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1 THEME 1 : La Terre dans l'univers, et l'évolution de La photo-autotrophie vis-à-vis du carbone (la photosynthèse). Ces cellules chlorophylliennes possèdent un organite spécialisé : le chloroplaste. Celui-ci permet l'incorporation du CO 2 atmosphérique dans les réserves des cellules végétales, sous forme d'amidon le plus souvent. Cette incorporation est rendue possible grâce à la chlorophylle qui capte l'énergie lumineuse pour la «transformer» en énergie chimique. L équation globale de la photosynthèse : Energie lumineuse 6 CO H 2 O Chlorophylle C 6 H 12 O O H 2 O. I. La feuille: milieu de synthèse de la matière organique. Pour produire de la matière organique les végétaux ont besoin : De lumière De CO 2 De pigments (chlorophylles) D eau De sels minéraux La température peut également être un facteur important, car les réactions chimiques de la photosynthèse sont rendues possibles grâce à des enzymes qui agissent à des températures particulières. Les végétaux sont des producteurs primaires, à la base de nombreuses chaînes alimentaires, qui réalisent la synthèse de leur propre matière organique en utilisant le carbone minéral (CO2), l eau et l énergie lumineuse : ils sont photo-autotrophes pour le carbone Ils doivent donc posséder des structures spécialisées capables de fixer le CO2 et d absorber l énergie lumineuse. 1. L assimilation du carbone minéral par les végétaux L épiderme supérieur et inférieur des végétaux est recouvert d une cuticule imperméable à l eau et au CO 2. Les feuilles des végétaux supérieurs possèdent des structures spécialisées, les stomates constitués de 2 cellules stomatiques qui forment un orifice : l ostiole. Sous le stomate, se trouve une chambre sous stomatique qui avec les espaces du parenchyme lacuneux forme l atmosphère interne de la feuille. Lors de leur ouverture, laissent pénétrer le CO 2 à l intérieur des cellules du parenchyme lacuneux et atteindre les chloroplastes, des organites spécialisés dans la réduction photosynthétique du CO 2. Remarques: Le dioxygène et l eau sous forme de vapeur sont évacués dans cette atmosphère interne puis à l extérieur par les stomates. L ouverture des stomates est variable en fonction des heures de la journée. SVT - N.ANDRIEUX - 1/5

2 THEME 1 : La Terre dans l'univers, et l'évolution de 2. La collecte de la lumière par les végétaux La feuille est une surface d échange. Sa forme étalée est adaptée à la collecte de la lumière. A l échelle cellulaire, les chloroplastes sont concentrés au niveau du parenchyme palissadique localisé à la face supérieure de la feuille ce qui optimise la photosynthèse. Il est possible d extraire, par chromatographie, les différents pigments présents dans les chloroplastes de la feuille. 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). En utilisant un spectromètre, on détermine le spectre d absorption des pigments verts chlorophylliens qui absorbent la lumière pour des longueurs d ondes de nm (bleu) et nm (rouge). Comme le spectre d absorption des pigments correspond au spectre d action de la photosynthèse mis en évidence par l expérience d Engelmann, on peut dire que c est l absorption de certaines longueurs d ondes par les pigments qui permet la photosynthèse. On parle alors de pigments photosynthétiques. Remarque : La diversité des pigments permet à la plante d absorber de nombreuses longueurs d ondes différentes : les chlorophylles (a et b) : vertes les caroténoïdes (carotène, lycopène, xanthophylle) : rouges, orangés et jaunes les flavonoïdes (flavones et anthocyanes) : jaunes à orangées et violettes à bleues SVT - N.ANDRIEUX - 2/5

