Energie et cellule vivante : la photosynthèse - SVT Terminale S Spécialisation

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Ce très bon cours de SVT étudie les grands principes de la photosynthèse comme son mécanisme, le rapport entre la photosynthèse et la chlorophylle, etc.

Publié le : mardi 24 décembre 2013
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Thème 1 : Energie et cellule vivante


T«toutsysemèavivétngedchanmatelaetèieré'enedlveaierguiqcecuotne'lelI.ergèeedtsleis
couplagesénergétiques.»


Acquis de SVT
les végétaux chlorophylliens, par la photosynthèse, produisent de la matière organique à partir de matière
-
minérale et d’énergie lumineuse (2nde Thème 2)
-la photosynthèse permet l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère (2nde Thème 2)
-lors d’un exercice physique, l’énergie est fournie par la respiration qui utilise le dioxygène et les nutriments (2nde

Thème 3)
- dans les écosystèmes continentaux, la productivité primaire repose sur la photosynthèse des plantes vertes.
(Quantification des flux d’énergie et de matière) (1èreS Thème2)

Ce qu’il faut savoir

Les végétaux chlorophylliens nécessitent de l’énergie solaire pour synthétiser leur propre matière grâce à la
photosynthèse. Cette matière est utilisée par les organismes non chlorophylliens. Les échanges gazeux
respiratoires présents chez nombre d’organismes sont un indice d’une libération d’énergie chimiqueà partir de la
matière. La contraction musculaire met en œuvre uneénergiemécanique. Il existe ainsi, à l’échelle de la biosphère
et des écosystèmes, unflux énergétiqueintimement lié auxcycles de la matièrepermettant de passer de
l’énergie lumineuse à l’énergie chimique et mécanique.


-> Comment l’énergie lumineuse est-elle convertie en énergie chimique (matière organique avec l’exemple du glucose)
par les cellules chlorophylliennes ?
-> Comment cette énergie chimique (le glucose) fournit -utilisable par les cellules pour assurer leurselle de l’énergie

fonctions ? (synthèse d’ATP par respiration et/ou fermentation ; utilisation d’ATP par la cellule musculaire)

Comment la matière organique est-elle fabriquée par les végétaux chlorophylliens puis utilisée comme source
d’énergie par les cellules ?





















Chapitre 1 :La photosynthèse: de l’énergie lumineuse à l’énergie chimique


Problématique :Soumis aux rayonnements solaires, les végétaux réalisent la photosynthèse dans leurs
parties chlorophylliennes. Ils synthétisent ainsi de la matière organique à partir d’eau, de sels minéraux et
de dioxyde de carbonemoC .e ulrodée sntmeèhesystnohotalp e’éch à ll ceelireula?


1- La cellule chlorophyllienne et la photosynthèse

Les feuilles sont des organes spécialisées dans la réalisation de la photosynthèse. Elles utilisent l’énergie
lumineuse pour produire de la matière organique à partir de la matière minérale.
Oùalieulaphotosynthèsecheé’l àle celelairuilb.anuQle?snoets

Activité a : localiser la photosynthèse (fiche TP1)
Activité b : Photosynthèse et échanges gazeux (fiche TP1)
Activité c : Origine des atomes de la matière organique ( fiche TP1)

Les cellules chlorophylliennes contiennent des organites de couleur verte, les chloroplastes, qui synthétisent de
l’amidon en présence de lumière. Cette synthèse s’accompagne d’une consommation de dioxyde de carbone et d’un
rejet de dioxygène.
Ainsi on peut résumer l’ensemble des processus de la photosynthèse par l’équation bilan suivante

Le carbone contenu dans la matière minérale (CO2 atmosphérique) est utilisé pour synthétiser des molécules
organiques comme le glucose. Les glucoses peuvent être temporairement assemblés sous formed’amidon.

La molécule d’eau est scindée et donne le dioxygène libéré sous forme gazeuse, les atomes d’hydrogène participent
à ‘élaboration de la matière organique.

L’ensemble des réactions photosynthétiques peut se résumer à une oxydoréduction dans laquel le l’oxydation de l’eau
est couplée à la réduction du CO2. L’énergie nécessaire à la réalisation de cetteoxydoréduction est fournie par la
lumière.

