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La photosynthèse rend les végétaux chlorophylliens autotrophes

mercredi 24 août 2016 par Joëlle Mirabaud

Chapitre 1 de Terminale S spé svt

I : Facteurs nécessaires à la photosynthèse
A : Énergie lumineuse
p14 : Tout système vivant échange de la matière et de l’énergie avec ce qui l’entoure.
Les végétaux chlorophylliens ont besoin d’énergie lumineuse nécessaire à leur croissance et leur entretien, et aux échanges nécessaires à leur métabolisme. Cette énergie lumineuse est le moteur de presque tous les écosystèmes (quelques rares exceptions sont basés sur la chimiosynthèse comme autour des fumeurs noirs.

B : Matières premières minérales
p15 : Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes : ils ne dépendent pas d’autres êtres vivant car ils se nourrissent de matière minérale. Le CO2 pénètre dans les feuilles par les stomates majoritairement présents dans l’épiderme inférieur des feuilles. L’ouverture stomatique ou ostiole s’ouvre en présence de lumière et d’humidité. Le CO2 est stocké dans les chambres, puis traverse le parenchyme lacunaire et atteint les cellules chlorophylliennes. Le phytoplancton pompe le CO2 sous forme dissoute dans l’eau.
De l’eau et les éléments minéraux (nitrate, phosphate...) qui y sont dissous sont pompés par les racines. Les vaisseaux de sève brute (xylème) les mènent aux feuilles. Le phyto plancton absorbe par sa surface perméable les sels minéraux dissous issus du sous-sol.

C : Rôle clé du chloroplaste
p15 à 17 : La transformation d’énergie lumineuse en énergie chimique est le rôle de la chlorophylle, molécule présente dans les chloroplastes, organites clé de la photosynthèse. Les cellules chlorophylliennes sont alignées sous l’épiderme supérieur translucide des feuilles. L’activité photosynthétique est proportionnelle à l’intensité lumineuse.
Les chloroplastes contiennent des thylakoïdes regroupés en grana. Ils sont le lieu de la réduction photosynthétique du CO2atm, donc lieu de synthèse de matière organique (où le C est à l’état réduit) à partir de la forme minérale du carbone (où le C est à l’état oxydé).
L’O2, déchet de photosynthèse suit le chemin inverse du CO2 et sort par les ostioles des stomates.
La nécessité de la présence d’accepteur de H+ et de e- a été démontrée par la réaction de Hill.
Le bilan de la photosynthèse qui se déroule en 2 phases est : 6CO2+2H2OàC6H12O6+6O2+6H2O.
II : Les 2 étapes de la photosynthèse
A : Phase claire = phase photochimique
p18 : Elle se déroule en présence d’énergie lumineuse (d’où ses 2 noms) dans le thylakoïdes des chloroplastes qui contiennent des pigments (chlorophylles a, b, xanthophylles et caroténoïdes) absorbant le bleu et le rouge tout en réfléchissant le vert (d’où la couleur des feuilles). La comparaison du spectre d’absorption de la lumière par les pigments de la plante et du spectre d’action de la photosynthèse montre que les pigments absorbent l’énergie solaire et la transforment en énergie chimique nécessaire à l’activité photosynthétique. L’expérience d’Egelman montre le regroupement de bactéries avides d’O2 le long de l’algue là où les cellules réalisent la photosynthèse avec dégagement de O2.
p19 : Dans les membranes des thylakoïdes sont enchâssés les photosystèmes, association de molécules, protéines et de pigments photosynthétiques. La transformation d’énergie débute par la capture des photons par les pigments qui captent l’énergie de ces photons. Plus un chloroplaste est éclairé, plus il synthétise de photosystèmes.
p20, 21 : Cette énergie lumineuse est transformée en énergie chimique par une succession d’oxydoréductions (couples redox mis en jeu Fe3+/Fe2+. L’apport d’énergie lumineuse est nécessaire pour que l’oxydation de l’H2O en O2 soit couplée à la réduction du Fe3+ en Fe2+ (Expérience de Hill) ou de R en RH2 (in vivo). L’accumulation de H+ dans les thylakoïdes forme ainsi un gradient de pH qui représente une énergie potentielle : le flux de protons ressortant des thylakoïdes au sein des ATPsynthétases donne naissance aux molécules hautement énergiques d’ATP (adénosine triphosphate) à partir d’ADP + Pi (phosphate inorganique). Les H+ sortant des ATPases sont récupérés dans le stroma par les coenzymes R+ qui sont alors réduits en RH2.

B : Phase sombre = phase biochimique
p22, 23 : Dans le stroma des chloroplastes, les produits de la phase claire sont utilisés lors de la phase sombre pour constituer la matière organique au cours du cycle de Calvin. Cette phase biochimique se déroule tant qu’il y a des ATP et RH2 en réserve.
La fixation de CO2atm se fait sur un accepteur déjà présent dans le stroma : ribulose 1-5 biphosphate (=C5P2). Le produit de la fixation correspond à 2 molécules à 3C (phosphoglycérate =PGA) ; leur réduction par RH2 donne 2 trioses phosphate (=C3P). Une partie du C3P construit le glucose, premier produit de photosynthèse. Le reste des C3P sert à régénérer le C5P2 accepteur de CO2. Chaque étape du cycle consomme de l’énergie fournie par les ATP formés en phase claire. La production d’une molécule de glucose C6H12O6 nécessite la fixation de 6 molécules de CO2 au cours de 6 cycles de Calvin successifs.


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