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La photosynthèse. 1. Photosynthèse et respiration Photosynthèse et respiration. Fabriquent leur propre matière organique. Autotrophes : Hétérotrophes.

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1 La photosynthèse

2 1. Photosynthèse et respiration Photosynthèse et respiration. Fabriquent leur propre matière organique. Autotrophes : Hétérotrophes : Respiration ou fermentation. Transforment la matière organique végétale en matière organique animale.

3 1. Photosynthèse et respiration Un processus physiologique par lequel les végétaux qui contiennent certains pigments (chlorophylle) sont capables de capter lénergie lumineuse et de le transformer en énergie chimique (ATP et pouvoir réducteur NADPH+H+) afin de réaliser la nutrition carbonée à partir du CO2 atmosphérique. Ce processus est accompagné dun dégagement doxygène. Ce phénomène se déroule dans les chloroplastes chez les végétaux évolués et chez les algues bleues

4 Chimioautotrophes Cas particulier de certaines espèces de bactéries. Matière inorganique (CO 2, H 2 O) Matière organique Réactions d'oxydation ( H 2 S, NH 3, Fe 2+ ) E Donc, pas de lumière nécessaire.

5 2. Les chloroplastes Responsables de la photosynthèse dans les parties vertes des plantes.

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7 La membrane des thylakoïdes contient des pigments : Chlorophylle a et b (vert) bleue-vert; vert-jaune Caroténoïdes et xantophylles (jaune à rouge) 1 mm 2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes. Caroténoïde le plus abondant = -carotène -carotène 2 vitamines A

8 Équation générale de la photosynthèse CO 2 + H 2 OCH 2 O + O 2 Plus précisément : 6 CO H 2 O1 C 6 H 12 O O 2 Plus précisément encore 6 CO H 2 O1 C 6 H 12 O O H 2 O

9 O 2 Provient de l'eau 6 CO H 2 O 18 Glucose O CO H 2 O 16 Glucose O 2 16

10 Déroulement de la photosynthèse 2 phases : Réaction photochimique : dans la membrane des thylakoïdes Cycle de Calvin : dans le stroma E lumièreE chimique (ATP) H2OH2OH + + O + électrons

11 3. La réaction photochimique Dans la réaction photochimique, l'énergie de l'électron sert à transformer l'ADP et P en ATP.

12 La chlorophylle absorbe la lumière. Deux électrons sont portés à un niveau d'énergie supérieur. Chaque électron est capté par des transporteurs situés dans la membrane du thylakoïde. À chaque transfert, l'électron perd de l'énergie. L'électron passe de transporteur en transporteur. PSI - Chl. b (P700nm)

13 NADP = Nicotinamide adénine di nucléotide phosphate Transporte les H + et les électrons provenant de la dissociation de l'eau. PSII - Chl. a (P680nm) Photo dissolution

14 PSII - Chl. a (P680nm) PSI - Chl. b (P700nm)

15 PSI - Chl. b (P700nm) PSII - Chl. a (P680nm)

16 Absorption de la lumière Lumière visible : 380 à 750 nm

17 Expérience de Thomas Engelmann (années 1880) Bactéries attirées par loxygène algue filamenteuse spirogyre Le rendement de la photosynthèse nest pas le même à toutes les longueurs donde (couleurs)

18 Les différents pigments n'absorbent pas la lumière de la même façon. L'énergie absorbée par les pigments accessoires (chlorophylle b, caroténoïdes et xantophylles) est transmise à la chlorophylle a.

19 Pourquoi les plantes sont-elles vertes?

20 4. Cycle de Calvin = fixation du carbone RuDP carboxylase : on dit aussi "RubisCO" Chacun des 3 CO 2 se lie à une molécule à 5 C (RuDP) pour former une molécule à 6 C qui se scinde en deux molécules à 3 C. Il se forme donc 6 molécules à 3 C. La réaction est catalysée par la RuDP carboxylase (RubisCO).

21 PGALGlucose et autres matières organiques PGAL = phosphoglycéraldéhyde Les 6 molécules à 3 C se transforment en PGAL. Un sort du cycle et les 5 autres continuent dans le cycle. Ils serviront à former 3 molécules de RuDP à 5 C APG (acide phosphoglycérique) APG (acide 1,3diphosphoglycérique) Phase I Phase II Phase III

22 Rubisco est la protéine la plus abondante de la planète

23 Le cycle de Calvin est essentiel à la phase photochimique La réaction photochimique est essentielle au cycle de Calvin. De plus, la RuDP carboxylase ne fonctionne qu'en présence de lumière.