3 THEME 1 : La Terre dans l'univers, et l'évolution de II. La photosynthèse : des processus complexes Le processus de la photosynthèse est constitué de deux phases complémentaires et simultanées, mais aux caractéristiques différentes : une phase qui dépend de l intensité lumineuse et qui ne dépend pas de la température : la phase photochimique une phase qui dépend de la température et de la concentration en CO 2 : la phase non photochimique 1. La phase photochimique Les travaux de Hill ont montré que la phase photochimique, qui se déroule dans les thylakoïdes chloroplastiques, est une production d O2 actionnée par la lumière en présence d eau, d un accepteur d électron (réactif de Hill), mais en l absence de CO 2. En effet, c est l énergie transmise par les photons aux pigments des photosystèmes (complexe protéines-pigments photosynthétiques de la membrane des thylakoïdes) qui va déclencher l oxydation de l eau. Photolyse de l eau : H 2 O e - + ½ O 2 Les protons ( ) provenant de l oxydation de l eau contribuent également à produire de l (adénosine triphosphate) à partir d ADP et de phosphate inorganique, au cours d une : Réaction de phosphorylation R e - RH 2 Les électrons provenant de cette oxydation sont ensuite transmis à un accepteur final R + par l intermédiaire d un complexe de protéines (enzymes) situées dans la membrane des thylakoïdes : la chaîne photosynthétique. A l issue de cette chaîne d oxydoréduction, R + est réduit en un composé intermédiaire RH 2, un coenzyme réduit, indispensable aux autres réactions de la photosynthèse ADP + Pi L est une molécule essentielle dans les transferts d énergie indispensables aux réactions métaboliques. BILAN : La phase photochimique est donc un ensemble de réactions d oxydoréduction couplées à une réaction de phosphorylation. SVT - N.ANDRIEUX - 3/5

4 THEME 1 : La Terre dans l'univers, et l'évolution de Stroma ADP + Pi 2H 2 O O 2 Chlorophylle 4 Thylakoïde + H Espace intrathylakoïdale 2. L assimilation du CO2 au cours de la phase non photochimique. Il est ici nécessaire, de distinguer, dans le processus de photosynthèse, les mécanismes énergétiques qui résultent de la conversion de la lumière en énergie disponible (production d') au cours desquels la cellule chlorophyllienne acquiert des propriétés réductrices et les mécanismes synthétiques au cours desquels la matière minérale (dioxyde de carbone) est réduite pour aboutir à la synthèse de molécules organiques. Cette étape se déroule dans le stroma des chloroplastes. a. Formation d'acide phosphoglycérique à partir du ribulose-biphosphate (ou C5P2) qui fixe une molécule de CO2 pour donner 2 molécules d'acide phosphoglycérique (APG) à 3 atomes de C. b. Formation de triose-phosphate (ou C3P) à partir de l'acide phosphoglycérique qui entre dans un cycle de réactions complexes (cycle de CALVIN) au cours desquelles il est réduit par l'oxydation du transporteur d'électrons (RH2); l'hydrolyse de l' fournit l'énergie indispensable à cette synthèse qui n'exige pas la présence de lumière: ADP + Pi + énergie c. Synthèse de nombreuses molécules organiques à partir du triose-phosphate, comme: des glucides à 5 atomes de C (par exemple ribulose-biphosphate régénéré au cours du cycle de CALVIN), des glucides à 6 atomes de C comme le glucose, précurseurs de molécules essentielles comme le saccharose ou l'amidon, des lipides, des acides aminés, des protides, des acides nucléiques. L'ensemble de ces réactions (endergoniques) ou anabolisme consomme de l'énergie qui est fournie par l'. Équation bilan : 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O Glucose SVT - N.ANDRIEUX - 4/5

5 THEME 1 : La Terre dans l'univers, et l'évolution de BILAN: La photosynthèse résulte donc de 2 processus complémentaires et simultanés : les réactions chimiques de la phase photochimique dans les thylakoïdes les réactions chimiques de la phase non photochimique dans le stroma Stroma ADP + Pi 2H 2 O O 2 Chlorophylle 4 Thylakoïde + H Espace intrathylakoïdale Fixation du CO 2 CO 2 Ribulose bi Phosphate Phosphoglycérate ADP + Pi Triose Phosphate ADP + Pi GLUCIDES Triose Phosphate SVT - N.ANDRIEUX - 5/5

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