ENERGETIQUE CELLULAIRE

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1 ENERGETIQUE CELLULAIRE Respiration et Photosynthèse Hétérotrophes aérobies (+anaérobies) CO 2 +H 2 O CO 2 +H 2 O Photoautotrophes Décomposeurs Bactéries Champignons O 2 Végétaux CO 2 +H 2 O Hétérotrophes : Animaux (herbivores et Prédateurs)

2 Energétique cellulaire Organismes photoautotrophes Photosynthèse Respiration Organismes hétérotrophes (et autotrophes)

3 PHOTOSYNTHESE 6CO 2 + 6H E hν C 6 H O 2 Transformation de l énergie solaire en énergie chimique (ATP, NADPH+H + ) Couplage énergétique avec le cycle de Calvin Phase «claire ou lumineuse» Hydrolyse de l eau Chlorophylle Phase «sombre ou obscure» Chloroplaste Synthèse de glucides Fixation du carbone O 2 Glucides

4 Produits de la Photosynthèse 6H CO 2 + E hυ C 6 H O 2 50% - Utilisés par la cellule pour la respiration - MITOCHONDRIES 50 % - Transportés Synthèse de macromolécules de structure (cellulose) ou de stockage (amidon) n H 2 O chlorophylle (Glucose) Chloroplaste Saccharose transport Triose n= 3 Glucose n= 6 amidon (C n (H 2 O) n-1 ) m (réserve) Glucides (CH 2 O) n

5 Thylakoïdes 2 Photosystèmes Chlorophylle PSII-680 PSI-700

6 Animaux et végétaux Respiration: C6H O2 ATP 6CO2 + 6H20 + ATP Respiration cellulaire 1 Glucose 2 pyruvates 2 GTP = 2ATP 2 ATP H20 Dernier accepteur d é (+ H + ) =Oxygène 32 ATP 36 ATP

7 Rappel : Potentiels et réactions d oxydo-réduction Transfert d électrons du réducteur vers l oxydant Potentiel rédox Cu + ½ O 2 CuO -2 réduction de O oxydation du Cu +2 L O 2 est un oxydant et est réduit Le Cu est réducteur et est oxydé

8 En Biologie, les transferts d électrons sont accompagnés d un transfert d H + car en milieu aqueux : H 2 O H + + OH - Photosynthèse O = gagne 2 e - est réduit = réduction de C C = gagne 2 e - est réduit (CO 2 )n + (H 2 O)n (CH 2 O)n + (O 2 )n C = perd 2 e - est oxydé Respiration = oxydation de C O = perd 2 e - est oxydé

9 Respiration Des transporteurs d électrons pour récupérer l énergie libérée par l oxydation O = accepteur final

10 Transporteurs libres d électrons Photosynthèse Forme oxydée Forme réduite NADPH + H + NADP + Respiration - NAD + NADH + H + - FAD 2+ FADH 2 X = phosphate

11 Transporteurs fixes d électrons Respiration «membranaires» - NADH + H + FADH2 e - Protéines FeS + Potentiel rédox ½ O 2 Accepteur final Noyau «hème» des cytochromes Fe 2+ / Fe 3+

12 Transporteurs d e- dans la Respiration convertissent l énergie du potentiel rédox en gradient de protons qui est transformé en ATP = ÉNERGIE CHIMIQUE H + NADH + H 2 + H + NAD + T. libres 2e - 2 H + 4 H+ 2H + H + FADH2 T. fixés 2e - + 2H + + 1/2O 2 H 2 O ATP Synthétase ADP + Pi H + H + ATP

13 Transporteurs d électrons dans la Photosynthèse Membrane des thylakoïdes - Potentiel rédox Transp.fixes 2e- e- Transp. libres NADP+ 2H+ + ½O2 + NADPH + H+ H 2O 4H+ PSI 680 nm ATP PSII 700 nm

14 Chaînes de transporteurs fixes dans la photosynthèse Transporteurs libres Gradient de H + ATP Synthétase Energie chimique ATP

15 Programme de la séance Production/consommation d O2 Indigo-carmin (B1) Pyrogallate de sodium (B2) Mesure du dégagement d O2 (D1) Production/Consommation de CO2 Bleu de bromothymol (C1) Photolyse de l eau (DPIP) (E) Produit de la photosynthèse (amidon) (F)

16 Production et absorption d O 2 B1 et B2- Expériences en démonstration sur la chaire B1- Indigo-Carmin: indicateur d oxydo-réduction Bleu quand il est oxydé (-é) et incolore quand il est réduit (+é) Huile Cabomba A la Lumière Observations? A l obscurité

17 Production et absorption d O 2 B2 - Pyrogallate de sodium - Absorbe l O 2 Robinet fermé Pyroga lla te de Na A dans l eau Grains de blé H Oua te 2 O humide Grille H O 2 B Comparez l aspect des grains en germination en A et en B.

