Thème: L homme et la nature. Sujet: La modification de la production de dioxygène par une plante. Sommaire:

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1 Thème: L homme et la nature. Sujet: La modification de la production de dioxygène par une plante. Sommaire: I- La photosynthèse, un mecanisme complexe achevé en plusieurs phases.

2 A) Les plantes captent la lumière. B) Le cycle de Calvin. C) Fixation du dioxyde de carbone. II- Facteurs qui influencent la photosynthèse. A) L influence de la lumière. B) Influence de la température C) L influence des engrais III- Réactions chimiques à l origine de la photosynthèse. A) Les réactions photochimiques B) Les réactions biochimiques C) L équation globale de la photosynthèse Introduction : La vie sur la planète Terre est possible grâce à la présence de dioxygène dans l air, gaz indispensable pour l être humain. Ce sont les plantes qui sont

3 chargées de produire le dioxygène. Ceci est possible grâce à un système propre aux organismes autotrophes, on parle de la photosynthèse. La photosynthèse est un processus qui permet aux plantes de transformer des matières inorganiques en matières organiques qui satisferont ses besoins nutritifs. Mais sa capacité de production d O2 peut être influencée par des facteurs externes à la plante, c'est-à-dire des éléments de son environnement. Ces facteurs peuvent avoir un effet positif comme négatif sur la production d O2 de la plante. On peut dire que ce processus est à l origine de nombreuses réactions chimiques qui auront pour résultat la formation de la matière organique et le dégagement du dioxygène. L ensemble de ces réactions donneront l équation globale qui caractérisera la photosynthèse. Problématique : Comment se fait la photosynthese? Par quels facteurs de la photosynthese peut-on modifier la production de dioxygene d une plante? I- La photosynthèse, un mecanisme complexe achevé en plusieurs phases. On parle de la photosynthèse comme la manière de respirer des plantes.

4 On peut dire cela car c est à partir de ce système que la plante obtient ses besoins nutritis et en plus dégage le dioxygène nécessaire à la respiration des etres humains. C est un processus qui passe par l absorbtion de la lumière, la fixation du dioxyde de carbone, entre autres ; pour se réaliser pleinement. Pour que ceci ait lieu, de nombreux organites de la plante doivent agir. On peut alors constater que la phtotsynthèse se déroule en plusieurs phases. A) Les plantes captent la lumière. C est en exploitant la lumière du soleil que les plantes synthétisent la matière organique suite à une photosynthèse. D où l éthimologie du mot à partir des racines grecques : photo (lumière) ; synthese (composition). C est une des caractéristiques de plantes, celle de pouvoir intercepter l énergie lumineuse grace à ce système propre a elles. La photosynthèse se déroule dans l ensemble de membanes appellées thylakoïdes qui sont très riches en proteines et en pigments. Ce sont precisement ces pigments les responsables de capter la lumière, les chlorophilles etant le principal et present chez tous les vegetaux terrestre et aquatiques. En plus, c est ce pigment qui donne aux feuilles la couleur verte caractéristique des végétaux, d où son éthimologie à partir de racines greques : chloro (vert), phylle (feuille). Cette coloration des feuilles par la chlorophylle est apellée spectre d absorbtion. Les chlorophylles n absorbent que quelques radiations lumineuses, seules les nécessaires à la photosynthese, laissant de coté les ondes vertes qui donneront sa couleur aux feuilles de la plante.

5 Les pigments capteront l energie électromagnétique, sous forme de lumière, qu on pourrait aussi qualifier comme des photons ; c est la premiere phase de la photosynthese dite la phase claire. Ces pigments forment une antenne pour recueillir l énergie lumineuse. La formation d une antenne par les pigments a pour objectif d assurer une capture ameliorée des photons, si la formation de cette antenne n aurait pas lieu, la chance d un photon de toucher la chlorophylle serait tres faible. Après sa capture, le photon atteindra une chlorophylle, c est à ce moment qui il se transformera en énergie chimique. On appelle photosystème l ensemble d antennes qui captent les photons et de centres réactionels où la chlorophylle tranforme l énergie électromagnétique de la lumière en énergie chimique qui sera utilisée lors de la reduction de dioxyde de carbone. Cépendant la plante est aussi eqipée d un mécanisme utilisé lorsque la lumiere est trop intense. Lors de la mise en place de ce mécanisme la plante rejetera l exces de lumiere sous forme de chaleur pour éviter un stress occasionné par l oxydation excessive. B) Le cycle de Calvin. C est à la suite de l absorbtion de l énergie lumineuse qu une deuxième phase va avoir lieu, dite le cycle de Calvin ou la phase sombre puiqu elle est indépendante de la lumière. Le cycle de Calvin est une serie de réactions biochimiques qui utilisent l énergie chimique produite lors de la phase claire, c est une phase entièrement enzymatique. C est lors de cette phase qui se déroule la fixation du carbone, c'est-à-dire que cette seconde partie de la photosynthèse constitue l assimilation du gaz carbonique. Les produits les plus importants formés à la suite de la fixation du carbone sont le dioxygène et des glucides qui sont les composants organiques qui vont satisfaire les besoins nutritifs de la plante. Le dioxygène et le glucose sont le produit de la réaction de l énergie chimique obtenue de la lumiere, de l eau et du dioxyde de carbone. Toutes ces réaction prennent place dans le stroma de chloroplastes.

