Transferts de matière et d’énergie de la betterave au sportif…

Un 1er bilan de la photosynthèse :

H2O + CO

2 + ions minéraux → MO (glucose, amidon) + O

2

Pb : quelles sont les conditions, les mécanismes et la localisation cellulaire de la photosynthèse ?

AP1 photosynthèse : comparaison des « propriétés » photosynthétiques des végétaux verts et des végétaux rouges !

Le néon « reptilux » qui émet surtout des radiations vertes et jaunes fait mourir les végétaux verts et rouges au contraire du néon « aqualux » qui émet des radiations bleues et rouges.

Recherche d’arguments en faveur d’une photosynthèse chez les végétaux verts et rouges :

• Recherche de chloroplastes verts sièges de la PS et de la présence d’amidon (microscopie, eau iodée)

• Recherche de chlorophylle (chromatographie)

• Recherche des propriétés d’absorption des radiations lumineuses par la chlorophylle (spectroscopie)

• Recherche de l’influence des radiations lumineuses (absorbées) sur la photosynthèse (EXAO, sonde O2)

Respiration - Fermentation PHOTOSYNTHESE Glucose

Chlorophylle (pigment vert)

Lumière (énergie solaire)

3ème leçon : Localisation cellulaire et modalités de la photosynthèse :

I – Organites et pigments en jeu : Végétaux chlorophylliens = autotrophes = photo-autotrophes pour le carbone = produisent leurs molécules organiques renfermant du C organique à partir de CO2 (C minéral) d’eau et d’ions minéraux et ce en présence de lumière.

Les cellules chlorophylliennes des feuilles des vég étaux verts et rouges contiennent des chloroplastes, siège de la photosynthèse (présence d’amidon à la lumière révélée par l’eau iodée).

Document : Cellules chlorophylliennes d’Elodée testées à l’eau iodée…

Présence

d’amidon

Absence

d’amidon

12 h à l’obscurité 12h à la lum ière

Electronographie et schéma d’un chloroplaste à la l umière Leurs feuilles contiennent des pigments divers : de s pigments jaunes et orangés mais surtout de la chlorophylle verte permettant la photosynthèse.

(Non photosynthétique)

avec chlorophylle

Recherche des propriétés d’absorption des radiation s lumineuses par les pigments foliaires. Les pigments foliaires absorbent uniquement certain es radiations lumineuses : les radiations rouges et bleu-violet (pas les vertes). On cherche l’influence des radiations bleu-violet e t rouge sur la photosynthèse : Les radiations lumineuses efficaces pour la photosy nthèse sont les radiations bleues-violettes mais aussi rouges, par contre les radiations vertes sont inefficaces.

Bilan : La coïncidence entre le spectre d’absorptio n des radiations lumineuses par les pigments foliaires et le spectre d’action de la lumière sur la photosynthèse prouve que les pigments chlorophylliens sont responsables de la capture de l’énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse. Ce sont des pigments photosynthétiques localisés da ns la membrane des thylakoïdes des chloroplastes. . On en termine avec nos néons…

Pour mettre en évidence que ce sont bien les chloro plastes qui assurent la photosynthèse, EXAO chloroplastes isolés avec CO 2 en présence ou non de lumière. PB ….aucun dégagement d’O 2 !!!

On revient à l’équation de la photosynthèse

Lumière

chlorophylle

6 CO2 + 6 H

2O → C

6H

12O

6 + 6 O

2

Matière minérale glucose = MO

Donc, idée !!! Réduction probable du CO2 (gain de H) et oxydation probable de l’eau (perte de H)… II – Les étapes de la photosynthèse :

Pb : il faut confirmer que l’O 2 provient bien de l’oxydation de H 2O…

Bilan : origine de l’O du dioxygène = O de l’H2O ⇒ oxydation de l’H 2O en O2 au cours de la photosynthèse = photo-oxydation ou photolyse de l’e au

Pb : que deviennent les H + issus de l’oxydation de l’eau ?