18 Production et Absorption de CO 2 C - Sol de Bleu de bromothymol: indicateur de ph (acidité/alcalinité). Bleu en solution basique - Jaune en solution acide Respectez les consignes du guide de TP page 52 Après 1 h - Observations Interprétations? A la Lumière A l obscurité Huile Cabomba

19 D- Influence de la lumière sur l intensité de la photosynthèse Vérifier le dégagement gazeux C D Caoutchouc au niveau de la noix de serrage Cabomba Sol. 1% NaHCO 3 Rôle? A Aspirer le liquide dans la pipette jusqu à une graduation. Si absent? Si conc. >? Suivre les instructions du guide TP page 54

20 Analyse des résultats B1- Indigo-Carmin = indicateur d oxydo-réduction. Rappel: substance est réduite lorsqu elle a accepté des e -. et elle est oxydée lorsqu elle a perdu des e - Bleu = oxydé et Incolore = réduit Observation- Sol. Incolore sauf avec plantes à la lumière oxydation (O 2 ) lorsque les plantes sont à la lumière Pourquoi? Comment? D où vient l O 2?

21 Chloroplastes - Photosynthèse : PS I et PS II Membranes thylakoïdes PS II PSI e- +2 e- Stroma Phase sombre CO 2 Phase claire ADP ATP 2 NADPH + H + Cycle de CALVIN Photolyse de l eau ½ O 2 + 2H + hυ H 2 O hυ Glucides

22 Que démontre l expérience? Que la plante réalise la photosynthèse à la lumière et qu il y production d O 2 Pourquoi des tubes sans Cabomba? Témoins : virage de l indigo-carmin est bien dû à l O 2 produit par la plante à la lumière et non à un phénomène spontané Pourquoi l huile? Limiter les échanges avec l air (O 2 )

23 Observations : B2. Germination Sans pyrogallate Avec pyrogallate O 2 O 2 Bonne germination Faible germination L eau est-elle indispensable? Effet du Pyrogallate? Pourquoi l O 2 est-il nécessaire? Que se passerait-il sans O 2? Quels sont les mécanismes impliqués?

24 Germination Graine 2 ATP Respiration - Phosphorylation oxydative 34 ATP 12m H 2 O Amylase Amidon (C n (H 2 O) n-1 ) m H 2 O m Glucoses: m ((CH 2 O) 6 ) Glycolyse 6m CO 2 2m pyruvates 2 NADH + H + 8 NADH + H + 2 FADH 2 Cytochromes H 2 O Indispensable Cycle de Krebs Mitochondries 6m O 2 = accepteur final d e-

25 Effet du Pyrogallate : Respiration C6H O2 ATP CO2 + H20 + ATP Fermentation H20 2 ATP 32 ATP 2 ATP Dernier accepteur d é = Oxygène 36 ATP

26 La Glycolyse en conditions aérobies 2 ATP consommés C6 Bilan net pour 1 glucose 2xC3 2 NADH+H + 2 ATP 2 ATP produits 2 pyruvates

27 Sans O 2 Fermentation lactique Animaux alcoolique Végétaux, levures, bactéries Consomme les 2 NADH +H + produits et les recycle en NAD + Évite le blocage de la glycolyse par manque de transporteurs (oxydés)

28 La Glycolyse en conditions anaérobies = Fermentation Bilan net pour 1 glucose 2 ATP 2 ac.lactiques ou 2 ethanol

29 Graine Seule la glycolyse fonctionne et produit un 2 ATP peu Faible germination Fermentation (alcoolique ou lactique) Germination Amylase Amidon H 2 O nglucoses Glycolyse NADH + H +, FADH 2 Cytochromes Gradient de protons 34 ATP O 2 nécessaire pour la respiration cellulaire c-à-d comme accepteur final d evenant du cycle de Krebs et permettant la phosphory- -lation oxydative et la synthèse d ATP par les mito O 2 Cycle de Krebs Phosphorylation oxidative

30 C1. Production de CO 2 Solution de Bleu de Bromothymol: indicateur de ph (acidité - H + ) Bleu en solution basique et jaune en solution acide. Observation 1 - Le bleu de bromothymol vire au jaune quand on souffle dans la solution Que ce passe t il lorsque vous soufflez dans la solution?

31 C1. Production de CO 2 Solution de Bleu de Bromothymol: indicateur de ph (acidité - H + ) Bleu en solution basique et jaune en solution acide. Observation 1 - Le bleu de bromothymol vire au jaune quand on souffle dans la solution Que ce passe t il lorsque vous soufflez dans la solution? CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Respiration acide jaune

32 C2. Consommation du CO 2 Solution de Bleu de Bromothymol Bleu en solution basique et jaune en solution acide. Observations 2 - algues+lumière bleus = basiques autres tubes jaunes = acides Que démontre l expérience? Algues à la lumière photosynthèse utilisent le CO 2 Diminution de l acidité du milieu Virage de couleur de l indicateur.

