Indications de correction exercices du chapitre 7

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1 RÉINVESTIR Indications de correction exercices du chapitre QCM ➊ La ou les bonnes propositions sont cochées ci-dessous a) La sève brute : est constituée d eau et de molécules organiques est constituée d eau et d ions minéraux est transportée par les vaisseaux du xylème est transportée par les vaisseaux du phloème b) Les pigments photosynthétiques sont localisés : dans la membrane plasmique de la cellule chlorophyllienne dans le stroma du chloroplaste dans la membrane externe du chloroplaste dans la membrane des thylakoïdes c) La chlorophylle a : absorbe les radiations lumineuses vertes absorbe les radiations lumineuses bleues et rouges réfléchit les radiations lumineuses vertes réfléchit les radiations lumineuses bleues et rouges d) La phase photochimique de la photosynthèse produit : de l O 2 de l ATP du CO 2 du RH 2 e) Le gradient de protons à l origine de l ATP s établit entre : la lumière du thylakoïde et le stroma le stroma et le cytoplasme la lumière du thylakoïde et le cytoplasme entre le cytoplasme et le stroma f) La Rubisco : est une enzyme à activité oxygénase uniquement est une enzyme à activité carboxylase et oxygènase intervient dans le cycle de Krebs intervient dans le cycle de Calvin-Benson Tester vos connaissances ➋ a) vrai b) faux c) faux d) faux e) vrai 1

2 ➌ a) c) lumière CO 2 O 2, H 2 O feuille tige poils absorbants de la racine H 2 O, ions organisation du chénopode blanc Organes intervenant dans la nutrition végétale et échanges entre la feuille et l atmosphère et les racines et le sol b) Rôle des organes dans la nutrition : racines, plus exactement poils absorbants : absorption de l eau et des ions ; feuilles : photosynthèse et transpiration ; tiges : circulation de la sève brute jusqu aux feuilles grâce aux vaisseaux du xylème et circulation de la sève élaborée dans tous les organes de la plante grâce aux vaisseaux du phloème d) Localisation des vaisseaux du xylème et du phloème : dans les racines, les tiges et les nervures des feuilles e) Sens de circulation de la sève brute : ascendant des racines vers les feuilles Sens de circulation de la sève élaborée : des feuilles vers tous les organes de la plante ➍ a) Légendes : 1 : parenchyme palissadique ; 2 : parenchyme lacuneux ; 3 : stomate ; 4 : épiderme supérieur ; 5 : vaisseaux du xylème et du phloème ; 6 : épiderme inférieur ; green organelle : chloroplaste 2

3 b) lumière lumière réfléchie cuticle 1 2 lumière absorbée eau ions 4 green organelle lumière transmise CO 2 H 2 O, O 2 ostiole cuticle Échanges gazeux entre la feuille et l atmosphère, absorption de la lumière, transport de l eau vers les cellules chlorophylliennes c) paroi squelettique ou pecto-cellulosique noyau membrane plasmique cytoplasme chloroplaste vacuole Cellule chlorophyllienne d) Légendes : 1 : membrane externe ; 2 : membrane interne ; 3 : stroma ; 4 : granum (empilement de thylakoïdes) ; 5 : thylakoïde ; 6 : lumière du thylakoïde ; : grain d amidon e) La phase photochimique a lieu dans les thylakoïdes La phase chimique a lieu dans le stroma des chloroplastes 3

