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    10-Sep-2018

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THEME 1 : Energie et cellule vivante SVT TS Prrequis : Cellule eucaryote et cellule vgtale Organite chloroplaste, mitochondrie Mtabolisme : photosynthse, respiration THEME 1 Chap1 : La photosynthse SVT TS Tout systme vivant change de la matire et de l'nergie avec ce qui l'entoure. La photosynthse est un processus biologique permettant de produire de la matire partir de matire minrale et grce lnergie lumineuse. Comment mettre en vidence la photosynthse effectue par les cellules chlorophylliennes ? Quel rle jouent les chloroplastes dans la photosynthse ? Quelles sont les diffrentes tapes de fixation du CO2 et de la synthse des molcules organiques ? Comment lnergie lumineuse est-elle transforme en nergie chimique ? 1. La photosynthse au niveau cellulaire (TP1) Les cellules chlorophylliennes (= qui contiennent de la chlorophylle = parties vertes de la plante) des vgtaux sont autotrophes pour le carbone (= elles produisent elles-mmes leur source de carbone organique partir de carbone minral) linverse des cellules htrotrophes (qui prlvent leur carbone organique dans de la matire organique comme les animaux ou les champignons). Les cellules chlorophylliennes sont phototrophes, cest--dire que l'nergie lumineuse constitue la source d'nergie ncessaire aux ractions de la photosynthse. La photosynthse est ainsi le mcanisme permettant de synthtiser des molcules organiques (carbone organique) partir de molcules minrales (CO2, dH2O) et grce lnergie de la lumire. Elle saccompagne dchanges gazeux : absorption de CO2 et rejet dO2. 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 (glucose) + 6 O2 lumire Les cellules chlorophylliennes renferment de nombreux organites spcialiss, les chloroplastes contenant la chlorophylle indispensable la photosynthse. La photosynthse se ralise dans les feuilles (cf. schma coupe de feuille) et au niveau cellulaire lintrieur des chloroplastes. Schma de coupe transversale de feuille (svt.ac-dijon.fr) Epiderme : couche dune seule cellule Stomate : ouverture dans la feuille pour permettre les changes gazeux Parenchyme : tissu vgtal. Le palissadique est forme de cellules allonges et colles alors que le lacuneux est forms de cellules espaces (les espaces sappellent lacunes et permettent aux gaz de circuler dans la feuille) Schma de cellule vgtale (www.mabiologie.com) Mitochondrie : organite dans lequel se ralise la respiration cellulaire Chloroplaste : organite dans lequel se ralise la photosynthse Vacuole : organite rempli deau qui joue de nombreux rles dans la cellule. Paroi : cadre rigide qui donne entre autre une forme assez gomtrique aux cellules vgtales. 2. Les pigments chlorophylliens des chloroplastes (TP2) La chlorophylle brute est un mlange de pigments qui peuvent tre spars et caractriss par chromatographie. Dans la plupart des feuilles vertes, on obtient 2 types de pigments : des pigments verts : les chlorophylles a et b qui sont le plus souvent majoritaires des pigments plutt jaunes/orangs : les carotnodes. Parmi les carotnodes, on trouve le carotne (orang) et les xanthophylles (jaunes) Les diffrents pigments de la chlorophylle brute absorbent certaines radiations lumineuses et donc de l'nergie lumineuse. Le spectre d'absorption de la chlorophylle brute correspond au pourcentage d'absorption de chaque radiation lumineuse. Les radiations absorbes sont principalement situes dans le bleu-violet (400 480 nm) et dans le rouge (650 700 nm). Le vert n'est pratiquement pas absorb. Rsultat dune chromatographie de feuille verte (http://imagesbiogeolfxm.free.fr/) Le spectre daction de la photosynthse correspond aux radiations efficaces, c'est-a-dire pour lesquelles on observe une photosynthse importante. En gnral, les spectres daction et dabsorption sont superposables, ce qui signifie que les radiations permettant la photosynthse sont celles qui sont absorbes par les pigments chlorophylliens (principalement les chlorophylles a et b). Le chloroplaste est un organite envelopp dune double membrane (interne et externe) et compartiment, trs riche en membranes formant des thylakodes empils (grana) baignant dans le stroma riche en enzymes. On trouve des grains damidon lintrieur du chloroplaste. Lamidon est un polymre de glucose. Les pigments chlorophylliens photosensibles sont contenus l'intrieur de la membrane des thylakodes. chloroplaste dune cellule chlorophyllienne prise au microscope lectronique transmission (X 18000) (http://svt.ac-besancon.fr) a : enveloppe constitue de deux membranes b : stroma c : thylakode d : grain damidon Schma de chloroplaste (http://svt.ac-dijon.fr, modifi) 3. Droulement de la photosynthse La photosynthse se droule en 2 phases : La phase photochimique qui se droule dans les thylakodes, permet la conversion de lnergie lumineuse en nergie chimique sous forme d'ATP et de transporteurs rduits RH2. La phase chimique qui se droule dans le stroma, permet la synthse de glucides grce lincorporation du CO2 et aux produits de la phase photochimique. Les deux phases sont donc couples. Lensemble des ractions se droulent dans les chloroplastes grce lintervention de nombreuses enzymes. Globalement, ces ractions sont des oxydorductions (oxydation=perte d'lectrons, rduction=gain d'lectrons). 3.1 La phase photochimique de la photosynthse (TP4) La phase photochimique qui s'effectue au niveau des thylakodes, est une oxydorduction entre l'eau et des transporteurs R. L'eau est oxyde, ce qui entraine la production de protons et d'lectrons ainsi qu'un dgagement d'O2. H2O 2H+ + 2e + 1/2O2 Les transporteurs R sont rduits en RH2. R + 2 H+ + 2 e RH2 L'nergie ncessaire cette oxydorduction est fournie par la conversion de l'nergie lumineuse absorbe par les pigments chlorophylliens en nergie chimique. Le transfert dlectrons ncessaires la production de RH2 saccompagne dun flux de protons du stroma vers le lumen qui sacidifie. La surface des thylakodes porte des ATP-synthases, des enzymes de synthse. Ces enzymes canalisent le retour des protons vers le stroma en le couplant la production dATP. Le bilan de la phase photochimique est donc : 3.2. La phase chimique de la photosynthse (TP3) La phase chimique se droule grce aux enzymes contenues dans le stroma. Il s'agit globalement d'une oxydorduction : le CO2 est rduit en molcule organique (glucide) grce aux RH2 qui sont oxyds en fournissant les H ncessaires la synthse des molcules organiques. Cette phase est donc couple la phase photochimique car elle ncessite l'ATP et les RH2 produits par la phase photochimique. Le bilan de la phase chimique est donc : La phase chimique se droule en plusieurs tapes formant le cycle de Calvin : le CO2 se fixe une molcule de RuBP (ou RuDP) c'est l'accepteur de CO2 le RuDP se scinde en deux molcules d'APG (acide phosphoglycrique = phosphoglycrate) grce l'ATP et aux RH2, l'APG est rduit en trioses-phosphates (glucides) une partie des trioses-phosphates servira rgnrer le RuBP et ainsi boucler le cycle de Calvin l'autre partie des trioses-phosphates sera le point de dpart de la synthse d'autres molcules organiques

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