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Energie et cellule vivante TP n°4 Le déroulement de la photosynthèse (part 1).

Energie et cellule vivante TP n°4 Le déroulement de la photosynthèse (part 1). La photosynthèse se déroule dans les cellules chlorophylliennes. Elle nécessite de la lumière, de l’eau, du CO2 et des pigments chlorophylliens. Ces pigments contenus dans les thylakoïdes des chloroplastes permettent d’absorber les longueurs d’ondes lumineuses utiles à l’activité photosynthétique. Comment l’énergie lumineuse est-utilisée lors de la photosynthèse ? La photosynthèse consiste à transformer le Carbone oxydé (CO2) en Carbone réduit (C6H12O6). Cette réaction de réduction s’accompagne obligatoirement d’une réaction d’oxydation et donc d’un nécessaire échange de protons et d’électrons. C’est une oxydo-réduction. Activité 1 : Analyse de documents, tirer des informations. Partons à la découverte historique de ces différentes réactions permettant la transformation de matière minérale en matière chimique. 1) Décrire le résultat obtenu par Gaffron. Qu’y a-t-il de surprenant ? (doc 1) 2) Quelles informations apportent les expériences 1 et 2 ? (doc 2) 3) Comment l’expérience 3 permettait- elle d’interpréter ce qu’à observer Gaffron à l’obscurité ? (doc 2) 4) Après avoir rappelé les conditions expérimentales et décrit les résultats obtenus, expliquez comment Hill a montré que la photolyse de l’eau nécessite de la lumière mais également un transporteur d’électrons (R) sans apport de CO2 (doc 3). Par la suite, la réduction du CO2 en glucose nécessitera de l’énergie chimique (voir TP suivant). 5) Mais d’après le document 4 de quelle réaction peut provenir cette énergie ? Activité 2 : réaliser un schéma bilan Sur une feuille blanche, vous schématiserez l’ensemble des réactions chimiques photosynthétiques se déroulant au sein d’une cellule chlorophyllienne. Vous ferez apparaître :  les différents compartiments cellulaires concernés (schématiquement),  les différentes réactions chimiques localisées précisément.  les différentes molécules chimiques,  les différentes formes d’énergie  les échanges entre compartiments intracellulaires. Energie et cellule vivante TP n°4 2 Expérience d’Arnon (1958) 3 Energie et cellule vivante TP n°4 ATP (Adénosine triphosphate) est une forme de stockage d’énergie très largement utilisée par les cellules. Cette énergie peut être libérée lors de l’hydrolyse de l’ATP et devient alors disponible pour d’autres réactions du métabolisme nécessitant de l’énergie. La synthèse d’ATP par un organisme est donc primordiale pour permettre le fonctionnement de l’ensemble de son métabolisme. Cette synthèse se fait par fixation d’un phosphate inorganique (Pi) sur une molécule d’ADP. Cette réaction de phosphorylation nécessite un apport important d’énergie à partir d’ADP et de phosphate inorganique. Elle est catalysée par une enzyme appelée ATP synthase. Document 4 : NB : Portion de thylakoïde (microscope photonique à contraste de phase). La technique permet de visualiser des complexes protéiques à la surface de la membrane du thylakoïde : complexes de protéines et pigments (= photosystèmes) et ATP synthases. Energie et cellule vivante TP n°4 CORRECTION 1) L’expérience 1 (de Arnon 1958) montre que le stroma seul ne permet pas la production de molécules organiques par incorporation de CO2. En revanche, la comparaison des expériences 1 et 2 montre que les thylakoïdes exposés à la lumière permettent cette synthèse. Il apparaît donc que les thylakoïdes exposés à la lumière sont nécessaires à la synthèse de glucides dans le stroma des chloroplastes. L’expérience 3 montre que les thylakoïdes exposés à la lumière peuvent être remplacés par un apport de RH2 et d’ATP. On peut donc déduire de cette expérience que les thylakoïdes exposés à la lumière sont responsables de la production d’ATP et de RH2. (Nouveau produit de la photosynthèse ??) 