2 hypothèses Document ressource : la suspension utilisée contien t des chloroplastes lésés, dont le contenu = coenzymes oxydés R sont dilués ! Expérience : Réaction de Hill : broyat de feuilles d’Epinard pour obtenir une suspension d’organites cellulaires renfermant notamment de nombreux chloroplastes isolés mais lésés (vérification au microscope). Mesure dans ce filtrat de la variation du taux d’O2 à l’aide de la sonde oxymétrique (O2) en absence ou en présence de lumière, en absence ou en présence d’un oxydant puissant : le chlorure ferrique qui peut pénétrer dans les chloroplastes aux enveloppes altérées. Evolution de la [O 2] dans une suspension de chloroplastes lésés en fon ction de la lumière et de la

présence d’un oxydant (réactif de Hill)

Lumière

obscurité

Obscurité Obscurité Lumière

Réactif de

Hill

Consommation d’O2 =

RESPIRATION

Consommation d’O2 =

RESPIRATION

Production d’O2 =

PHOTOSYNTHESE (+

respiration)

Conclusion : A l’obscurité et à la lumière, sans oxydant (réactif de Hill), on n’observe que la consommation d’O2 : donc seule l’activité (= respiration) des mitochondries est visible, aucune photosynthèse par les chloroplastes. A la lumière et en présence de l’oxydant, on observe une production d’O2 : donc photosynthèse par les chloroplastes, respiration mitochondriale masquée. Retour à l’obscurité, consommation d’O2, donc - respiration mitochondriale (qui n’est plus masquée), - arrêt de la PS Bilan pour la PS : Nécessité de lumière

+ Nécessité d’un accepteur d’H + (et d’électrons) = coenzyme R naturellement présen t dans le stroma = oxydant permettant l’oxydation d’H 2O en O2 puis la réduction du CO 2 en molécules organiques /

glucose C 6H12O6 dans les chloroplastes

Réaction de la photosynthèse

Lumière + chlorophylle

6 CO2 + 6 H

2O → C

6H

12O

6 + 6 O

2

R → RH2 RH2 → R

CL : Des réactions d’oxydoréduction ont lieu dans l es chloroplastes à la lumière au niveau des membranes des thylakoïdes : oxydation de l’eau en d ioxygène et réduction d’accepteurs d’H + (et d’ électrons = transporteurs oxydés = coenzymes oxydée s R du stroma. Cette oxydation est provoquée par la capture des ph otons et donc de l’énergie lumineuse par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoï des. Donc il n’y a pas de couplage direct entre l’oxydat ion de l’eau en dioxygène et la réduction du CO 2 en molécules organiques lors de la photosynthèse, l es coenzymes R servent d’intermédiaire.

Bilan : Des réactions d’oxydo-réduction au cours de la ph otosynthèse

Energie lumière

Bleu violet - rouge

Chlorophylle

Thylakoïde

Chloroplaste

R

RH2

Réduction du CO2 en

molécules organiques

??

Phase photochimique

(Dépendante de la lumière)

H2O O2

Stroma

Problèmes : 1) Comment ces deux phases (oxydation de l’eau à la lumière et réduction du CO 2) sont-elles couplées ? 2) Où et comment s’effectue la réduction du CO 2 en molécules organiques ? Doc1 :

Résultat : Quantité élevée et constante de CO2 incorporée = réduit dans les molécules organiques à la lumière, puis baisse très rapide, mais pas d’arrêt brutal jusqu’à annulation de cette incorporation à l’obscurité. HYP explicative : - La synthèse de MO a donc lieu en présence de lumière (comme la phase photochimique), et peut se poursuivre temporairement à l’obscurité (contrairement à la phase photochimique, cf Hill). - ↓ incorporation = réduction CO2 et donc de la PS à l’obscurité ne peut s’expliquer que par l’appauvrissement des Algues vertes en molécules formées de façon constante et permanente à la lumière et indispensables à la synthèse de MO (RH2 ???). Doc 2 :

