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Thème 1 - Énergie et cellule vivante.

Chapitre 1 : La photosynthèse : de l’énergie lumineuse à l’énergie chimique.

Qu’est-ce que la matière organique ? De quoi est constituée la matière organique ?

La matière vivante est principalement constituée d’eau et de molécules carbonées ou matière

organique (glucides, lipides, protides, acides nucléiques).

Dans la matière vivante le carbone est toujours lié à des atomes d’hydrogènes, souvent également à des atomes d’oxygènes.

Pour assurer ses fonctions, la cellule doit avoir recours à une source d’énergie lui permettant de

produire sa matière organique. L’ensemble des réactions chimiques constitue le métabolisme.

PB : Comment les végétaux fabriquent-ils leur matière organique ?

I. Les conditions de formation de la matière organique chez les végétaux chlorophylliens.

La démarche expérimentale :

1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique.

2. Mettre en œuvre le protocole de résolution.

3. Traiter des données et communiquer des résultats.

4. Exploiter des résultats pour répondre au problème.

Hypothèse attendue : Lumière, CO2, eau, sels minéraux

PB attendu : Comment voir que la plante produit de la matière organique ? Avez-vous prévu les

résultats attendus. Revenir à l’introduction, que peut-on mettre en évidence comme matière

organique

Protocole :

1. Prélever une feuille placée à la lumière, une feuille avec un cache opaque, une feuille placée à

la lumière et en absence de CO2, une feuille panachée.( Chaque groupe s’occupera d’une des

feuilles)

2. Les plonger 5 minutes dans de l’alcool bouillant dans un bécher.

3. Recouvrir d’eau iodée dans une boite de pétri

4. Marquer votre nom et les conditions sur la boite de pétri

Conditions

expérimentales

Test eau iodée

Interprétation

Résultats attendus

A. La lumière, source d’énergie.

En absence de lumière, les végétaux chlorophylliens ne produisent plus de Mo : La lumière est donc

la source d’énergie utilisée par les végétaux chlorophylliens pour fabriquer leur matière

organique.

B. Le CO2, source de carbone.

En absence de CO2 atmosphérique, il n’y a plus de production de matière organique par la plante :

Le CO2 est donc la source de carbone utilisée par les végétaux chlorophylliens pour fabriquer

leur matière organique.

C. Les sels minéraux et l’eau

En absence d’eau les végétaux chlorophylliens meurent : L’eau est donc indispensable à la survie

de ceux –ci.

Il en est de même pour les sels minéraux.

Conclusion : Equation bilan simplifiée.

6 CO2+6 H20 C6H1206+ ?

En fait 12H20 6H2O

D. Le dioxygène, un déchet de la photosynthèse.

Comment mettre en évidence ce rejet d’O2 ? PB : Quel est l’origine du rejet de dioxygène ?

Le dioxygène libéré lors de la photosynthèse contient de l’ isotope O18 dans les mêmes proportions que l’eau de la

solution de départ. L’oxygène de la molécule d’eau est libéré par le végétal chlorophyllien sous la forme d’une

molécule de dioxygène.

Si c’est le dioxyde de carbone qui est marqué, le dioxygène rejeté n’est pas dans les mêmes proportions que le CO2.

L’oxygène de la matière organique provient du dioxyde de carbone.

Conclusion : Equation bilan de la photosynthèse

6 CO2+ 12 H20 C6H1206+ 6 O2 + 6 H20

Conclusion : Le CO2 est réduit (à placer sur l’équation bilan) en présence de lumière pour fabriquer

de la matière organique : on parle de photo-autotrophie pour le carbone.

L’eau est oxydée lors de cette réaction en dioxygène. La photosynthèse est donc une réaction

d’oxydo-réduction.

Remarque : Nous avons donc plusieurs marqueurs de l’activité photosynthétique : la production de

matière organique en présence de lumière, de dioxygène ou la consommation de dioxyde de carbone.