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp08/0802001.html

2- chloroplastes, organites clés de la photosynthèseLes

La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes, organites caractéristiques de toutes les cellules
chlorophylliennes. loirg’oEqun ed nhc ssinaoitaestes plaslorot-ele.èsthynosotphaàltpeéaade

Activité 2a : Le chloroplaste, un organite compartimenté (fiche TP2)
http://dendro.cnre.vt.edu/forestbiology/photosynthesis.swf
http://www.youtube.com/watch?v=OF_F9cAvLlQ



Chloroplaste (microscope électronique) Ultrastructure d'un chloroplaste
:

1-membrane externe 7-granum (thylakoïdes accolés)
2-espace intermembranaire 8-thylakoïde i ter-granaire (lamelle)
n
3-membrane interne (1+2+3: enveloppe) d'amidon 9-grain
 )4-stroma (fluide aqu
eux 10-ribosome
5-lumière du thylakoïde 11-ADN

6-membrane du thylakoïde 12otlglpsaeobul(gouttelette lipidique)


Activité 2b : Diversité des pigments chlorophylliens (fiche TP2)

- Séparation et mise en évidence des pigments(chromatographie sur papier ou sur lame de silice à partir de feuille d’épinard)
--rosboitpertca’d peSstÉ(d up éenxier as)idpm gnecatlieo n( EdxeApné reitm edn’at
t O) de l’intensité photosynthétique en éclairant avec différentes radiations lumineuses afin de
déterminer l’efficacité photosynthétique des radiations absorbées par les pigments (élodée) = animation :

http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/meta bo/photosynthese/014pigments.htm#engelman



 Les pigments photosynthétiques, leurs spectres d’absorption et d’action
Les chloroplastessont des organites spécifiques du règne végétal, caractéristiques des cellules
chlorophylliennesoù se déroule la photosynthèse. Le chloroplaste est constitué d’une double membrane,
comme les mitochondries, délimitant un espace interne appelémoasrtle. Dans le compartiment interne du
chloroplaste se trouvent de nombreux disques ousedïhytkola, qui, empilés, formentGelm)nura. Les
membranes de ces thylakoïdes sont très riches en protéines (transporteurs de protons, d’électrons,
ATPsynthétase) et pigments photosynthétiques, doncissus de l’expression du génome.
 Dsnapalporoyhuparéxshecnocleordheplcyhilllnuepasrntondteosrevéagaéltldb,easete
xanthophyles.noïdtedesoréteacIl existe également des chlorophylles c et des protéines (phycocyanine
etphycoérythrine) que l’on retrouve respectivement chez les cyanobactéries et les algues rouges.On
rencontre donc différents types de pigments dans un même végétal, mais certains sont spécifiques
d’une espècegétavéle(dépendant souvent du milieu de vie).
 On peut évaluer quantitativement l’action d’une radiation lumineuse sur la photosynthèse en mesurant, par
exemple, laquantité d’O2 libérée dans le milieu ou la quantité de CO2 absorbée, pour une radiation
lumineuse définie. Les résultats montrent clairement qu’il existe une similitude entreno e’dcaitspectr
photosynthétique(rendement photosynthétique)ceps teabd’e trontirpso nard u’imen iulux (absorbance
relative de la chlorophylle). Pour un végétal donné se sont les radiations les mieux absorbées par les
pigmentsles plus efficaces pour la photosynthèsephotosynthétiques qui sont .Les pigments qui
reçoiventl’énergie ldonc un rôle fondamental dans la photosynthèseumineuse jouent .

3- La photosynthèse, un mécanisme en deux étapes
Les pigments qui reçoiventl’énergie lumineuse jouent donc un rôle fondamental dans la photosynthèse.
Cntcommeigmeesphcoltnsyorhplsenrtpaipict-eni slial ànoc srevion de l’énergiel muniueese nnégiere
chimiqueutilisableparlacelule
orrpcoinlnsdaécélomsegroseluues,aniqduitprolasedsonyhptosèht?eCommentelC2Oetsi-l

Activité3a:Laphotosynthèse,unprocessusà2phases(Belin,p.17)
Activité3b:Laphasephotochimique,danslesthylakoïdes(ficheTP3)+
Activité3c:Laphasechimique,danslestroma(Belin,p.22-23)

Bilan 3:
La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique, c’est-à-dire en sucres simples, à partir du
CO2 atmosphérique et d’H2Opeut se résumer sous la réaction photosynthétique globale
:
6CO2+ 6H2O+Energie lumineuse convertie en ATP+C6H12O6+ 6O2