Résultat : Quantité de CO2 fixée ⇔ synthèse de MO dans le stroma isolé • Très faible si chloroplaste à l’obscurité puis stroma à l’obscurité +CO2* • Importante si chloroplaste éclairés au préalable puis stroma à l’obscurité + CO2* ou si stroma à l’obscurité + RH2 + ATP + CO2* Conclusion : La synthèse de molécules organiques s’effectue dans le stroma des chloroplastes même à l’obscurité mais en présence d’ATP et de RH2 synthétisés à la lumière (phase photochimique). Mise en relation des données des doc 1 et 2 : La synthèse des molécules organiques dans le stroma par réduction du CO 2 = phase non photochimique (lumière non indispensable), nécessit e de l’ATP et des RH 2 produits à la lumière lors de la phase photochimique de la photosynthèse. La synthèse de MO à partir de CO2 lors de la phase non photochimique s’accompagne d’une consommation des produits de la phase photochimique : RH2 et de l’ATP fournissant l’énergie nécessaire aux synthèses. IMPORTANCE DU CO2 : ATP et RH2 sont constamment renouvelés par la phase photochimique et recyclés en R et ADP + Pi pendant la phase non photochimique grâce à la réduction du CO2. A l’obscurité, non renouvelées, elles s’épuisent, ce qui explique une baisse rapide jusqu’à l’arrêt des synthèses de MO à l’obscurité.

Lumière

Thylakoïde

Chlorophylle

Rox

RH2red

CO2

Réduction

Phase photochimique

(Dépendante de la

lumière)

H2O

O2

OXYDATION

réduction

Stroma ADP + Pi

ATP

Phase non

photochimique

(Indépendante de la

lumière)

oxydation

Chloroplaste

Doc 3 : PGA = première molécule organique formée lors de la phase non photochimique. Hyp : PGA → hexoses phosphates et ribulose biP, car � quantité PGA et apparition ribulose biP et hexoses. Hexoses P ou ribulose à l’origine des acides aminés.

DOCUMENT DE REFERENCE : LE CYCLE DE CALVIN

Doc 4 :

• En présence de CO2, à l’obscurité C5P2 → PGA, par contre, taux constants à la lumière donc APG consommé et C5P2 renouvelé ou recyclé à partir de APG ( nécessité ATP et RH2 ). • A la lumière, en absence de CO2, PGA → C5P2. En présence de CO2, taux constants donc renouvellement de PGA et consommation de C5P2, C5P2 fixant le CO2 pour former PGA. Mise en relation : Lumière et CO 2 ⇒ Doct 6 : PGA → C3P → hexoses-P → glucose… Mise en relation docts 2, 3 et 5 : La formation de C5P2à partir de PGA nécessite la consommation de RH2 et d’ATP formés lors de la phase photochimique.

CO2

Lumière ⇒

PGA C5P2

ATP

RH2

Bilan : La photosynthèse est la succession de deux phases couplées entre elles :

- dans les thylakoïdes, la phase photochimique dans l aquelle grâce à la collecte des photons = radiations bleues et rouges par les pigments phot osynthétiques (chlorophylle), permet l’oxydation de l’eau et la production d’O 2, couplées à la réduction de composés intermédiaires R en RH 2 et la synthèse ATP ;

- dans le stroma, la phase non photochimique permet l ’incorporation et la réduction du CO 2

pour la synthèse de glucides. Elle nécessite un acc epteur de CO 2 (C5P2), de l’ATP et des composés réduits RH 2 (issus de la phase photochimique).

C5P2

Lumière

Thylakoïde

Chlorophylle

Rox

RH2red

Phase photochimique

(Dépendante De la

lumière)

H2O

O2

oxydation

réduction

Stroma

ADP + Pi

ATP

Phase non

photochimique

(Indépendante de la

lumière)

oxydation

CO2

APG

C3P

glucides

réduction

Chloroplaste

Synthèse : Les étapes de la photosynthèse au nivea u du chloroplaste.