Description et stratégies d’évitement La Photorespiration Description et stratégies d’évitement Collège Lionel-Groulx

La photorespiration Rappels La RuDP carboxylase et la fixation de l’O2 Plan du cours La photorespiration Rappels La RuDP carboxylase et la fixation de l’O2 La photorespiration La photorespiration et les climats secs Stratégies d’évitement de la photorespiration La photosynthèse C4 La photosynthèse CAM Comparaison C4/CAM Collège Lionel-Groulx

L’équation générale de la photosynthèse Rappels L’équation générale de la photosynthèse + énergie lumineuse Collège Lionel-Groulx

Cycle de Calvin (Photosynthèse C3) 6 5 CO2 PGAL Rappels Cycle de Calvin (Photosynthèse C3) Collège Lionel-Groulx

Fixation du carbone CO2 Rappels P 2 Ribulose diphosphate (RuDP) 3-Phosphoglycérate (3PG) Collège Lionel-Groulx

La RuDP carboxylase (ou RubisCO) Rappels La RuDP carboxylase (ou RubisCO) Ribulose bisphosphaste Carboxylase / Oxygénase Famille de macromolécules? Fixe le CO2 sur le RuDP Protéine la plus abondante sur Terre! Collège Lionel-Groulx

La RubisCO Ribulose Bisphosphaste Carboxylase / Oxygénase La RubisCO et la fixation de l’O2 La RubisCO Ribulose Bisphosphaste Carboxylase / Oxygénase Permet de fixer le Carbone CO2 Permet de fixer l’Oxygène O2 Collège Lionel-Groulx

La RubisCO Capable de fixer le dioxygène (O2) La RubisCO et la fixation de l’O2 La RubisCO Capable de fixer le dioxygène (O2) Si la concentration en O2 est trop forte, alors c’est l’activité oxygénase qui sera favorisée → aux dépens de l’activité carboxylase Collège Lionel-Groulx

La fixation de l’O2 O2 La photorespiration P P P 2-Phosphoglycolate Ribulose diphosphate (RuDP) 3-Phosphoglycérate (3PG) Collège Lionel-Groulx

La photorespiration 2O2 CO2 La photorespiration P P P 2 NAD+ 2 2+1 (RuDP) (3PG) NADH+H+ NADH+H+ ATP NAD+ ADP + Pi Chloroplaste Peroxysome Mitochondrie Collège Lionel-Groulx

Le bilan de la photorespiration 2 O2 + 10 C + énergie 9 C + CO2 (2 X RuDP) (ATP + 2 NADH + 2 H+) (3 X 3PG) Perte de matière organique et d’énergie Diminue l’efficacité de la photosynthèse → réduction de 50% des rendements agricoles due aux pertes de matière organique Collège Lionel-Groulx

Pourquoi alors? Hypothèse: Vestige de l’évolution? La photorespiration Pourquoi alors? Hypothèse: Vestige de l’évolution? Au moment de l’apparition de la RubisCO  peu de O2 Donc pas besoin de distinguer le CO2 du O2 Mais maintenant est inévitable car plus de O2 Collège Lionel-Groulx

La photorespiration et les climats secs Impact d’un climat sec Photorespiration augmente si trop de O2 par rapport au CO2 dans la feuille Quelle est la structure de la feuille responsable des échanges gazeux? Quel est l’impact du climat sec sur cette structure? Quel est l’impact du climat sec sur la composition en gaz dans la feuille lors de la photosynthèse? Quel est l’impact du climat sec sur la photorespiration? Collège Lionel-Groulx

Impact du climat (Réponses) La photorespiration et les climats secs Impact du climat (Réponses) Climat Normal Climat Sec CO2 O2 ▲O2 ▼CO2 O2 CO2 Ouverts Fermés Éviter la perte d’eau Plus de CO2 que d’O2 Peu de photorespiration de O2 de photorespiration Collège Lionel-Groulx