Plusieurs types d'expériences ont montré que la photosynthèse pouvait être découpée en deux phases de significations
différentes mais couplées entre elles et nécessitant des intermédiaires.
-phase de conversion de l’énergie radiative pendantune mihceuqiad,lsnlahappsetohose,okdïyhalset
-une phase d’assimilation et donc de réduction du CO2a.sleomtrd,esnaihcouqimnonphotaphaseneadtnlp

La phase photochimique convertit l’énergie lumineuse en ATP dans les thylakoïdes (voir TP)
Dans les thylakoïdes,la phase photochimiquedébute par l’activation de la chlorophylle:
-l’énergie lumineuse ptsmèse,pohotysiveaudelleaunuqinotohabtesepéerbsoseéralorsneltclacdeophyhlor

- les molécules de chlorophylle activées par la lumière libèrent des électrons (c’est lasource d’électrons
indispensable au vivant),
- ces électrons, « dopés » énergétiquement, sont captés et pris en charge par un système de transporteurs
d’électrons (chaîne photosynthétique) pour être conduitsvers un accepteur d’électronR+ (composés oxydés) qui
est réduit en RH2 (transporteurs de protons = composés réduits,c’est lasource de protons indispensable au
vivant), conformément aux potentiels redox des diverses molécules impliquées
- la chlorophylle devenue électropositive reprend ses électrons en dissociant unemolécule d’eau etproduisant du
dioxygèn: ’ stphaltolosye ouedl e’uaoxydation dee’l ua: 2H2O4H+ +4e- + O2
ec e
- suivant un principe analogue à celui observé dans les mitochondries (voir infra),l’écoulement des électrons le long
de la chaîne photosynthétique permetd’emmagasiner de l’énergie sous forme d’ATP. En effet, les protons
s’accumulentdansïdelakothyle, la concentration en H+ devient élevée et un flux de protonss’établit dans le canal
de l’ATPsynthétase, assurantla synthèse et donc larégénération de l’ATP (c’est la source d’énergie
indispensable au vivant). L’ATPconstruit à partir d’ADP et de phosphate inorganique Pise prélevé dans la
solution du sol et acheminé dans la sève brute.

L’énergie lumineuse est donc convertieen énergie chimique sous deux formes :
Des composés RH2 possédant un fort pouvoir réducteur
Des molécules d’ATP dont l’hydrolyse peut libérer une grande quantité d’énergie


http://dendro.cnre.vt.edu/forestbiology/photosynthesis.swf
http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp08/0802002.html

le pouvoir réducteur pour la synthèse duLa phase non photochimique utilise l’ATP néoformé et glucose
dans le stroma (voir TP)
Les travaux deCalvinont montré que la phase non photochimique, qui se déroule dans lestromades chloroplastes,
consiste en l’incorporation cyclique du CO2 dans de nombreusesmolécules carbonées.Le CO2 se fixe,en présence
d’une enzyme(ubrcoisalqui représente l’enzyme la plus répandue surTerre),sur un sucre à 5 carbones,
présent bisphosphate ou -5dans le stroma du chloroplaste, le ribulose 1C5P2, accepteur du CO2.
La nouvelle molécule se scinde immédiatement en 2 molécules à 3 carbones, lePhosphoglycérate ou PGA.
La réduction du PGA enC3Pnécessite l’utilisation de l’ATP et ducoenzyme réduit RH2 produits au cours de la
phase photochimique. Une partie des C3P servent à synthétiser des glucides et autres molécules plus c omplexes,
l’autre partie sert àreformer du ribulose 1-5 bisphosphate accepteur de CO2. Le processus de phase non
photochimiqueestdonccyclique(cycledeCalvin).Lesnombreusesetcomplexesréactionsserésumentpar
l’équation bilan suivante :

http://xxi.ac-reims.fr/leon-bourgeois/site/Pedagogie/SVT/svt/terminale/calvin3.swf

Bilan :Les deux phases de la photosynthèse sont donc intimement liées. Bien que la phase non photochimique ne
nécessite pas directement de lumière, elle est entièrement dépendante des produits de la phase photochimique.En
tenant compte des réactions de la phase photochimique, on peut alors préciser le bilan destransformations (=
ensemble de réactions biochimiques catalysées par des enzymes) constituant la photosynthèse :

6 CO2 + 12 H2*OC6H12O6 + 6 *O2 + 6 H2O

Les commentaires (1)
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blandine.leb

Merci ce cours me sauve pour mon ds de spé ! :D

dimanche 1 février 2015 - 18:57