Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR) Grandes fonctions de la Plante : La photosynthèse

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1 Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR) Biologie Végétale Avancée Grandes fonctions de la Plante : La photosynthèse

2 1. Photosynthèse et respiration Autotrophes : Hétérotrophes : Photosynthèse et respiration. Fabriquent leur propre matière organique. Respiration ou fermentation. Transforment la matière organique végétale en matière organique animale.

3 2. Les chloroplastes Responsables de la photosynthèse dans les parties vertes des plantes.

4

5 1 mm 2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes. La membrane des thylakoïdes contient des pigments : Chlorophylle a et b (vert) Caroténoïdes et xantophylles (jaune à rouge) Caroténoïde le plus abondant = -carotène -carotène 2 vitamines A Chaque année, toute la chlorophylle des plantes (~ 300 millions de tonnes) est synthétisée et dégradée environ trois fois. Si la chlorophylle se dégrade plus vite qu'elle n'est synthétisée, on voit alors apparaître les autres pigments.

6

7 Équation générale de la photosynthèse CO 2 + H 2 O CH 2 O + O 2 Plus précisément : 6 CO H 2 O 1 C 6 H 12 O O 2 Plus précisément encore 6 CO H 2 O 1 C 6 H 12 O O H 2 O

8 O 2 Provient de l'eau 6 CO H 2 O 18 Glucose O 2 18 Un arbre moyen absorbe chaque année environ 12 Kg de CO 2, une quantité équivalente à celle émise par une voiture roulant sur une distance de 7,000 Km. Il rejette également suffisamment d oxygène pour assurer la respiration d une famille de quatre personnes pendant un an.

9 Absorption de la lumière Lumière visible : 380 à 750 nm

10 Le rendement de la photosynthèse n est pas le même à toutes les longueurs d onde (couleurs) Expérience de Thomas Engelmann (années 1880) Bactéries attirées par l oxygène algue filamenteuse spirogyre

11 Les différents pigments n'absorbent pas la lumière de la même façon. L'énergie absorbée par les pigments accessoires (chlorophylle b, caroténoïdes et xantophylles) est transmise à la chlorophylle a.

12 Pourquoi les plantes sont-elles vertes?

13 Chromatographie sur papier

14 La chromatographie (chroma = couleur) fut inventée en Russie par Mikhail Tswett en En utilisant une colonne remplie de carbonate de calcium et de l'éther de pétrole, il réussit à séparer 6 pigments différents à partir d'un extrait de feuille.

15 Résultats de la chromatographie de la solution de pigments (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole) Carotène Xanthophylles (violaxanthine et néoxanthine) Chlorophylle b Chlorophylle a

16 3. Adaptation des plantes à l'aridité Plantes au métabolisme C 4 Plantes au métabolisme CAM

17 Plantes au métabolisme C 4 Ex.Canne à sucre et maïs Gaine fasciculaire = gaine de cellules entourant les nervures de la feuille Coupes de feuilles C 3 et C 4 Notez la disposition des cellules de parenchyme (mésophylle) 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

18 Coupe d'une feuille de maïs (plante au métabolisme C 4 ) Cellules du mésophylle n'ont pas les enzymes du cycle de Calvin (pas de RubisCO). Ces enzymes sont dans les cellules de la gaine fasciculaire.

19 1. Le CO 2 pénètre dans la feuille par les stomates. 2. Le CO 2 pénètre dans les cellules du mésophylle. 3. Le CO 2 se combine à un composé à 3 C (acide phosphoénolpyruvique) pour former un composé à 4 C (acide oxaloacétique). La réaction est catalysée par la PEP carboxylase. PEP carboxylase ne peut pas se lier à l'oxygène comme la RuDP carboxylase. C3 + CO 2 PEP carboxylase C4

20 4. Le composé à 4C (acide oxaloacétique) migre dans les cellules de la gaine fasciculaire. 5. Le composé à 4C est converti en un composé à 3 C et en CO 2 qui entre dans le cycle de Calvin. C4 C3 + CO 2 Calvin

21 La concentration en CO 2 dans les cellules de la gaine est toujours élevée. DONC Très peu de photorespiration. Le métabolisme C4 est une adaptation à l'aridité. Même si le taux de photosynthèse est élevé (chaleur, température élevée, lumière abondante) la photorespiration est minimisée.

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23 ~ 95% des 260,000 espèces connues de plantes = C 3 ~ 5% = C 4 Pourquoi les plantes au métabolisme C 4 ne sont-elles pas plus répandues? C 3 : Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO 2 ) C 4 : Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO 2 ) Pourquoi les plantes au métabolisme C 4 sont-elles surtout des plantes qui poussent sous des climats chauds et arides?

24 Plantes au métabolisme CAM CAM = Crassulacean Acid Metabolism = métabolisme découvert chez des plantes appartenant à la famille des Crassulaceae. Ce type de métabolisme est présent dans de nombreuses autres familles de plantes (~ 20 familles). Ex. Cactus, Ananas, Orchidées Plus répandu que le métabolisme C 4 Les plantes CAM ouvrent leurs stomates la nuit. L'acidité de leurs feuilles augmente la nuit (ph peut baisser jusqu'à 4) et diminue le jour.

25 La nuit : Ouverture des stomates. Absorption de CO 2. CO 2 réagit avec un composé à 3 C pour former un composé acide à 4C (acide malique). CO 2 + C 3 C 4 (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 composé à 3C et en CO 2.

26 Métabolisme CAM

27 Chez les plantes C 4, la photosynthèse se déroule à deux endroits différents de la feuille. Chez les plantes CAM, la photosynthèse se déroule à deux moments différents. Les plantes au métabolisme C 4 et CAM sont particulièrement bien adaptées aux climats chauds et secs. Pourquoi?

28 Distribution de plantes C3, C4 et CAM dans l'environnement semiaride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude. Comment expliquezvous ces courbes?

29 Représentation schématique des métabolismes C3 et C4 (Cx) : nombre de carbones Métabolisme C3 CO 2 et O Métabolisme C4 2 CO 2 et O 2 O 2 CO 2 RibuloseBP (C5) PEP : Phosphoenolpyruvate CO 2 O 2 Oxaloacétate (C4) PEP carboxylase Cytoplasme PEP (C3) ATP Mésophylle PGA : Phosphoglycerate Oxygénase (Photorespiration) 1 PGA (C3) 1 Phosphoglycolate (C2) CO 2 RuBisCO Cycle de Calvin Carboxylase (Photosynthèse) 2 PGA (C3) Saccharose CO 2 Saccharose C4 C3 RibuloseBP (C5) RuBisCO C3 Cycle de Calvin 2 PGA (C3) Gaine périvasculaire 12

30 Photographies (MET) de chloroplastes A B C

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