La photosynthèse Gilles Bourbonnais Cégep de Saine-Foy.

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  • La photosynthse Gilles Bourbonnais Cgep de Saine-Foy
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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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  • 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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  • Origine volutive des chloroplastes et des mitochondries
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  • La membrane des thylakodes contient des pigments : Chlorophylle a et b (vert) Carotnodes et xantophylles (jaune rouge) 1 mm 2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes. Carotnode le plus abondant = bta-carotne Bta-carotne2 vitamines A
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  • Chaque anne, toute la chlorophylle des plantes (~ 300 millions de tonnes) est synthtise et dgrade environ trois fois. Si la chlorophylle se dgrade plus vite qu'elle n'est synthtise, on voit alors apparatre les autres pigments.
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  • Chlorophylle
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  • une certaine poque, on prtait toutes sortes de vertus la chlorophylle.
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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 O 2 Provient de l'eau 6 CO 2 16 + 6 H 2 O 18 Glucose 16 + 6 O 2 18
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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 2 + 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.
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  • Les lectrons arrachs la chlorophylle sont remplacs par des lectrons arrachs une molcule d'eau. En perdant ses lectrons, la molcule d'eau se scinde en 2 ions H + et en O 2.
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  • Absorption de la lumire Lumire visible : 380 750 nm
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  • Exprience de Thomas Engelmann (annes 1880) lire, cliquez sur le lien 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, carot- nodes et xantophylles) est transmise la chlorophylle a.
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  • Pourquoi les plantes sont-elles vertes?
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  • Les molcules de pigments de la membrane du thylacode sont associes des transporteurs dlectrons. Lensemble forme un photosystme. Dans un photosystme, lnergie lumineuse peut tre absorbe par certains pigments (chlorophylle ou autres pigments) et transmise, sous forme dlectrons excits, dautres molcules de pigment. Les lectrons excits sont finalement transmis deux molcules de chlorophylle a au centre du photosystme. Un photon doit avoir une longueur donde bien prcise pour tre absorb par une molcule. Ce systme permet la chlorophylle a dabsorber lnergie lumineuse de photons qui ont une longueur donde qui ne pourrait pas normalement lexciter.
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  • ==>formation d'un gradient de concentration et d'un gradient lectrique. Les H + diffusent en suivant leur gradient de concentration et leur gradient lectrique. Les ions H + passent par des ATP synthtases. formation d'ATP partir d'ADP et de P nergie provenant des lectrons sert activer des pompes protons. Les ions H + sont "pomps" l'intrieur des thylakodes. La concentration en H + dans le thylakode peut devenir 1000 fois suprieure celle du stroma.
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  • Pour faire du glucose, il faut : De lnergie (ATP) Une source de carbone et doxygne (CO 2 ) De lhydrogne (les H + qui viennent de leau dissocie) Des lectrons riches en nergie Les lectrons arrachs leau et excits par la lumire ont perdu leur nergie (convertie en ATP). On doit les exciter nouveau pour quils soient utilisables dans la synthse du glucose.
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  • Les lectrons puiss sont absorbs par la molcule de chlorophylle dun autre photosystme (appel photosystme I). On a dcouvert le photosystme I avant le II. Cest pourquoi ils portent ces numros.
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  • Les ions H + provenant de l'eau et les lectrons riches en nergie se lient la molcule de NADP +. NADP = Nicotinamide adnine dinuclotide phosphate Transporte les H + et les lectrons provenant de la dissociation de l'eau. LIEN WEB
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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
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  • Rubisco est la protine la plus abondante de la plante LIEN WEB WEB
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  • LIEN WEB
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  • Pour en savoir plus sur Calvin et son cycle Melvin Calvin (1911-1997)
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  • 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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  • Le cycle de Calvin est essentiel la phase photochimique
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  • 5. Facteurs externes ayant une influence sur la photosynthse 1. Eau 2. [ CO 2 ] [ CO 2 ] ==> photosynthse On estime que laugmentation du taux de CO 2 atmosphrique depuis 1950 (de ~300 ~350 ppm) aurait contribu une augmentation de 15% du rendement des rcoltes mondiales. En serre, le taux de photosynthse peut augmenter jusqu' 5 fois si on augmente le taux de CO 2 (dans les serres o le taux de CO 2 est contrl, il est maintenu entre 700 ppm et 1000 ppm gnralement; le CO 2 devient toxique pour nous autour de 6000 ppm).
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  • 4. Lumire 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 ==> photosynthse jusqu' une temprature limite partir de laquelle les enzymes commencent tre dnatures.
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  • 6. La photorespiration [O 2 ] ==> photosynthse (effet Warburg) 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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  • DONC pas de fixation du carbone, pas de formation de glucides. La photorespiration peut diminuer le rendement de la photosynthse de prs de 50%
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  • Pourquoi ce "dfaut" de la RuDP carboxylase ? = probablement un vestige de l'poque o l'atmosphre de la plante tait pauvre en O 2 et riche en CO 2 Dans ces conditions, pas d'importance si la RuDP carboxylase a aussi de l'affinit avec O 2
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  • 7. Adaptation des plantes l'aridit Plantes au mtabolisme C 4 Plantes au mtabolisme CAM
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  • Coupes de feuilles C 3 et C 4 Plantes au mtabolisme C 4 Ex.Canne sucre et mas Gaine fasciculaire = gaine de cellules entourant les nervures de la feuille Notez la disposition des cellules de parenchyme (msophylle) dans la feuille en C3 et celle en C4 Notez aussi que les cellules de la gaine fasciculaire des plantes en C4 ont des chloroplastes
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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