6 On trouve que la photosynthèse comprend deux phases dans la captation de la lumière qui l aident à assimiler le plus de quantité possible d énergie pour produire le plus de glucose et de dioxygène. C) Fixation du dioxyde de carbone. Les plantes arrivent à absorber le CO2 de leur environnement grâce a la présence de stomates placés sur les feuilles. Ces stomates sont des ouvertures microscopiques qui s ouvrent et se ferment et possèdent des cellules de défense autour d elles qui comportent de la chlorophylle. Cette ouverture varie selon les conditions environnementales de la plante. Ces stomates se ferment et s ouvrent grâce à la présence d ions K+ dans les couches protectrices de ces stomates. Lorsque les ions K+ sont présents dans ces couches, l eau est emportée aussi dans ces cellules et la pression augmente. Ce qui fait que la taille des cellules augmente et laisse place à l ouverture des stomates et laisse entrer le CO2. Mais il y a aussi une évaporation qui se donne lorsque les stomates sont ouverts. Alors la plante ferme les stomates au bout d une période avec l action de l ABA (acide abscsissique) sur les cellules de défense. Cela fait ressortir

7 les ions K+ des cellules qui emportent avec elles les molécules d eau qui ont fait agrandir ces cellules et donc ferme les stomates. On peut conclure que la photosynthèse se donne grâce à la transformation de la lumière en énergie chimique qui aide à réduire le CO2 présent dans la plante pour en donner du glucose et de l O2 II- Facteurs qui influencent la photosynthèse.

8 Il y a des nombreux facteurs externes à la plante qui peuvent influencer l efficacité de la photosynthèse. Ceux facteurs peuvent être négligeables pour la plupart de situations mais lors de la production de O2, ils peuvent influencer extrêmement le résultat de la réaction. A) L influence de la lumière. La lumière est un des facteurs le plus importants dans la photosynthèse. Elle donne l énergie nécessaire à faire la phase lumineuse de la photosynthèse. Mais de nombreuses variations de cette lumière peuvent faire varier la production d O2 de la plante. Les chlorophylles présentes dans la plante ont une capacité de capter mieux la lumière qui a une longueur d onde de 700nm. La plante a du mal à capter la lumière avec une longueur d onde inférieure à cela et même est incapable de capter des longueurs d ondes supérieures a 700 nm. A partir de ce point, l activité photosynthétique devient quasi-nulle. On trouve aussi que l intensité de lumière à laquelle la plante est exposée fait varier l activité photosynthétique. B) Influence de la température.

9 La température modifie l efficacité de la photosynthèse par des nombreux aspects dans la plante. D une part, une modification directe sur la photosynthèse se donne dans des températures très hautes et très bases. A une température <0, Les enzymes qui se chargent de réduire le dioxyde de carbone pendant le cycle de Calvin perdent leur énergie pour faire cela et donc, diminuent l action photosynthétique. De même, à des températures très hautes, les mêmes enzymes perdent leur forme et perdent leur capacité de réduire le CO2. Donc on voit que les plantes ont besoin d être dans un environnement avec une température spécifique pour avoir le plus d efficacité. D autre part, une modification indirecte sur la photosynthèse se donne lors des températures très hautes. L absorption du CO2 par les stomates est ralenti a cause de la fermeture des stomates. Cela se passe par la perte d eau par la hydro transpiration de la plante. L eau qu elle contient s évapore et part à travers les stomates donc la plante se protège en les fermant et ainsi arrêtant la perte d eau.