Plantes de climats secs La photorespiration et les climats secs Plantes de climats secs Ferment les stomates pour éviter les pertes d’eau Donc augmentation de O2 vs CO2 lors de la photosynthèse Risque d’augmentation de la photorespiration Collège Lionel-Groulx

Pour éviter la photorespiration: Stratégies d’évitement de la photorespiration Pour éviter la photorespiration: Il faut qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Collège Lionel-Groulx

Pour éviter la photorespiration: La photosynthèse C4 Pour éviter la photorespiration: Il faut qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Photosynthèse de type C4 Exemples: Canne à Sucre Maïs Graminées en général Collège Lionel-Groulx

Photosynthèse C4 Premier composé : 4 Carbones CO2 La photosynthèse C4 Cellule du mésophylle CO2 PEP Carboxylase O2 Oxaloacétate (4C) PEP Malate ATP Pyruvate Cellule de la gaine fasciculaire CO2 Premier composé : 4 Carbones Glucide Tissu conducteur Figure 10.20 Collège Lionel-Groulx

Avantages de la photosynthèse C4 PEP Carboxylase CO2 O2 Oxaloacétate (4C) Malate PEP ATP Pyruvate Glucide Cellule de la gaine fasciculaire Tissu conducteur Cellule du mésophylle PEP carboxylase ne peut pas fixer l’O2 Fixe le CO2 puis le livre dans les cellules contenant la RubisCO Collège Lionel-Groulx

Avantages de la photosynthèse C4 Cellule du mésophylle agit comme un filtre Même si augmentation de l’O2 dans la feuille, il y a plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Peu de photorespiration PEP Carboxylase CO2 O2 Oxaloacétate (4C) Malate PEP ATP Pyruvate Glucide Cellule de la gaine fasciculaire Tissu conducteur Cellule du mésophylle Collège Lionel-Groulx

Pour éviter la photorespiration: La photosynthèse CAM Pour éviter la photorespiration: Il faut qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Photosynthèse de type CAM Exemples: Ananas Cactus Collège Lionel-Groulx

Photosynthèse CAM NUIT JOUR CO2 PEP Malate CO2 Malate PEP Malate La photosynthèse CAM Photosynthèse CAM NUIT JOUR CO2 Épiderme Épiderme O2 PEP Malate PEP carboxylase CO2 Malate PEP Malate Malate Cycle de Calvin Vacuole Collège Lionel-Groulx

Avantages de la photosynthèse CAM Même si les stomates sont fermés, on libère le CO2 stocké la nuit Donc même si quantité O2 augmente, plus de CO2 autour de la RubisCO Peu de photorespiration JOUR Épiderme O2 PEP CO2 Malate Malate Cycle de Calvin Collège Lionel-Groulx

Comparaison C4/CAM Comparaison C4 CAM Collège Lionel-Groulx

Comparaison C4 CAM Climats secs et arides Peu de photorespiration Séparation spatiale (Mésophylle vs Gaine) Séparation temporelle (Jour vs Nuit) Collège Lionel-Groulx

Résumez en une phrase chacun des concepts suivants: Synthèse Résumez en une phrase chacun des concepts suivants: Photorespiration Photosynthèse C4 Photosynthèse CAM Réflexion: à quel type de plantes (C3 ou C4) les changements climatiques profiteront le plus? Réflexion et lien avec le module précédent: combien d’ATP sont perdus par cycle de photorespiration? Collège Lionel-Groulx

La RubisCO peut fixer le CO2 ou l’O2 Si fixation du CO2 Synthèse La RubisCO peut fixer le CO2 ou l’O2 Si fixation du CO2 Cycle de Calvin Photosynthèse normale Si fixation du O2 Photorespiration Diminution de la photosynthèse Perte de matière organique Climat sec augmente la photorespiration car plus de O2 que de CO2 dans la feuille Collège Lionel-Groulx

Synthèse Pour éviter la photorespiration, il existe deux mécanismes d’adaptations des plantes de climats secs: Photosynthèse C4 Séparation spatiale qui permet qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Photosynthèse CAM Séparation temporelle qui permet qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 dans la feuille en journée Collège Lionel-Groulx