4 ➎ a) Les dix principaux producteurs de la canne à sucre sont : le Brésil, l Inde, la Chine, le Mexique, la Thaïlande, le Pakistan, la Colombie, l Australie, l Indonésie, les USA (Floride) b) La canne à sucre est une plante tropicale nécessitant des températures élevées, un fort ensoleillement et de l humidité c) Légendes : 1 : cuticule ; 2 : épiderme supérieur ; 3 : vaisseaux du xylème (vaisseaux du phloème en rose, sous les vaisseaux du xylème) ; 4 : cellule de la gaine périvasculaire ; 5 : cellule du mésophylle ; 6 : épiderme inférieur d) La structure foliaire présente chez la canne à sucre et absente chez les plantes en C3 correspond aux cellules de la gaine périvasculaire e) cellule du mésophylle CO 2 C4 C4 PEP carboxylase C3 C3 - PEP carboxylase : enzyme catalysant la fixation de CO 2 sur un composé à trois atomes de carbone Le site actif n a aucune affinité pour l O 2 contrairement à la Rubisco - C4 : acide organique à quatre atomes de carbone (malate ou aspartate selon les espèces) cellule de la gaine périvasculaire CO 2 glucides rubisco cycle de Calvin - C3 : composé à trois atomes de carbone issu de la décarboxylation du C4 - CO 2 : concentration en CO 2 élevée - Rubisco : activité carboxylase de la Rubisco optimale au détriment de l activité oxygénase Photosynthèse en C4 f) Les plantes en C4 sont adaptées pour limiter la photorespiration et réaliser une photosynthèse optimale Les feuilles présentent une anatomie particulière (cellules de la gaine périvasculaire) et la présence de la PEP carboxylase des cellules du mésophylle favorise l activité carboxylase de la Rubisco dans les cellules de la gaine périvasculaire La photosynthèse en C4 est donc plus efficace en climat chaud et ensoleillé, même lorsque les stomates sont faiblement ouverts ; on aboutit ainsi à une forte production de biomasse des plantes en C4 ➏ a) Les bactéries (Bacterium thermo) sont dotées d un chimiotactisme positif pour l oxygène, c est-à-dire qu elles sont attirées et capables de se déplacer vers des milieux riches en dioxygène b) Les bactéries se rassemblent préférentiellement contre le filament de l algue verte et essentiellement dans les régions soumises à des radiations bleues ou rouges c) Les bactéries mobiles sont avides de dioxygène, elles trouvent donc préférentiellement ce dioxygène dans les régions soumises à des radiations bleues ou rouges d) On sait que le dioxygène est produit au cours de la photosynthèse dans le cas d algues vertes éclairées Cette expérience permet donc d affirmer que les radiations les plus efficaces pour la photosynthèse (efficacité mesurée par la production de dioxygène repérée par la disposition des bactéries mobiles) sont les radiations bleues et rouges 4

5 ➐ a) La maladie verte correspond à un développement d algues vertes unicellulaires b) L ouverture de la grotte au public a entraîné les modifications suivantes : présence de lumière, augmentation de la température, des teneurs en dioxyde de carbone et en vapeur d eau c) Les algues vertes sont des organismes autotrophes pour le carbone Elles sont capables, à partir de substances minérales (dioxyde de carbone, eau et ions) et d énergie lumineuse, de réaliser la photosynthèse, c est-à-dire la synthèse de molécules organiques nécessaires à leur croissance et à leur développement sur les parois de la grotte ➑ a) Le réactif de Hill joue le rôle d oxydant b) Les variables de l expérience sont : la présence ou l absence de lumière, la présence ou l absence de réactif de Hill c) Sans réactif de Hill, la teneur en O 2 diminue que ce soit à la lumière ou à l obscurité : elle passe de 0 à 0,15 µmol d O 2 Il n y a pas de dégagement d O 2 En présence de réactif de Hill et de lumière, on observe une augmentation de la teneur en O 2 dans l enceinte, de 0,15 à 0,4 µmol d O 2 Il y a dégagement d O 2 À l obscurité, bien que le réactif de Hill soit présent, la teneur en O 2 n augmente pas et se stabilise à 0,4 µmol d O 2 Il n y a pas de dégagement d O 2 d) Le CO 2 n est pas indispensable puisque l expérience est réalisée dans une enceinte sans CO 2 e) Le dégagement d O 2 nécessite de la lumière et un oxydant, accepteur d électrons (dans l expérience, le réactif de Hill) En conditions naturelles, cet oxydant est noté R et se trouve dans le stroma des chloroplastes ➒ a) Le cycle de Calvin est un ensemble de réactions chimiques qui se déroulent dans le stroma des chloroplastes et permettent l incorporation du CO 2 Le cycle de Calvin-Benson comporte trois étapes : la fixation du CO 2 sur un accepteur, le RuBP (C5) Cette réaction est catalysée par une enzyme, la Rubisco Le composé formé de six atomes de carbone se scinde immédiatement en deux APG, molécules à trois atomes de carbone ; la réduction de l APG en triose phosphate, nécessitant de l ATP et du RH 2, produits au cours de la phase photochimique ; la régénération du RuBP grâce à une partie des trioses phosphates restant dans le cycle Cette étape permet donc la poursuite de la fixation du CO 2 trois molécules CO 2 1C rubisco trois molécules six molécules Ru-BP 5C APG 3C ADP fixation du carbone ATP ADP ATP régénération du Ru-BP cinq molécules triose 3C phosphate réduction six molécules triose phosphate RH 2 R 3C atome de carbone une molécule triose phosphate 3C atome de phosphore glucides, acides gras, acides aminés Cycle de Calvin-Benson 5

