La photosynthèse. 1. Photosynthèse et respiration Photosynthèse et respiration. Fabriquent leur...

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  • La photosynthse
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  • 1. Photosynthse et respiration Photosynthse et respiration. Fabriquent leur propre matire organique. Autotrophes : Htrotrophes : Respiration ou fermentation. Transforment la matire organique vgtale en matire organique animale.
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  • 1. Photosynthse et respiration Un processus physiologique par lequel les vgtaux qui contiennent certains pigments (chlorophylle) sont capables de capter lnergie lumineuse et de le transformer en nergie chimique (ATP et pouvoir rducteur NADPH+H+) afin de raliser la nutrition carbone partir du CO2 atmosphrique. Ce processus est accompagn dun dgagement doxygne. Ce phnomne se droule dans les chloroplastes chez les vgtaux volus et chez les algues bleues
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  • Chimioautotrophes Cas particulier de certaines espces de bactries. Matire inorganique (CO 2, H 2 O) Matire organique Ractions d'oxydation ( H 2 S, NH 3, Fe 2+ ) E Donc, pas de lumire ncessaire.
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  • 2. Les chloroplastes Responsables de la photosynthse dans les parties vertes des plantes.
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  • La membrane des thylakodes contient des pigments : Chlorophylle a et b (vert) bleue-vert; vert-jaune Carotnodes et xantophylles (jaune rouge) 1 mm 2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes. Carotnode le plus abondant = -carotne -carotne 2 vitamines A
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  • quation gnrale de la photosynthse CO 2 + H 2 OCH 2 O + O 2 Plus prcisment : 6 CO 2 + 6 H 2 O1 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Plus prcisment encore 6 CO 2 + 12 H 2 O1 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O
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  • O 2 Provient de l'eau 6 CO 2 16 + 6 H 2 O 18 Glucose 16 + 6 O 2 18 6 CO 2 18 + 6 H 2 O 16 Glucose 18 + 6 O 2 16
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  • Droulement de la photosynthse 2 phases : Raction photochimique : dans la membrane des thylakodes Cycle de Calvin : dans le stroma E lumireE chimique (ATP) H2OH2OH + + O + lectrons
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  • 3. La raction photochimique Dans la raction photochimique, l'nergie de l'lectron sert transformer l'ADP et P en ATP.
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  • La chlorophylle absorbe la lumire. Deux lectrons sont ports un niveau d'nergie suprieur. Chaque lectron est capt par des transporteurs situs dans la membrane du thylakode. chaque transfert, l'lectron perd de l'nergie. L'lectron passe de transporteur en transporteur. PSI - Chl. b (P700nm)
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  • NADP = Nicotinamide adnine di nuclotide phosphate Transporte les H + et les lectrons provenant de la dissociation de l'eau. PSII - Chl. a (P680nm) Photo dissolution
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  • PSII - Chl. a (P680nm) PSI - Chl. b (P700nm)
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  • PSI - Chl. b (P700nm) PSII - Chl. a (P680nm)
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  • Absorption de la lumire Lumire visible : 380 750 nm
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  • Exprience de Thomas Engelmann (annes 1880) Bactries attires par loxygne algue filamenteuse spirogyre Le rendement de la photosynthse nest pas le mme toutes les longueurs donde (couleurs)
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  • Les diffrents pigments n'absorbent pas la lumire de la mme faon. L'nergie absorbe par les pigments accessoires (chlorophylle b, carotnodes et xantophylles) est transmise la chlorophylle a.
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  • Pourquoi les plantes sont-elles vertes?
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  • 4. Cycle de Calvin = fixation du carbone RuDP carboxylase : on dit aussi "RubisCO" Chacun des 3 CO 2 se lie une molcule 5 C (RuDP) pour former une molcule 6 C qui se scinde en deux molcules 3 C. Il se forme donc 6 molcules 3 C. La raction est catalyse par la RuDP carboxylase (RubisCO).
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  • PGALGlucose et autres matires organiques PGAL = phosphoglycraldhyde Les 6 molcules 3 C se transforment en PGAL. Un sort du cycle et les 5 autres continuent dans le cycle. Ils serviront former 3 molcules de RuDP 5 C APG (acide phosphoglycrique) APG (acide 1,3diphosphoglycrique) Phase I Phase II Phase III
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  • Rubisco est la protine la plus abondante de la plante
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  • Le cycle de Calvin est essentiel la phase photochimique La raction photochimique est essentielle au cycle de Calvin. De plus, la RuDP carboxylase ne fonctionne qu'en prsence de lumire.
