Respiration - Fermentation Glucose PHOTOSYNTHESE Transferts de matière et d énergie de la betterave au sportif Un 1 er bilan de la photosynthèse : H O + CO + ions minéraux MO (glucose, amidon) + O 2 2 2 Chlorophylle (pigment vert) Lumière (énergie solaire) Pb : quelles sont les conditions, les mécanismes et la localisation cellulaire de la photosynthèse? AP1 photosynthèse : comparaison des «propriétés» photosynthétiques des végétaux verts et des végétaux rouges! Le néon «reptilux» qui émet surtout des radiations vertes et jaunes fait mourir les végétaux verts et rouges au contraire du néon «aqualux» qui émet des radiations bleues et rouges. Recherche d arguments en faveur d une photosynthèse chez les végétaux verts et rouges : iodée) Recherche de chloroplastes verts sièges de la PS et de la présence d amidon (microscopie, eau Recherche de chlorophylle (chromatographie) Recherche des propriétés d absorption des radiations lumineuses par la chlorophylle (spectroscopie) Recherche de l influence des radiations lumineuses (absorbées) sur la photosynthèse (EXAO, sonde O 2 )
3 ème leçon : Localisation cellulaire et modalités de la photosynthèse : I Organites et pigments en jeu : Végétaux chlorophylliens = autotrophes = photo-autotrophes pour le carbone = produisent leurs molécules organiques renfermant du C organique à partir de CO 2 (C minéral) d eau et d ions minéraux et ce en présence de lumière. Document : Cellules chlorophylliennes d Elodée testées à l eau iodée Absence d amidon Présence d amidon 12 h à l obscurité 12h à la lumière Les cellules chlorophylliennes des feuilles des végétaux verts et rouges contiennent des chloroplastes, siège de la photosynthèse (présence d amidon à la lumière révélée par l eau iodée).
Electronographie et schéma d un chloroplaste à la lumière avec chlorophylle (Non photosynthétique) Leurs feuilles contiennent des pigments divers : des pigments jaunes et orangés mais surtout de la chlorophylle verte permettant la photosynthèse.
Recherche des propriétés d absorption des radiations lumineuses par les pigments foliaires. Les pigments foliaires absorbent uniquement certaines radiations lumineuses : les radiations rouges et bleu-violet (pas les vertes). On cherche l influence des radiations bleu-violet et rouge sur la photosynthèse : Les radiations lumineuses efficaces pour la photosynthèse sont les radiations bleues-violettes mais aussi rouges, par contre les radiations vertes sont inefficaces.
Bilan : La coïncidence entre le spectre d absorption des radiations lumineuses par les pigments foliaires et le spectre d action de la lumière sur la photosynthèse prouve que les pigments chlorophylliens sont responsables de la capture de l énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse. Ce sont des pigments photosynthétiques localisés dans la membrane des thylakoïdes des chloroplastes.. On en termine avec nos néons
Pour mettre en évidence que ce sont bien les chloroplastes qui assurent la photosynthèse, EXAO chloroplastes isolés avec CO 2 en présence ou non de lumière. PB.aucun dégagement d O 2!!! On revient à l équation de la photosynthèse Lumière chlorophylle 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Matière minérale glucose = MO Donc, idée!!! Réduction probable du CO 2 (gain de H) et oxydation probable de l eau (perte de H) II Les étapes de la photosynthèse : Pb : il faut confirmer que l O 2 provient bien de l oxydation de H 2 O Bilan : origine de l O du dioxygène = O de l H 2 O oxydation de l H 2 O en O 2 au cours de la photosynthèse = photo-oxydation ou photolyse de l eau
Pb : que deviennent les H + issus de l oxydation de l eau? 2 hypothèses Document ressource : la suspension utilisée contient des chloroplastes lésés, dont le contenu = coenzymes oxydés R sont dilués! Expérience : Réaction de Hill : broyat de feuilles d Epinard pour obtenir une suspension d organites cellulaires renfermant notamment de nombreux chloroplastes isolés mais lésés (vérification au microscope). Mesure dans ce filtrat de la variation du taux d O 2 à l aide de la sonde oxymétrique (O 2 ) en absence ou en présence de lumière, en absence ou en présence d un oxydant puissant : le chlorure ferrique qui peut pénétrer dans les chloroplastes aux enveloppes altérées. Evolution de la [O 2 ] dans une suspension de chloroplastes lésés en fonction de la lumière et de la présence d un oxydant (réactif de Hill) Consommation d O 2 = RESPIRATION Production d O 2 = PHOTOSYNTHESE (+ respiration) Consommation d O 2 = RESPIRATION Lumière Réactif de Hill obscurité Obscurité Lumière Obscurité