6 ➒ b) À la lumière, de 0 à 450 s, les concentrations en APG et en RuBP sont constantes Il y a fixation du CO 2 sur le RuBP qui est transformé en APG En présence d ATP et de RH 2, issus de la phase photochimique, le RuBP est régénéré à partir de trioses phosphates, la concentration en RuBP reste stable Il en est de même pour l APG transformé en trioses phosphates et régénéré à partir du RuBP À l obscurité, la concentration en APG augmente en 100 s L apport en ATP et en RH 2 cesse : l APG n est plus réduit en trioses phosphates, l APG s accumule et sa quantité augmente À l obscurité, la concentration en RuBP chute et s annule Le RuBP est transformé en APG, donc sa quantité diminue ; le RuBP n est plus régénéré car les trioses phosphates ne sont plus synthétisés Réaliser un exposé structuré ➓ Voici une proposition de plan pour l exposé structuré Introduction Présenter le sujet et la structure du développement Développement Phase photochimique Elle se déroule dans les thylakoïdes des chloroplastes Elle convertit l énergie lumineuse absorbée par les pigments photosynthétiques (chlorophylle a et b, carotènes et xanthophylles) en énergie chimique sous forme d ATP et de composés réduits (RH 2 ) L oxydation de l eau libère de l O 2 dans l atmosphère Phase chimique Elle se déroule dans le stroma des chloroplastes Au cours de réactions chimiques constituant le cycle de Calvin-Benson, le CO 2 est incorporé au RuBP (glucide en C5) grâce à une enzyme, la Rubisco Une partie des trioses phosphates formés permet de renouveler le RuBP, l autre partie est à l origine de la synthèse des différentes molécules organiques nécessaires au développement et à la croissance de la plante Conclusion Reprendre les points principaux Ouverture possible sur la photosynthèse en C4 Pour aller plus loin a) Algues vertes : les spectres d action photosynthétique et d absorption des radiations lumineuses se superposent L absorption et l action photosynthétique sont maximales pour les radiations bleues et rouges L absorption et l action photosynthétique sont faibles pour les radiations vertes Algues rouges : l absorption et l action photosynthétiques sont maximales pour les radiations vertes Pour les algues vertes, les radiations les efficaces pour la photosynthèse sont les radiations rouges et bleues Pour les algues rouges, les radiations les plus efficaces pour la photosynthèse sont les radiations vertes b) Les algues rouges, par rapport aux algues vertes, ne possèdent pas de chlorophylle b mais possèdent deux pigments supplémentaires, la phycoérythrine et la phycocyanine 6