QCM

II. Localisation de la photosynthèse au niveau cellulaire.

A. Mise en évidence.

Matériel : Elève : microscope + lames et lamelles dans portoir+ eau iodée concentrée+verre de

montre + ciseaux + 1 pinces

Paillasse prof : Feuilles élodées à la lumière forte depuis 1 jour avec du hydrogénocarbonate de

sodium ( et pas de potassium PRATT 0.1 à 1 %)

La démarche expérimentale :

1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique. ( schématiser+ penser au témoin)

2. Mettre en œuvre le protocole de résolution.

3. Traiter des données et communiquer des résultats.

4. Exploiter des résultats pour répondre au problème.

Des expériences de coloration à l’eau iodée montrent que c’est dans des les chloroplastes, que

se fait la production de matière organique (sous forme d’amidon)

B. Le chloroplaste, organite clé de la photosynthèse.

Livre page 17 doc. 2. Légender le schéma d’un chloroplaste.

Les chloroplastes contiennent un liquide appelé stroma délimité par une double membrane,

membrane externe et membrane interne, et des sacs aplatis appelés thylakoïdes. Les thylakoïdes

s’empilent formant des structures appelées granum.

Schéma de l’ultrastructure d’un chloroplaste.

Remarque : Les chloroplastes apparaissent colorés car ils contiennent des pigments. Ceux -ci jouent

un rôle dans la photosynthèse ( voir grand I)

PB intermédiaires : Quels sont ces pigments contenus dans les chloroplastes et quel(s) est leur

rôle(s) ?

III. Les pigments contenus dans les chloroplastes.

A. La nature des pigments. Laisser la cuve se saturer en produit = mathilde La démarche expérimentale :

1. Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique.

Il faut pouvoir isoler les pigments, on va faire une chromatographie.

TP activité 1 et 2

Membrane externe

Membrane interne

Stroma

Espace intra thylakoïdien

Membrane du thylakoïde

Amidon

Granum

La plupart des végétaux contiennent trois types de pigments :

Les chlorophylles a et b de couleur verte

Les xanthophylles de couleur jaune

Les caroténoïdes de couleur jaune orangé

Remarque : Certains végétaux comme les algues brunes

possèdent d’autres pigments ( pour moi flavones, anthocyanes….

Les pigments photosynthétiques sont regroupés dans

la membrane des thylakoïdes en complexes pigment protéine

appelés photosystèmes.

B. Absorption des radiations lumineuses

Pour mettre en évidence l’absorption de la lumière par les pigments, on utilisera un spectromètre TP activité 3 à 8 attention il y a superposition du spectre de la chlorophylle brute sur celui de l’alcool

Spectre de la lumière blanche

Un pigment est une substance colorée qui absorbe certaines longueurs d’ondes de la lumière et renvoie toutes les

autres (ce qui détermine la couleur du végétal).On parle de spectre d’absorption des pigments chlorophylliens.

A l’aide du spectromètre, on détermine le spectre d’absorption d’une feuille qui absorbent la lumière pour

des longueurs d’ondes de 400-500 nm (bleu) et 650-670 nm (rouge). On remarque à l’aide de l’expèrience d’Engelman que cette absorption s’accompagne d’un rejet de dioxygène. Or

on sait que ce rejet de dioxygène est lié à la photosynthèse. L’absorption de lumière par les pigments de la

plante est donc lié à la photosynthèse. On parle alors de pigments photosynthétiques.

Mesurer à l’aide du spectrophotomètre le % d’absorption en fonction de la longueur d’onde. Chaque groupe fait une

mesure. Tracez la courbe sur excel ou sur papier

%

D’absorption

Longueur

d’onde nm

Remarque: L’absorption de la solution de pigments bruts correspond à la somme de l’absorption de chaque

pigment. La présence de plusieurs pigments ayant des pics d’absorption différents permet une meilleure absorption

de la lumière.

SPECTROMETRE en physique courbe

Prendre le modèle des physicien avec le réseau à placer sur la lentille

Spectres d'absorption des pigments d'une feuille.

Spectre d'absorption de la chlorophylle a

Conclusion : La chlorophylle a absorbe fortement à 430 nm (bleu) et 660 nm (rouge).

Spectre d'absorption de la chlorophylle b

Conclusion : La chlorophylle b absorbe fortement à 445 nm ( bleu) et 645 nm ( rouge).

Spectre d'absorption du carotène

Conclusion : Le ß carotène absorbe essentiellement entre 400 et 500nm.

