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TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de T S Enseignement de Spéc

TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de T S Enseignement de Spécialité Page 1 Y. CULUS TP classe de TS spé – Senghor Magnanville TP n° 3 PHASE PHOTOCHIMIQUE DE LA PHOTOSYNTHESE Durée : 2h00 SVT Biolo- gie THEME 1 : ÉNERGIE ET CELLULE VIVANTE Nom : Prénom : Date : Introduction : Le processus de la photosynthèse est constitué de deux phases. La première phase est la phase photochimique. Elle se dé- roule dans les thylakoïdes chloroplastiques où l’énergie lumineuse est absorbée par les pigments chlorophylliens pour être convertie en énergie chimique. Problématique : COMMENT EST REALISEE LA CONVERSION DE L’ENERGIE LUMINEUSE EN ENERGIE CHIMIQUE UTILISABLE PAR LA CELLULE ? Objectifs méthodologiques: Réaliser une manipulation d’après un protocole ; Traduire des informations par un schéma ; s’informer ; Adopter une dé- marche explicative. Travail à réaliser : - - Exploitez les résultats expérimentaux des documents pour expliquer comment se déroule la synthèse de la molécule d’ATP au cours de la phase photochimique. - Complétez le schéma bilan de la phase photochimique. I. LES TRAVAUX HISTORIQUES DE HILL En 1941, Robin Hill propose une approche expérimentale de la phase photochimique et montre que, dans certaines conditions, des suspensions de chloroplastes isolés sont capables de produire du dioxygène, donc de réaliser la photosynthèse. Problème : Quelles sont ces conditions ?  Objectif : montrer que la production de dioxygène lors de la photosynthèse nécessite certaines conditions, notamment de la lumière et la présence d’un accepteur d’électron (=oxydant : atome ou molécule susceptible de capter un ou plusieurs électrons). 1) Réaliser l’expérience de Hill en suivant dans l’ordre les 2 protocoles suivants : Protocole d’extraction des chloroplastes : 1. Découper en fines lamelles quelques feuilles dans un mortier sortant du réfrigérateur (pour préserver les enzymes). 2. Ajouter un peu de sable frais. 3. Commencer à broyer et ajouter progressivement au cours du broyage 20 ml de tampon phosphate-saccharose (pH = 6,5). 4. Broyer fermement pendant au moins 2 minutes. 5. Filtrer dans un entonnoir garni de gaze (3 ou 4 épaisseurs) et de coton hydrophile. La gaze permettra de presser pour obtenir le maximum de filtrat. Recueillir le filtrat dans un bécher refroidi recouvert de papier aluminium pour l’obscurité. Remarque : Le filtrat contient des chloroplastes mais aussi de nombreux autres organites, comme les mitochondries qui assurent la respiration cellulaire et qui consomment de l’O2 en permanence. Mesure de l’évolution de la concentration en dioxygène de la suspension de chloroplastes: 1. Verser la quantité adéquate de filtrat dans le bioréacteur selon sa capacité (environ 5mL). 2. Positionner la sonde oxymétrique. 3. Mettre en route l’agitateur. 4. Paramétrer la console. 5. Enregistrer pendant 12 minutes : - 3 minutes à l’obscurité ; - 3 minutes à la lumière ; - Injection de 1ml du réactif de Hill (ferricyanure de potassium 0,2M = accepteur d’électrons appelé R) ; - 3 minutes à la lumière; - 3 minutes à l’obscurité. 6. Récupérer les données sur l’ordinateur. 2) Réaliser une capture d’écran du graphique obtenu et enregistrer l’image sur votre clé usb. 3) Analyser la courbe obtenue et en déduire les conditions nécessaires à la production de dioxygène (préciser si la présence de CO2 semble nécessaire) pour répondre au problème de départ. Problème : Quel est le rôle de cet accepteur d’électrons (oxydant) dans la photosynthèse ? TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de T S Enseignement de Spécialité Page 2 Y. CULUS TP classe de TS spé – Senghor Magnanville II. LA PHOTOLYSE DE L’EAU Le dioxygène dégagé lors de la photosynthèse provient de la photolyse de l’eau: Les électrons et les protons ne sont pas libres, mais transférés à un accepteur R (oxydant) : Rappels : Une oxydation correspond à une perte d’électrons (et de protons); une réduction correspond à un gain d’électrons et ( de protons). Un réducteur est une espèce chimique qui peut céder un ou plusieurs électrons ; un oxydant est une espèce chimique qui peut fixer un ou plusieurs électrons. La forme réduite et oxydée d’un même élément chimique forme un couple redox. Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction chimique impliquant un échange d’électrons (et de protons) entre 2 couples redox. OxA/RedA : OxA + n e-  Red A OxB/RedB : RedB  OxB + n e- OxA + RedB  RedA + OxB À un couple redox est associé un potentiel d’oxydoréduction (potentiel redox) mesuré en volts. Le transfert d’électrons ne s’effectue spontanément (sans apport d’énergie) que dans le sens des potentiels redox croissants. 4) Indiquer pour chacune des 2 réactions (photolyse de l’eau, transfert à l’accepteur R) s’il s’agit d’une réduction ou d’une oxydation. 5) Ecrire la réaction bilan d’oxydo-réduction correspondant au couplage de ses 2 réactions. 6) Les potentiels redox des couples H20/02 et RH2/R ont été établis : H20/02 = + 0,81 V et RH2/R = – 0,32 V Quel problème cela pose-t-il ? Formuler une hypothèse explicative au problème posé. Informations supplémentaires : - Document complémentaire 1 (Les photosystèmes de la membrane des thylakoïdes). - L’accepteur d’électrons de la chaîne photosynthétique est le NADP. III. LA PRODUCTION D’ATP Des expériences ont montré que des chloroplastes isolés et éclairés fabriquaient une molécule riche en énergie, l’ATP (Adénosine TriPhosphate), à partir d’ADP et de phosphate inorganique (Pi). Découverte en 1929, la molécule d’ATP a été mise en évidence dans toutes les cellules animales, végétales et bactériennes : c’est une molécule universelle qui constitue de l’énergie directement utilisable par la cellule. La synthèse de l’ATP par phosphorylation de d’ADP, c’est-à-dire création d’une liaison entre deux groupements phosphate, est catalysée par l’enzyme ATP synthase (présente dans la membrane des thylakoïdes) et nécessite de l’énergie : Problème : D’où provient l’énergie nécessaire à la synthèse d’ATP ? 7) A partir des résultats expérimentaux du document complémentaire 2, expliquer comment se déroule la synthèse de la molécule d’ATP au cours de la phase photochimique. 8) Compléter le schéma-bilan de la phase photochimique de la photosynthèse : H2O 2H+ + 2 e- + ½ O2 R + 2H+ + 2 e- RH2 ATP synthase Énergie uploads/Finance/ tp3-phase-photochimique 1 .pdf