7 c) La phycoérythrine présente un spectre d absorption maximum vers 540 nm, soit pour les radiations vertes La phycocyanine présente un spectre d absorption maximum vers 600 nm et la chlorophylle a présente un spectre maximum d absorption l un vers 420 nm et l autre vers 640 nm L association des trois pigments explique les trois pics du spectre d absorption des algues rouges L absorption pour les radiations vertes est donc liée à la présence du pigment supplémentaire, la phycoérythrine d) Les radiations les moins pénétrantes dans l eau sont les radiations rouges et bleues Les radiations les plus pénétrantes dans l eau, jusqu à 25 m environ, sont les radiations vertes e) Les algues rouges possèdent des pigments supplémentaires, notamment la phycoérythrine qui absorbe les radiations de couleur verte Comme les radiations vertes persistent au-delà de 20 mètres de profondeur et que les algues rouges peuvent les absorber pour leur photosynthèse, ceci explique la présence de ces algues jusqu à des profondeurs de 30 mètres À ces profondeurs, les algues vertes ont disparu car elles ne peuvent absorber les radiations vertes et que les radiations rouges et bleues ne parviennent pas à ces profondeurs Les algues vertes ne peuvent donc vivre qu à des profondeurs proches de la surface contrairement aux algues rouges qui peuvent se développer en profondeur a) On parle de photosynthèse en C3 car le premier composé stable formé au cours du cycle de Calvin-Benson, l APG comporte trois atomes de carbone On parle de photosynthèse en C4 car dans les cellules du mésophylle, la première étape permet l incorporation du CO 2 et la formation d un composé comportant quatre atomes de carbone b) Dans les pays tropicaux (climat chaud et ensoleillé), les plantes ferment leurs stomates pour limiter les pertes en eau Dans la feuille, la teneur en CO 2 diminue et la teneur en O 2 augmente, cela favorise alors l activité oxygénase de la Rubisco et donc la photorespiration au détriment de la photosynthèse La conversion de la photosynthèse du riz de la forme C3 à la forme C4 inhiberait la photorespiration même avec des stomates faiblement ouverts En effet, le riz en C4 fixerait d abord le CO 2 à l aide d un enzyme spécifique (n ayant aucune affinité pour l O 2 ) sur un composé en C3 pour former une molécule en C4 Cette molécule en C4 migrerait dans une autre partie de la feuille, à l abri de l oxygène, pour libérer et concentrer le CO 2 au niveau de la Rubisco Le CO 2 alimenterait alors de façon optimale le cycle de Benson-Calvin Un riz en C4 rend la photosynthèse en C4 plus efficace que la photosynthèse en C3 et permettrait une forte production de biomasse, donc une augmentation du rendement du riz en C4 par rapport au riz en C3 a) Les chloroplastes des cellules épithéliales intestinales proviennent des cellules de l algue Vaucheria litorea ingérée par la limace de mer, Elysia chlorotica b) La coloration verte du corps de la limace est la conséquence de l accumulation des chloroplastes dans ses cellules intestinales et sous son épiderme c) Les appendices en forme d ailes peuvent s étaler comme une feuille et capter ainsi un maximum de lumière d) À la lumière, la limace dégage de l O 2 et ce d autant plus que l intensité lumineuse est forte À l obscurité, la limace de mer ne libère pas d O 2 À la lumière, Elysia chlorotica se comporte comme un organisme photosynthétique et est capable de réaliser la photosynthèse e) Les chloroplastes des cellules intestinales captent la lumière et fabriquent des molécules carbonées absorbées par Elysia chlorotica Elle peut donc rester plusieurs mois sans se nourrir

8 a) Le silicium capte les photons des radiations lumineuses Le cobalt est un catalyseur de l oxydation de l eau Le nickel est un catalyseur de l assemblage des protons (H + ) et des électrons (e ) b) Les composants de la feuille artificielle reproduisent les chloroplastes c) Équation de la réaction d oxydation de l eau : 2 H 2 O O H e d) Les produits obtenus à l issue de la photosynthèse artificielle sont : H 2 et O 2 e) Équation de la réaction produisant du dihydrogène : 4 H e 2 H 2 f) Ce procédé artificiel permettait une exploitation de l énergie solaire avec production d énergie durable, propre et renouvelable Ce procédé pourrait constituer une alternative à l utilisation des combustibles fossiles polluants dont les réserves sont en cours d épuisement 8