les 2 protocoles suivants :

Protocole d’extraction des chloroplastes :

1. Découper en fines lamelles quelques feuilles dans un mortier sortant du réfrigérateur (pour préserver les enzymes).

2. Ajouter un peu de sable frais.

3. Commencer à broyer et ajouter progressivement au cours du broyage 20 ml de tampon phosphate-saccharose (pH = 6,5).

4. Broyer fermement pendant au moins 2 minutes.

5. Filtrer dans un entonnoir garni de gaze (3 ou 4 épaisseurs) et de coton hydrophile. La gaze permettra de presser pour obtenir le

maximum de filtrat. Recueillir le filtrat dans un bécher refroidi recouvert de papier aluminium pour l’obscurité.

NB : Le filtrat contient des chloroplastes mais aussi de nombreux autres organites, comme les mitochondries qui assurent la respiration

cellulaire et qui consomment de l’O2 en permanence.

Mesure de l’évolution de la concentration en dioxygène de la suspension de chloroplastes:

1. Verser la quantité adéquate de filtrat dans le bioréacteur selon sa capacité.

2. Positionner la sonde oxymétrique.

3. Mettre en route l’agitateur.

4. Paramétrer la console.

5. Enregistrer pendant 12 minutes :

- 3 minutes à l’obscurité ;

- 3 minutes à la lumière ;

- Injection de 1ml du réactif de Hill (accepteur d’électrons appelé R) ;

- 3 minutes à la lumière;

- 3 minutes à l’obscurité.

6. Récupérer les données sur l’ordinateur.

2) Réalisez une capture d’écran du graphique obtenu et enregistrez l’image sur votre clé usb.

3) Analysez la courbe obtenue et déduisez-en les conditions nécessaires à la production de dioxygène (précisez si la présence de CO2

semble nécessaire).

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temps.

II. LA PHOTOLYSE DE L’EAU

Le dioxygène dégagé lors de la photosynthèse provient de la photolyse de l’eau :

Les électrons et les protons ne sont pas libres, mais transférés à un accepteur R :

Rappels : Une oxydation correspond à une perte d’électrons (et de protons); une réduction correspond à un gain d’électrons et ( de protons).

Un réducteur est une espèce chimique qui peut céder un ou plusieurs électrons ; un oxydant est une espèce chimique qui peut fixer un

ou plusieurs électrons.La forme réduite et oxydée d’un même élément chimique forme un couple redox.

Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction chimique impliquant un échange d’électrons (et de protons) entre 2 couples redox.

OxB/RedB : RedB OxB + n e- OxA/RedA : OxA + n e

- Red A OxA + RedB RedA + OxB

À un couple redox est associé un potentiel d’oxydoréduction (potentiel redox) mesuré en volts. Le transfert d’électrons ne s’effectue

spontanément (sans apport d’énergie) que dans le sens des potentiels redox croissants.

4) Indiquez pour chacune des 2 réactions (photolyse de l’eau, transfert à l’accepteur R) s’il s’agit d’une réduction ou d’une oxydation.

5) Ecrivez la réaction bilan d’oxydo-réduction correspondant au couplage de ses 2 réactions :

6) Les potentiels redox des couples H20/02 et RH2/R ont été établis : H20/02 = + 0,81 V et RH2/R = – 0,32 V

Quel problème cela pose-t-il ? Formuler une hypothèse explicative au problème posé.

Document complémentaire 1 : Les photosystèmes de la membrane des thylakoïdes.

III. LA PRODUCTION D’ATP

Des expériences ont montré que des chloroplastes isolés et éclairés fabriquaient une molécule riche en énergie, l’ATP (adénosine triphosphate),

à partir d’ADP et de phosphate inorganique (Pi). Découverte en 1929, la molécule d’ATP a été mise en évidence dans toutes les cellules animales,

végétales et bactériennes : c’est une molécule universelle.

La synthèse de l’ATP par phosphorylation de d’ADP, c’est-à-dire création d’une liaison entre deux groupements phosphate, est catalysée par

l’enzyme ATP synthase (présente dans la membrane des thylakoïdes) et nécessite de l’énergie :

Problème : D’où provient l’énergie nécessaire à la synthèse d’ATP ?

7) A partir des résultats expérimentaux des

documents 1 et 2, expliquez comment se

déroule la synthèse de la molécule d’ATP au

cours de la phase photochimique.

8) Réalisez un schéma-bilan de la phase

photochimique de la photosynthèse selon

le modèle suivant :

Document complémentaire 2 : Schéma-bilan

H2O 2H+ + 2 e- + ½ O2

R + 2H+ + 2 e- RH2

ATP synthase

Énergie

Document 1 Document 2