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  • 5. Facteurs externes ayant une influence sur la photosynthse 1. Eau 2. [ CO 2 ] [ CO 2 ] ==> photosynthse Pas tellement d'effets en milieu naturel (le taux de CO 2 est peu prs constant dans lair). En milieu artificiel, le taux de photosynthse peut augmenter jusqu' 5 X si on augmente le taux de CO 2. Le pallier de loptimum vers 0.1% au-del de 2 5% (CO2 toxique). Faible clairement et basse TC la teneur en CO2 atmosphrique (0.034%) devient fortement limitante. 0.005% de CO2 assimilation nette gale 0 [O 2 ] ==> photosynthse (effet Warburg)
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  • 4. Lumire: hliophiles (700-1000Lux), sciaphiles (100Lux) Intensit Alternance lumire / noirceur Longueur d'onde (important dans l'eau o la longueur d'onde de la lumire change avec la profondeur). Beaucoup d'enzymes du cycle de Calvin ne sont actives qu'en prsence de lumire. 3. Temprature Temprature (30C) ==> photosynthse jusqu' une temprature limite (45C) partir de laquelle les enzymes commencent tre dnatures.
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  • 6. La photorespiration [O 2 ] ==> photosynthse (effet Warburg) 50% Fermeture des stomates ==> [O 2 ] et [CO 2 ] ==> photosynthse La RuDP carboxylase peut se lier l'oxygne comme au CO 2. Plus [O 2 ] plus RuDP carboxylase se lie O 2 plutt qu' CO 2. ==> RuDP carboxylase ajoute O 2 au RuDP et non CO 2
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  • glyoxylate glycolate glycine
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  • 6. Adaptation des plantes l'aridit Plantes au mtabolisme C 4 Plantes au mtabolisme CAM Plantes au mtabolisme C 4 Coupes de feuilles C 3 et C 4 Ex.Canne sucre et mas
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  • Coupe d'une feuille de mas (plante au mtabolisme C 4 ) Cellules du msophylle n'ont pas les enzymes du cycle de Calvin (pas de RubisCO). Ces enzymes sont dans les cellules de la gaine fasciculaire.
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  • 1. Le CO 2 pntre dans la feuille par les stomates. 2. Le CO 2 pntre dans les cellules du msophylle. 3. Le CO 2 se combine un compos 3 C (acide phosphonolpyruvique) pour former un compos 4 C (acide oxaloactique). La raction est catalyse par la PEP carboxylase. C3 + CO 2 C4 PEP carboxylase PEP carboxylase ne peut pas se lier l'oxygne comme la RuDP carboxylase.
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  • 4. Le compos 4C (acide oxaloactique) migre dans les cellules de la gaine fasciculaire. 5. Le compos 4C est converti en un compos 3 C et en CO 2 qui entre dans le cycle de Calvin. C4C3 + CO 2 Calvin
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  • La concentration en CO 2 dans les cellules de la gaine est toujours leve. DONC Trs peu de photorespiration. Le mtabolisme C4 est une adaptation l'aridit. Mme si le taux de photosynthse est lev (chaleur, temprature leve, lumire abondante) la photorespiration est minimise.
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  • ~ 95% des 260,000 espces connues de plantes = C 3 ~ 5% = C 4 C 3 : Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO2) C 4 : Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO2)
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  • Plantes au mtabolisme CAM CAM = Crassulacean Acid Metabolism = mtabolisme dcouvert chez des plantes appartenant la famille des Crassulaceae. Les plantes CAM ouvrent leurs stomates la nuit. L'acidit de leurs feuilles augmente la nuit (pH peut baisser jusqu' 4) et diminue le jour. -Ce type de mtabolisme est prsent dans de nombreuses autres familles de plantes (~ 20 familles). Ex. Cactus, Ananas, Orchides -Plus rpandu que le mtabolisme C 4
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  • La nuit : Ouverture des stomates. Absorption de CO 2. CO 2 ragit avec un compos 3 C pour former un compos acide 4C (acide malique). CO 2 + C3C4 (acide malique) L'acide malique s'accumule dans les cellules au cours de la nuit (ce qui fait baisser le pH). Le jour : Les stomates se ferment (ce qui limite les pertes d'eau). L'acide malique est converti en un compos 3C et en CO 2.
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  • Mtabolisme CAM
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  • PLANTE Mtabolisme C4
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  • Chez les plantes C 4, la photosynthse se droule deux endroits diffrents de la feuille. Chez les plantes CAM, la photosynthse se droule deux moments diffrents. Les plantes au mtabolisme C 4 et CAM sont particulirement bien adaptes aux climats chauds et secs.
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