Conclusion : A l obscurité et à la lumière, sans oxydant (réactif de Hill), on n observe que la consommation d O 2 : donc seule l activité (= respiration) des mitochondries est visible, aucune photosynthèse par les chloroplastes. A la lumière et en présence de l oxydant, on observe une production d O 2 : donc photosynthèse par les chloroplastes, respiration mitochondriale masquée. Retour à l obscurité, consommation d O 2, donc - respiration mitochondriale (qui n est plus masquée), - arrêt de la PS Bilan pour la PS : Nécessité de lumière + Nécessité d un accepteur d H + (et d électrons) = coenzyme R naturellement présent dans le stroma = oxydant permettant l oxydation d H 2 O en O 2 puis la réduction du CO 2 en molécules organiques / glucose C 6 H 12 O 6 dans les chloroplastes Réaction de la photosynthèse Lumière + chlorophylle 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 R RH 2 RH 2 R CL : Des réactions d oxydoréduction ont lieu dans les chloroplastes à la lumière au niveau des membranes des thylakoïdes : oxydation de l eau en dioxygène et réduction d accepteurs d H + (et d électrons = transporteurs oxydés = coenzymes oxydées R du stroma. Cette oxydation est provoquée par la capture des photons et donc de l énergie lumineuse par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoïdes. Donc il n y a pas de couplage direct entre l oxydation de l eau en dioxygène et la réduction du CO 2 en molécules organiques lors de la photosynthèse, les coenzymes R servent d intermédiaire. Bilan : Energie lumière Bleu violet - rouge Des réactions d oxydo-réduction au cours de la photosynthèse Chlorophylle Thylakoïde Chloroplaste R RH 2 Stroma?? Réduction du CO 2 en molécules organiques H 2 O O 2 Phase photochimique (Dépendante de la lumière)
Problèmes : 1) Comment ces deux phases (oxydation de l eau à la lumière et réduction du CO 2 ) sont-elles couplées? 2) Où et comment s effectue la réduction du CO 2 en molécules organiques? Doc1 : Résultat : Quantité élevée et constante de CO 2 incorporée = réduit dans les molécules organiques à la lumière, puis baisse très rapide, mais pas d arrêt brutal jusqu à annulation de cette incorporation à l obscurité. HYP explicative : - La synthèse de MO a donc lieu en présence de lumière (comme la phase photochimique), et peut se poursuivre temporairement à l obscurité (contrairement à la phase photochimique, cf Hill). - incorporation = réduction CO 2 et donc de la PS à l obscurité ne peut s expliquer que par l appauvrissement des Algues vertes en molécules formées de façon constante et permanente à la lumière et indispensables à la synthèse de MO (RH 2???). Doc 2 :
Résultat : Quantité de CO 2 fixée synthèse de MO dans le stroma isolé Très faible si chloroplaste à l obscurité puis stroma à l obscurité +CO 2 * Importante si chloroplaste éclairés au préalable puis stroma à l obscurité + CO 2 * ou si stroma à l obscurité + RH 2 + ATP + CO 2 * Conclusion : La synthèse de molécules organiques s effectue dans le stroma des chloroplastes même à l obscurité mais en présence d ATP et de RH 2 synthétisés à la lumière (phase photochimique). Mise en relation des données des doc 1 et 2 : La synthèse des molécules organiques dans le stroma par réduction du CO 2 = phase non photochimique (lumière non indispensable), nécessite de l ATP et des RH 2 produits à la lumière lors de la phase photochimique de la photosynthèse. Lumière Chloroplaste ADP + Pi Stroma H 2 O Thylakoïde Chlorophylle OXYDATION réduction Rox RH 2red ATP oxydation CO 2 Réduction Phase photochimique (Dépendante de la lumière) O 2 Phase non photochimique (Indépendante de la lumière) La synthèse de MO à partir de CO 2 lors de la phase non photochimique s accompagne d une consommation des produits de la phase photochimique : RH 2 et de l ATP fournissant l énergie nécessaire aux synthèses. IMPORTANCE DU CO 2 : ATP et RH 2 sont constamment renouvelés par la phase photochimique et recyclés en R et ADP + Pi pendant la phase non photochimique grâce à la réduction du CO 2. A l obscurité, non renouvelées, elles s épuisent, ce qui explique une baisse rapide jusqu à l arrêt des synthèses de MO à l obscurité.
Doc 3 : PGA = première molécule organique formée lors de la phase non photochimique. Hyp : PGA hexoses phosphates et ribulose bip, car quantité PGA et apparition ribulose bip et hexoses. Hexoses P ou ribulose à l origine des acides aminés.
DOCUMENT DE REFERENCE : LE CYCLE DE CALVIN
Doc 4 : En présence de CO 2, à l obscurité C5P2 PGA, par contre, taux constants à la lumière donc APG consommé et C5P2 renouvelé ou recyclé à partir de APG ( nécessité ATP et RH2 ). A la lumière, en absence de CO 2, PGA C5P2. En présence de CO 2, taux constants donc renouvellement de PGA et consommation de C5P2, C5P2 fixant le CO 2 pour former PGA. Mise en relation : Lumière et CO 2 PGA Lumière ATP RH2 C5P2 CO 2 Doct 6 : PGA C 3 P hexoses-p glucose Mise en relation docts 2, 3 et 5 : La formation de C5P2à partir de PGA nécessite la consommation de RH 2 et d ATP formés lors de la phase photochimique.
Lumière Chloroplaste Stroma CO 2 H 2 O Thylakoïde Chlorophylle oxydation réduction ADP + Pi Rox RH 2red ATP oxydation APG réduction C3P C5P2 O 2 glucides Phase photochimique (Dépendante De la lumière) Phase non photochimique (Indépendante de la lumière) Bilan : La photosynthèse est la succession de deux phases couplées entre elles : - dans les thylakoïdes, la phase photochimique dans laquelle grâce à la collecte des photons = radiations bleues et rouges par les pigments photosynthétiques (chlorophylle), permet l oxydation de l eau et la production d O 2, couplées à la réduction de composés intermédiaires R en RH 2 et la synthèse ATP ; - dans le stroma, la phase non photochimique permet l incorporation et la réduction du CO 2 pour la synthèse de glucides. Elle nécessite un accepteur de CO 2 (C5P2), de l ATP et des composés réduits RH 2 (issus de la phase photochimique).
Synthèse : Les étapes de la photosynthèse au niveau du chloroplaste.