La photosynthèse

La photosynthèse

La lumière est une source d’énergie disponible pour les écosystèmes

Quantité d’énergie transportée par un

photon:

E=h.ν

où :

• E est l'énergie du photon (en joules) ;

• h est la constante de Planck dont une

valeur approchée est : 6,63 . 10-34 J.s

• ν la fréquence (en hertz) de l'onde

électromagnétique associée au photon

considéré.

Photosynthèse :

Transformation de l’énergie lumineuse en

énergie biologique

Quelles sont les caractéristiques

de cette réaction?

La photosynthèseVEGETAUX : Organismes AUTOTROPHES

➢ Entrée de l’énergie dans les systèmes biologiques

➢ Produisent les molécules organiques ensuite consommées par les HETEROTROPHES pour produire leur Energie

Rappel :La structure de la feuille chez les végétaux

Lame mince de parenchyme foliaire Schéma du fonctionnement de la feuille

Rappel :La structure de la cellule végétale

Le métabolisme photosynthétique

Les chloroplastes

Les organites chargés de la photosynthèse dans la cellule végétale!

Des replis membranaires à l’intérieur du chloroplastes : les Thylakoïdes!

Echelle de la cellule Echelle de l’organite

Replaçons-nous dans l’espace…

!!! Toutes les cellules végétales ne sont pas photosynthétiques

(racine, écorce…)

Le métabolisme photosynthétique

Expérience Assistée par Ordinateur pour caractériser la PHOTOSYNTHESE

EXPERIENCE:

Pendant la période lumineuse,

la concentration en dioxygène

augmente :

cette production de dioxygène

est due à la photosynthèse.

En fait, pendant la période lumineuse, la respiration et la

photosynthèse se déroulent simultanément. La production de

dioxygène correspond à la photosynthèse nette, résultat de la

différence entre la photosynthèse brute et la respiration.

•Photosynthèse brute (PB) = dioxygène produit par la

photosynthèse

•Respiration (R) = dioxygène consommé par la respiration

•Photosynthèse nette (PN) = dioxygène produit réellement. PN =

PB – valeur absolue (R)

Résultat attendu

Photosynthèse : pendant la phase lumineuse, l’O2 est produit et le CO2 est consommé

Pendant phase sombre : production de CO2 et consommation d’O2 . On ne voit ici que la RESPIRATION

PHOTOSYNTHESE et RESPIRATION se produisent chez les végétaux

Métabolisme AUTOTROPHE

Résultat attendu

A l’aide d’une expérience EXAO, nous aurions pu démontrer que l’équation bilan de la photosynthèse est :

…Mais aujourd’hui, c’est à vous de construire une (ou plusieurs) expériences à partir du matériel qui vous est fourni.

Votre expérience doit expliquer au moins une partie de l’équation bilan de la photosynthèse. Vous devez rédiger les étapes principales du protocole, réaliser l’expérience et en commenter

les résultats. En cas de résultat négatif, critiquez ce qui n’allait pas dans votre démarche.

(Attention, il s’agit du bilan d’une chaine de réactions métaboliques qui comprend plusieurs dizaines de

réactions chimiques…détails en terminale)

Conso de CO2

Production de sucre

Production de dioxygène

Avec le matériel fourni et à l’aide des fiches d’aide ci-après, vous pouvez construire :

• Expérience pour démontrer la production d’oxygène

• Expérience pour démontrer la consommation de CO2

• Expérience pour démontrer la production de sucres

Pour chacune des expériences, on utilise une eau enrichie en carbonate

Matériel disponible:-Elodée (plusieurs plants)-2 béchers-2 Eprouvettes à forme d’entonnoir

-Un cache opaque-Une lampe -des allumettes (manipulées par le prof)

Matériel disponible:-4 tubes à essais, avec les bouchons pour fermer-des plants d’élodée-Du rouge de Crésol-2 caches opaques pour les tubes à essai

Atelier 3 : Photosynthèse et production de sucres

A l’aide des ressources proposées, proposez une stratégie de résolution réaliste permettant de montrer que les végétaux chlorophylliens produisent du sucre à la lumière

Ressources

Echantillon d’Elodée

Le lugol est une solution composée d'iode et de potassium qui sert de colorant ou et qui permet de révéler la présence d'amidon

Matériel disponible:-un microscope-2 lames et lamelles-2 tubes à essai, avec un cache opaque-des plants d’élodée-du lugol-une lampe

CORRECTION

EXEMPLES D’EXPERIENCES

Le métabolisme photosynthétique

Mise en évidence expérimentale

ElodéeElodea canadensis t~ 5 jours

O2 O2

Témoins :

-sans lumière, rien ne se produit

-sans source de CO2 soluble, rien ne se produit

+ CO2Eau robinetEau distillée

En présence de lumière, les feuilles d’élodée

produisent de l’oxygène à partir du CO2 soluble

Compléments/exercices et autres expériences pour s’entrainer

Le métabolisme photosynthétique

Mise en évidence expérimentale

Que devient le CO2 dans les cellules de feuille d’Elodée?

Après traitement par le lugol, on observe des grains d’amidon dans les chloroplastes des cellules d’élodée ayant été placées à la lumière dans une eau enrichie en carbonate

Les sucres sont composés de carbone

Le CO2 est incorporé dans la cellule sous la forme de sucres

…ceci dans des organite particuliers : les chloroplastes

Amidon : polysaccharide, chaîne de glucose

Compléments/exercices et autres expériences pour s’entrainer

Mise en évidence, de la synthèse d’amidon par les feuilles

À gauche : sur un pied de pélargonium une partie d’une feuille est masquée par du papier noir et est vivement éclairée.

Au centre : la feuille est décolorée par de l’éthanol bouillant, un réfrigérant permet d’éviter les vapeurs éthyliques (prévoir un récipient d’eau froide en cas d’ébullition exagérée et utiliser un système de chauffage électrique et non pas à gaz).

A droite : la feuille plongée dans une boîte de Pétri contenant du lugoldéveloppe une coloration bleu-noir uniquement dans les parties éclairées, elle a donc synthétisé de l’amidon.

Compléments/exercices et autres expériences pour s’entrainer

Molécule réduiteDonneur d’électronH20

Molécule oxydéeAccepteur électronNADP

Sucres (CH20)n

Énergie lumineuse(photon) CO2

Catabolisme(dégradations et oxydation)

Energie biochimiqueATP, NAD

+ intermédiaires (Pyruvate)Anabolisme (synthèse et réduction)

Exergonique Endergonique

Réactionsphotosynthétiques

Photosynthèse: transformation d’énergie lumineuse en énergie chimique accumulée dans des

molécules carbonées fortement réduites (riches en électron, instable)

• Lumière convertie en énergie biologique

• Energie utilisé pour fixer le CO2 atm en sucre

• Sucre utilisé ensuite dans le métabolisme (ex. respiration)

• Respiration consomme O2 et sucres pour donner de l’ATP

C6H1206 + 6026CO2 + 6H20