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Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR) Biologie Végétale Avancée Grandes fonctions de la Plante : La.

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1 Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR) Biologie Végétale Avancée Grandes fonctions de la Plante : 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 2. Les chloroplastes Responsables de la photosynthèse dans les parties vertes des plantes.

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5 La membrane des thylakoïdes contient des pigments : Chlorophylle a et b (vert) 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 Chaque année, toute la chlorophylle des plantes (~ 300 millions de tonnes) est synthétisée et dégradée environ trois fois. Si la chlorophylle se dégrade plus vite qu'elle n'est synthétisée, on voit alors apparaître les autres pigments.

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7 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

8 O 2 Provient de l'eau 6 CO H 2 O 18 Glucose O 2 18 Un arbre moyen absorbe chaque année environ 12 Kg de CO 2, une quantité équivalente à celle émise par une voiture roulant sur une distance de 7,000 Km. Il rejette également suffisamment doxygène pour assurer la respiration dune famille de quatre personnes pendant un an.

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

10 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)

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

12 Pourquoi les plantes sont-elles vertes?

13 La chromatographie (chroma = couleur) fut inventée en Russie par Mikhail Tswett en En utilisant une colonne remplie de carbonate de calcium et de l'éther de pétrole, il réussit à séparer 6 pigments différents à partir d'un extrait de feuille.

14 carotène Chlorophylle a Chlorophylle b Xanthophylles (violaxanthine et néoxanthine) Résultats de la chromatographie de la solution de pigments (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

15 Chromatographie sur papier

16 7. Adaptation des plantes à l'aridité Plantes au métabolisme C 4 Plantes au métabolisme CAM

17 Coupes de feuilles C 3 et C 4 Plantes au métabolisme C 4 Ex.Canne à sucre et maïs Gaine fasciculaire = gaine de cellules entourant les nervures de la feuille Notez la disposition des cellules de parenchyme (mésophylle) dans la feuille en C3 et celle en C4 Notez aussi que les cellules de la gaine fasciculaire des plantes en C4 ont des chloroplastes

18 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.

19 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.

20 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

21 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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23 ~ 95% des 260,000 espèces connues de plantes = C 3 ~ 5% = C 4 Pourquoi les plantes au métabolisme C 4 ne sont-elles pas plus répandues? C 3 : Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO 2 ) C 4 : Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO 2 ) Pourquoi les plantes au métabolisme C 4 sont-elles surtout des plantes qui poussent sous des climats chauds et arides?

24 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

25 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 + C 3 C 4 (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.

26 Métabolisme CAM

27 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. Pourquoi?

28 Distribution de plantes C3, C4 et CAM dans l'environnement semi- aride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude. Comment expliquez- vous ces courbes?

29 C3 Représentation schématique des métabolismes C3 et C4 CO 2 et O 2 Cytoplasme ATP Métabolisme C3 Métabolisme C4 (Cx) : nombre de carbones O 2 CO 2 1 PGA (C3) 1 Phosphoglycolate (C2) CO 2 2 PGA (C3) Saccharose Carboxylase (Photosynthèse) Oxygénase (Photorespiration) RibuloseBP (C5) Cycle de Calvin Saccharose Mésophylle Gaine périvasculaire 2 PGA (C3) RibuloseBP (C5) RuBisCO PEP : Phosphoenolpyruvate PGA : Phosphoglycerate CO 2 O 2 PEP carboxylase Cycle de Calvin PEP (C3) C4C3 CO 2 Oxaloacétate (C4) 12

30 Photographies (MET) de chloroplastes AB C

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32 Solubilité de loxygène et du gaz carbonique dans leau en équilibre avec lair à différentes températures TempératuresSolubilité (µM)Rapport O2O2 /CO 2 21% dO2O2 0,035% CO2O , , (°C) PEPc (C3) RuBisCO (C3) PEPc (C4-Mésophylle) RuBisCO (C4- Mésophylle) PEPc (C4-Gaine périvasculaire) RuBisCO (C4-Gaine périvasculaire) mg CO 2 assimilé/dm 2 /h Assimilation du CO 2 Affinité de la RuBisCO et de la PEPc pour le CO 2 et lO 2 Pour la RuBisCO (C3 et C4) - Km (CO 2 ) = 17,5 M - Km (O 2 ) = 196 M Pour la PEPc - Km (CO 2 ) équivalent à 4 M - pas daffinité pour lO 2


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