33 Chloroplastes - Photosynthèse : PS I et PS II Membranes thylakoïdes PS II e- Phase claire ADP ATP PSI e- 2 NADPH + H + Stroma Phase sombre 2 NADP + 6 CO 2 Cycle de CALVIN Fixation du C ½ O 2 + 2H + H 2 O hυ hυ ADP ATP Glucides (CH 2 O) n

34 Synthèse des résultats Produit Pyrogallate Bleu de bromothymol Indigo-carmin Propriété chimique Capture O 2 Indicateur de ph (dépendant du CO 2 dissous) Indicateur rédox Oxydation par O 2 Phénomène biologique Respiration cellulaire Consommation du CO 2 par photosynthèse (Production CO 2 par respiration) Production O 2 photosynth.

35 Vol. /ml D. Intensité lumineuse et vitesse de la photosynthèse 3 15 cm min 30 cm Dégagement 2 X plus important à 15 / 30 cm Quel est le gaz produit? O 2 Quel paramètre varie avec la distance? Tps (min) La quantité d O 2 produit dépend de la quantité de lumière reçue : relation linéaire La vitesse de la photosynthèse (ml/min) Lumière dépend de l intensité lumineuse reçue Pq différences entre groupes? Rôle du NaHCO 3?

36 Rôle du NaHCO 3 Saturer le milieu en CO 2 Comment? 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 + H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O H + + HCO 3 - Pourquoi? Que se passerait-il sans NaHCO 3? Blocage de la phase sombre de la photosynthèse

37 Sans NaHCO 3 = sans CO 2 PS II PSI e- 2 e- 6 NADPH Phase claire Pas de photolyse nette ADP ATP + H + ½ O 2 + hu 2H + hu ATP H 2 O Entretien du métabolisme possible Phase sombre Accumulation 6 CO 2 Cycle de CALVIN Utilisation possible des e - Synthèse de matières organiques impossible Blocage Glucides (CH 2 O) n

38 E- Réaction de Hill DPIP + H 2 O DPIPH 2 + O 2 Bleu 2,6-dichlorophénolindophénol (DPIP) Lumière Chloroplastes Incolore A la lumière A l obscurité DPIP = accepteur d e- et d H+

39 F- Mise en évidence d un des produits de la photosynthèse 1- Cache/feuille 2- Obscurité 48H 3- Illumination 7h Suivre les instructions du guide TP pour la mise en évidence de l amidon par le réactif iodoioduré. KI + I 2 K + + I 3 -

40 E Réaction de Hill Observations : Obscurité Lumière Sans chlorop. Avec chlorop. Bleu Bleu-vert Bleu Jaune-vert Que montre l expérience? Mise en évidence de la photolyse de l eau par le photosystème II Les e- et H+ issus de la photolyse de l eau sont capturés par le DPIP qui est réduit et devient incolore

41 La Photosynthèse 2 e - 2 e- DPIP + 2 e - + 2H + DPIPH 2 6 CO 2 Cycle de CALVIN H2O => 2 e- + ½ O2 + 2 H+ Glucides

42 Résultats : absorbance à 600 nm Lumière Obsurité Tps(min) Chloro Sans Chloro Sans 0 0, ,900 0,850 0,460 0,260 0,120 0,110 0,800 0,900 0, ,800 0,850 0,800 0,800 0,800 0, ,800 Rôle des tubes sans chloroplastes? À l obscurité?

43 Comparaison avec la Photosynthèse en conditions naturelles 2 e - 2 e- DPIP + 2 e - + 2H + DPIPH 2 6 CO 2 Cycle de CALVIN H2O => 2 e- + ½ O2 + 2 H+ Glucides

44 Pourquoi décoloration partielle du DPIP + chloroplastes à l obscurité? Exitations (e-) résiduelles dans les photosystèmes

45 F- Mise en évidence d un des produits de la photosynthèse 1- Cache/feuille 2- Obscurité 48H 3- Illumination 7h Suivre les instructions du guide TP pour la mise en évidence de l amidon par le réactif iodo-ioduré. KI + I 2 K + + I 3 -

46 F. Produits de la Photosynthèse Partie illuminée de la feuille Chloroplaste Synthétisé localement pendant les 7 heures à la lumière Glucides de réserve = amidon : Réactif iodo-ioduré KI + I 2 K + + I - 3 Complexe coloré violet

47 F. Produits de la Photosynthèse Partie cachée de la feuille Chloroplaste Glucides de réserve = amidon : Réactif iodo-ioduré KI + I 2 K + + I - 3 Complexe coloré violet

48 Supplément Photosynthèse

49 Chaîne des transporteurs fixes dans la photosynthèse

50 Cycle de Calvin : Fixation du carbone

51 Sucrose transporté dans les autres parties de la plante par la sève organique et/ou synthèse d amidon

52 Supplément Respiration

53 Cycle de Krebs : Respiration cellulaire

54 Cycle de Krebs : Respiration cellulaire