24 5. Facteurs externes ayant une influence sur la photosynthèse 1. Eau 2. [ CO 2 ] [ CO 2 ] ==> photosynthèse Pas tellement d'effets en milieu naturel (le taux de CO 2 est à peu près constant dans lair). En milieu artificiel, le taux de photosynthèse peut augmenter jusqu'à 5 X si on augmente le taux de CO 2. Le pallier de loptimum vers 0.1% au-delà de 2 à 5% (CO2 toxique). Faible éclairement et basse T°C la teneur en CO2 atmosphérique (0.034%) devient fortement limitante % de CO2 assimilation nette égale à 0 [O 2 ] ==> photosynthèse (effet Warburg)

25 4. Lumière: héliophiles ( Lux), sciaphiles (100Lux) Intensité Alternance lumière / noirceur Longueur d'onde (important dans l'eau où la longueur d'onde de la lumière change avec la profondeur). Beaucoup d'enzymes du cycle de Calvin ne sont actives qu'en présence de lumière. 3. Température Température (30°C) ==> photosynthèse jusqu'à une température limite (45°C) à partir de laquelle les enzymes commencent à être dénaturées.

26 6. La photorespiration [O 2 ] ==> photosynthèse (effet Warburg) 50% Fermeture des stomates ==> [O 2 ] et [CO 2 ] ==> photosynthèse La RuDP carboxylase peut se lier à l'oxygène comme au CO 2. Plus [O 2 ] plus RuDP carboxylase se lie à O 2 plutôt qu'à CO 2. ==> RuDP carboxylase ajoute O 2 au RuDP et non CO 2

27 glyoxylate glycolate glycine

28 6. Adaptation des plantes à l'aridité Plantes au métabolisme C 4 Plantes au métabolisme CAM Plantes au métabolisme C 4 Coupes de feuilles C 3 et C 4 Ex.Canne à sucre et maïs

29 Coupe d'une feuille de maïs (plante au métabolisme C 4 ) Cellules du mésophylle n'ont pas les enzymes du cycle de Calvin (pas de RubisCO). Ces enzymes sont dans les cellules de la gaine fasciculaire.

30 1. Le CO 2 pénètre dans la feuille par les stomates. 2. Le CO 2 pénètre dans les cellules du mésophylle. 3. Le CO 2 se combine à un composé à 3 C (acide phosphoénolpyruvique) pour former un composé à 4 C (acide oxaloacétique). La réaction est catalysée par la PEP carboxylase. C3 + CO 2 C4 PEP carboxylase PEP carboxylase ne peut pas se lier à l'oxygène comme la RuDP carboxylase.

31 4. Le composé à 4C (acide oxaloacétique) migre dans les cellules de la gaine fasciculaire. 5. Le composé à 4C est converti en un composé à 3 C et en CO 2 qui entre dans le cycle de Calvin. C4C3 + CO 2 Calvin

32 La concentration en CO 2 dans les cellules de la gaine est toujours élevée. DONC Très peu de photorespiration. Le métabolisme C4 est une adaptation à l'aridité. Même si le taux de photosynthèse est élevé (chaleur, température élevée, lumière abondante) la photorespiration est minimisée.

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34 ~ 95% des 260,000 espèces connues de plantes = C 3 ~ 5% = C 4 C 3 : Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO2) C 4 : Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO2)

35 Plantes au métabolisme CAM CAM = Crassulacean Acid Metabolism = métabolisme découvert chez des plantes appartenant à la famille des Crassulaceae. Les plantes CAM ouvrent leurs stomates la nuit. L'acidité de leurs feuilles augmente la nuit (pH peut baisser jusqu'à 4) et diminue le jour. -Ce type de métabolisme est présent dans de nombreuses autres familles de plantes (~ 20 familles). Ex. Cactus, Ananas, Orchidées -Plus répandu que le métabolisme C 4

36 La nuit : Ouverture des stomates. Absorption de CO 2. CO 2 réagit avec un composé à 3 C pour former un composé acide à 4C (acide malique). CO 2 + C3C4 (acide malique) L'acide malique s'accumule dans les cellules au cours de la nuit (ce qui fait baisser le pH). Le jour : Les stomates se ferment (ce qui limite les pertes d'eau). L'acide malique est converti en un composé à 3C et en CO 2.

37 Métabolisme CAM

38 PLANTE à Métabolisme C4

39 Chez les plantes C 4, la photosynthèse se déroule à deux endroits différents de la feuille. Chez les plantes CAM, la photosynthèse se déroule à deux moments différents. Les plantes au métabolisme C 4 et CAM sont particulièrement bien adaptées aux climats chauds et secs.

40 FINFINFINFIN


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