TP3 : La Phase photochimique de la Photosynthèse

Quel est le rôle de l’énergie lumineuse ? Rappels: Equation de la photosynthèse 1) l’équation de la photosynthèse, et sa localisation: Lumière, chlorophylle * * 6 CO2 + H2 O 6 C6H12O6 + O2 6 Localisation : dans les chloroplastes 2) Cette équation est une oxydoréduction. les deux couples oxydant/réducteur de cette équation: Couple 1 : CO2 / C6H12O6 Couple 2 : H2O / O2 oxydant réducteur réducteur oxydant réduction oxydant + e- réducteur oxydation 3)  Ces réactions d’oxydoréduction peuvent se produire dans les thylakoides ou le stroma des chloroplastes. Quel est le rôle de l’énergie lumineuse ? Quels composés sont réduits suite à l’oxydation de l’eau ?

TP3 : La Réaction de Hill : mise en évidence de la phase photochimique Les pigments photosynthétiques contenus dans les chloroplastes sont à l’origine du processus photosynthétique. La capture des photons par ces pigments aboutit à l’excitation des molécules de chlorophylle. Cette excitation, transmise de proche en proche par les pigments, provoque finalement une oxydation de la chlorophylle a « piège » et donc une libération d’un électron : Chlorophylle a excitée réduite (Chla*)  Chlorophylle a oxydée (Chla+) + e- On cherche à montrer si le CO2 est l’oxydant récupérant cet électron après excitation de la chlorophylle par la lumière, permettant ainsi l’oxydation de l’eau lors de la photosynthèse.

1) Rédiger sur la feuille réponse 4 points 2) Schématiser le montage et expliquer l’intérêt de chaque étape. 5 points 1) PREPARATION DE LA SUSPENSION DE CHLOROPLASTES DONT LES MEMBRANES SONT LESEES · Filtrer, dans un erlenmeyer à l’aide d’un entonnoir garni d'une feuille de sopalin, la solution de chloroplastes obtenue après avoir mixé les feuilles de buis dans une solution tampon ce qui a pour effet de détruire les membranes des cellules et diluer les chloroplastes dans solution tampon, neutre. Presser pour obtenir le maximum de filtrat contenant les chloroplastes. · Conserver la suspension de chloroplastes ainsi obtenue à l’obscurité (erlenmeyer enveloppé de papier aluminium et au froid ) jusqu’au moment de la mesure afin d’ inhiber les enzymes et donc protéger les chloroplastes. · Remettre en suspension avec de l’eau distillée afin de faire éclater les chloroplastes et libérer les thylakoides. => les membranes des chloroplastes sont lésées de telle sorte que le contenu du stroma est dilué dans la solution mais les thylakoïdes sont intacts. 2) MESURE DE L’EVOLUTION DE LA CONCENTRATION EN DIOXYGENE DE LA SUSPENSION · Verser 19 mL du filtrat dans l'enceinte du réacteur. Complétez éventuellement avec la solution tampon Phosphate saccharose pour éviter les bulles d’air entre le bouchon et la solution. Réalisez le montage ExAO avec sonde oxymétrique. · Faire l’obscurité dans l’enceinte et Remplir la petite seringue de réactif de Hill (2 mL) et la mettre en place dans le seul trou du bouché laissé ouvert. Ne pas l’injecter. · Démarrer les mesures. Pensez à insérer un repère sur le graphe à chaque modification des conditions : - 3 minutes à l'obscurité - 3 minutes à la lumière - injecter 2 mL du réactif de Hill (accepteur d'électrons), poursuivre l’enregistrement 4 minutes à la lumière - Retour à l'obscurité pendant 4 minutes

3) Reproduire le graphique sur la feuille réponse et le légender 3) Reproduire le graphique sur la feuille réponse et le légender. 2 points

4) Rédiger sur la feuille réponse 4 points 5) A l’aide de l’animation ci dessous construire le schéma bilan de la phase photochimique. 5 points http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0052-4 BILAN Diapo 9 à recopier.

H2O O2 Energie lumineuse (photons) e- H+ + e- T1 T2 T4 T3 Cytoplasme

e- e- e- Cytoplasme H+ + RH2 R Energie lumineuse (photons) H2O O2 T4

e- e- e- Cytoplasme H+ + RH2 R ADP + Pi ATP H2O O2 Energie lumineuse (photons) e- H+ + e- T1 T2 T4 T3 e- RH2 R ADP + Pi ATP Cytoplasme

2e- Schéma bilan de la phase claire de la photosynthèse Energie lumineuse photons Stroma (du chloroplaste) Energie chimique ADP + Pi ATP RH2 R ATP synthase 2e- Pigments photosynthétiques et protéines H2O ½ O2 + 2H+ Membrane du thylakoïde

LA PHASE PHOTOCHIMIQUE: NOTIONS A CONNAÎTRE LA PHASE PHOTOCHIMIQUE: 1) L’oxydation de l’eau : = se déroule dans le lumen des thylakoides. = permet à la chlorophylle de récupérer ses électrons et entraine une libération de H+ dans le lumen ( acidification ) 2) La chaine de transporteurs d’électrons et la formation de composés réduits : Dans la membrane des thylakoides, il existe une chaine de transport d’électrons (chaine d’oxydoréduction) jusqu'à un accepteur final d’électron. donc pour que les chloroplastes dégagent de l’O2 il faut un oxydant R qui récupère les électrons arrachés aux pigments excités par la lumière. Cette molécule appelée coenzyme R sera alors réduit en RH2. Dans l’expérience de Hill on utilise une solution de ferrocyanure de potassium qui joue le rôle d’accepteur d’électrons qui servira ensuite de donneur d’électrons pour la réduction du CO2. « In vivo » cet intermédiaire est le NADP+/NADPH , noté RH2 3) Le gradient de protons ( H+) et la formation d’ATP L’accumulation de H+ dans les thylakoides forme une inégale répartition des concentration en H+ entre le lumen et le stroma. (Ce gradient de protons correspond à une force protomotrice énergétique)   Les H+ rejoignent le stroma par les ATP synthases (complexe protéique) situées dans la membrane des thylakoides.   Cela permet la création de molécules d’ATP (Adenosine triphosphate) dont les liaisons chimiques sont riches en énergie.

=> RH2 : composés réduits BILAN : Lors de la phase photochimique ( phase claire) de la PS , l’énergie lumineuse est donc convertie en énergie chimique au niveau des thylakoides sous 2 formes : => RH2 : composés réduits => Molécules d’ATP dont l’hydrolyse peut libérer une grande quantité d’énergie/   RH2 ATP Transition : Le CO2 n’a pas été utilisé et le glucose n’est pas apparu Donc reste à voir la 2ieme phase : la phase chimique de la PS qui sera la réduction du CO2 ( C minéral ) transformé en Corganique dans C6 H12 O6

La molécule d’ATP Adénine Adénosine P P P Ribose 3 Groupements phosphates Liaisons énergétiques

Dégradation de l’ATP et formation d’énergie Adénine Adénine P P P Ribose P P Ribose + P ATP ADP + Pi Energie Liaisons énergétiques