Séance 4

Plusieurs TP possibles :l es pigments photosynthétiques des feuilles rouges : on cherche à savoir si les feuilles de

couleur rouge disposent de pigments photosynthétiques absorbant les mêmes radiations lumineuses que les feuilles

vertes ou Livre page 31 ou Tp les brachtées et la capacité photosynthètique.

PB : comment cet énergie lumineuse est-elle utilisé par la cellule chlorophylliennes ?

IV. Le déroulement de la photosynthèse.

A. La phase photochimique . ( à réviser avec votre livre)

Rappel : Le bilan des transformations de la photosynthèse peut s’écrire.

12 H2O + 6CO2 C6H1206 +602 +6H20

TP Expérience de Hill ou voir doc page 21 doc 4

La réaction de Hill montre que la production de dioxygène donc la photosynthèse ne se fait qu’en

présence de lumière et d’un accepteur d’électrons et de protons (appelé R).

Conclusion : La première étape de la photosynthèse est une réaction d’oxydo-réduction entre l’eau

et des composés notés R

2H2O + 2R 2RH2+ O2

Cette réaction nécessite de l’énergie apportée par la lumière et un système capable de

convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique que sont les pigments photosynthétiques.

Il y a donc conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique .On parle de phase

photochimique.

Cette réaction est couplée à une autre réaction. En effet une partie de l’énergie libérée lors de la

réduction de l’accepteur d’électron permet la synthèse d’une molécule appelée ATP (molécule

énergétique).

ADP + Pi + Energie ATP

Rappels :

Oxydation correspond :

- à perdre des protons ou des électrons ;

- à ôter de l’hydrogène et à fixer de l’oxygène.

Réduction correspond :

à gagner des protons ou des électrons

à ôter de l’oxygène et à fixer de l’hydrogène.

oxydation

Réduction

Construction schéma première phase ( Une couleur pour H, une couleur pour O)

THYLAKOÏDE

Contenant la chlorophylle

PB : Et le CO2, comment est il intégré à la matière organique ?

B. L’intégration du CO2 dans la matière organique. ( à réviser avec votre livre)

Doc 2 page 20, doc 1 page 20

2H2O O2

2R 2 RH2 ADP+ Pi ATP

Lumière

CO2

ENERGIE 4H

L’incorporation du CO2 dans la matière organique se réalise à la lumière mais continue encore

quelques secondes (15 secondes) à l’obscurité. La fixation du CO2 ne requiert donc pas

directement la lumière mais des éléments chimiques fabriqués à la lumière (ATP et RH2).

Lire expérience de Calvin page Doc. 1 page 18. Doc 2 page 19.

Quelle est la première molécule synthétisée, la seconde ?

La première molécule organique synthétisé est l’APG ( acide phosphoglycérique)

Saisie, conclusion

Courbe 1 : A la lumière, les quantités de RuBP (Ribulose 1-5 bisphospate molécule à 5 carbones

= C5 = C5P2) et APG (C3) sont constantes. Quand on passe à l’obscurité, la quantité de RuBP

diminue, celle d’APG augmente (puis diminue lorsqu’il n’y a plus de RuBP ): Cela suggère que

APG donne RuBP.

Courbe 2 : A la lumière et en présence de CO2, APG et RuBP sont constants. Lorsqu’il n’y a plus

de CO2, la quantité de RU-BP augmente, celle d’APG diminue. Cela suggère que le RuBP +

CO2 permet la formation d’APG. En fait deux molécules d’APG sont formées : 2 C5 + CO2 = 2

C3 ( on le voit sur la première courbe, ou APG = 2RuBP)

Conclusion : Le cycle de Calvin, Benson ( doc 3 page 19)

Remarque : La Rubisco enzyme catalysant l’intégration du CO2 est présente dans le stroma mais

pas dans les thylakoïdes. On en déduit c’est dans le stroma que se fait l’incorporation du CO2

THYLAKOÏDE

QCM schéma bilan

QCM livre page 28

2R 2 RH2 ADP+ Pi ATP

Lumière

C5P2 ribulose 1.5

2 APG Trioses

phosphates

Cycle de Calvin

CO2

Glucides

ENERGIE 4H+

Stroma

2H2O O2