10 C) L influence des engrais. Dans les engrais on trouve tous les minéraux nécessaires à la croissance des plantes. Comme on a expliqué avant, l ouverture des stomates se donne grâce a la présence de ions K+ dans les cellules de défense. Avec un apport de ces ions a la plante, on peut augmenter le temps qu elle maintient ses stomates ouvertes. Grace a cela, l absorption de CO2 augmente et donc le taux de la photosynthèse s améliore. III- Réactions chimiques à l origine de la photosynthèse.

11 La photosynthèse entraine de nombreuses réactions chimiques qui ont lieu dans des organites spécifiques de la plante. Pour que ces réactions aient lieu, la plante doit compter avec tous ses besoins (CO 2, lumière et eau). Les facteurs qui influencent la production de dioxygène sont principalement la concentration de dioxyde de carbone, la lumière, la température et la quantité d eau. C'est-à-dire que l efficacité de l ensemble de ces réactions, étant a l origine de la production du dioxygène et de la matière organique, va dépendre des quantités de ces matières qui lui sont fournies à la plante. C'est-à-dire que plus la quantité des réactifs sera grande, plus de dioxygène et de glucose seront produits. A) Les réactions photochimiques Les réactions photochimiques prennent place dans les thylakoïdes. Ce sont toutes les réactions qui se déroulent au cours de la phase claire, qui sont photo-dépendantes. On peut distinguer les différentes réactions qui sont réalisées lors de cette phase : -Lorsque la chlorophylle absorbe un photon provenant de la lumière interceptée par les pigments, un de ses électrons va s exciter. C'est-à-dire que l électron va absorber l énergie du photon. -Ensuite, l énergie qui possède l électron va être transmise à deux accepteurs d électron, l ATP et le NADPH. Ces éléments vont être à l origine d une oxydoréduction avec l eau ;

12 cette réaction aura comme produits le dioxygène et l énergie chimique (NADPH+H + et de l'atp). Oxydoréduction de l eau : Transformation de l énergie : (NADPH+H + + ATP) 12 H 2 O + lumière (ATP + NADPH) 6 O 2 + énergie chimique B) Les réactions biochimiques Les réactions biochimiques ont lieu dans le stroma de la plante. Ce sont les réactions qui ont lieu pendant le cycle de Calvin qui sont non-photodépendantes. On peut distinguer les différentes réactions réalisées lors de cette phase : - L ATP et le NADPH+H + étant énergisés vont transformer le dioxyde de carbone en composés organiques (les glucides) qui satisferont les besoins nutritifs de la plante. Ensemble des réactions du cycle de Calvin : 6 CO NADPH + 18 ATP C 6 H 12 O H 2 O + 24 NADP ADP + 18 P i On peut alors distinguer les couples : NADPH/ NADP + et ATP/ ADP

13 C) Équation globale

14 L équation globale de la photosynthèse qu on peut donner est: 6CO H 2 O + lumière C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O. Cette équation justifie que les trois matières qui peuvent modifier selon leur quantité la production de dioxygène et de glucides sont la lumière, la quantité d eau et la concentration de dioxyde de carbone. Conclusion:

15 On peut conclure que les plantes parviennent à produire de l oxygène comme le résultat de la réalisation de la photosynthèse. Pendant ce processus, des nombreuses phases et des réactions chimiques ont lieu, celles-ci ont besoin de l eau, le CO2 et de la lumière pour etre possibles. C est grace aux corps spécifiques de la plante qu elles peuvent absorber toute cette matière non-organique et, en plus, la possibilité d accélérer la photosynthèse soit posible. Ce sont facteurs externes à la plante qui peuvent aider dans ce processus ou le handicaper puisque la plante a besoins de certaines matierès pour absorber les ingredients nécessaires a la phtosynthèse. En placant les plantes dans certains environements différents, on peut faire varier le taux d absorption des matieres nécessaires a la réalisation de la photosynthèse et accélérer la production d O2. Donc on trouve que la photosynthèse est posible grace aux matières que les plantes absorbent. Alors s il y a un ajout de ces matières externes comme les ions K+ ou simplement de la lumière, la fonctionalité de la plante est ameliorée est donc elle produit plus d O2. Comme on voit que la plante absorbe du CO2 pour faire la photosynthése, on peut déduire que en améliorant le procès, la plante consomme plus de CO2 et donc aide à éliminer la pollution dans la Terre en réduisant la présence de gases carboniques de l athmosphère.

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