2) L’expérience de Gaffron (1951) montre une incorporation élevée et constante de CO2 lorsque les algues sont exposées à la lumière. En effet, ces cellules chlorophylliennes réalisent alors la photosynthèse. À l’obscurité, cette incorporation cesse rapidement : la photosynthèse est un processus qui exige de la lumière. Cependant, on constate que l’incorporation du CO2 ne cesse pas immédiatement lors du passage à l’obscurité mais diminue progressivement pendant 20 secondes environ. Cela montre que l’incorporation du CO2 peut chimiquement se produire à l’obscurité mais est tributaire de phénomènes qui exigent directement de la lumière. L’expérience d’Arnon permet de proposer une interprétation : – À la lumière, les thylakoïdes fournissent en permanence ATP et RH2. Il y a donc incorporation constante de CO2. – Lors du passage à l’obscurité, la production d’ATP et de RH2 par les thylakoïdes cesse. Cependant, l’incorporation du CO2 se poursuit un court instant en utilisant les stocks manifestement très limités d’ATP et RH2 précédemment produits par les thylakoïdes à la lumière. 3) De 0 à 1 minute, on ne constate aucune production de dioxygène. La réaction ne se produit pas. L’ajout de 0,1 mL de réactif se traduit par une production de dioxygène qui révèle l’oxydoréduction entre l’eau et le réactif. Celle-ci cesse rapidement par épuisement du réactif : en effet, la production de dioxygène est réactivée par l’injection d’une nouvelle quantité de réactif (t = 3 min). Au temps t = 5 min, le passage à l’obscurité se traduit par un arrêt immédiat de la production de dioxygène : ceci montre que cette oxydoréduction nécessite l’énergie lumineuse. L’expérience de Hill montre qu’une suspension de chloroplastes permet une oxydoréduction entre l’eau et un accepteur d’électrons. Cependant, la réduction de l’accepteur n’est possible qu’en présence de lumière car, elle exige de l’énergie. C’est cette oxydoréduction qui permet de former les transporteurs réduits RH2 nécessaires à la phase chimique de la photosynthèse. Les H nécessaires à la réduction du CO2 proviennent donc de la dissociation de la molécule d’eau. L’O de la molécule d’eau, qui n’est pas nécessaire, est rejeté sous forme de dioxygène. Le dioxygène produit au cours de la photosynthèse provient donc de l’eau comme déjà démontré précédemment.. 4) L‘ajout d’ADP+Pi à la lumière entraîne une production d’O2 marqueur du déroulement de la phase photochimique de la photosynthèse. Le deuxième graphique montre que cette réaction à la lumière provoque la fabrication d’ATP, molécule hautement énergétique. Or l’ATP synthase a besoin d’énergie pour fabriquer l’ATP. Ainsi cette phase photochimique de la photosynthèse réalisée dans les thylakoïdes permet d’utiliser l’énergie lumineuse pour fabriquer de l’ATP. L’énergie lumineuse responsable de la photolyse de l’eau est donc convertie au niveau des thylakoïdes en énergie chimique sous forme de transporteurs réduits RH2 (acceptant les électrons émis suite à la photolyse de l’eau) et d’ATP Voir schéma 3 p 21 Energie et cellule vivante TP n°4 Si l'on considère ces deux réactions comme un transfert d'électrons entre deux couples RedOx, on peut écrire : On constate que la réaction n'est pas possible spontanément car le transfert des électrons ne peut se faire sans apport d'énergie que dans le sens des potentiels d'oxydo-réduction (E'0) croissants. Cette réaction est en fait rendue possible grâce à l’énergie de la lumière. Entre la réaction d'oxydation de l'eau et celle de réduction du carbone, il existe de nombreux intermédiaires (transport des électrons et des H+) Expérience de Hill : nécessité d’un accepteur d’électrons. uploads/Finance/ tspe-tp4-phase-photochimique.pdf