Le métabolisme

Métabolisme; anabolisme; catabolisme.

TP 1 RESSOURCE 1

TP 1 ACTIVITE 1 [Exp]

TP 1 RESSOURCE 2

Cellules maintenues

à l’obscurité (x 400)

TP 1 RESSOURCE 3TP 1 RESSOURCE 3

Cellules

préalablement

éclairées (x 400)

Bilan TP 1

Bilan TP 1

Chloroplaste

TP 2 RESSOURCE 2

TP 2 RESSOURCE 2

TP 2 RESSOURCE 2TP 2 RESSOURCE 2

TP 2 RESSOURCE 3

TP 2 RESSOURCE 3

TP 2 RESSOURCE 4

TP 2 RESSOURCE 5

TP 2 RESSOURCE 5

TP 2 RESSOURCE 5

Source Jussieu

D’après Jussieu

Si on éclaire de façon anisotrope la solution de chlorophylle, celle-ci prend une tente rouge foncée du coté de l’éclairement: c’est le phénomène de fluorescence.

TP 2 RESSOURCE 1

Lorsque un photon, correspondant à une longueur d'onde bleu (donc très énergétique) frappe un électron d'un atome de la chlorophylle, celui-ci est excité et change de niveau d'énergie. Il est donc instable. Il revient donc à son niveau d'énergie initiale en redonnant un photon. Comme un peu d'énergie a été perdu, le photon émis est moins énergétique et donc d'une longueur d'onde supérieure, c'est à dire dans le rouge. C'est ce qui explique la teinte prise par le chlorophylle.

Comment expliquer alors, le phénomène de

fluorescence ?Dans l’expérience

• La lumière présente une double nature, ondulatoire et corpusculaire. La

lumière est constitué de particules énergétiques appelées photons. Plus le

photon est énergétique, plus la longueur d'onde qui correspond est courte;

cela signifie qu'un photon "bleu" est plus énergétique qu'un photon

"rouge".

• Lorsqu'un photon frappe un électron, celui est excité et passe sur un niveau

d'énergie supérieur.d'énergie supérieur.

• Imaginons que ce soit un photon "bleu". Dans le cas d'une solution

alcoolique de chlorophylle, lorsque l'électron arrive sur un niveau d'énergie

plus élevé, il est instable. Très rapidement, il perd l'énergie qu'il avait

acquise, sous forme d'un photon, et retourne a son niveau énergétique

initial. Mais son passage d'un niveau énergétique à un autre a consommé un

peu d'énergie. Le photon que l'électron rend est donc moins énergétique

que celui qu'il a absorbé. Donc de longueur d'onde supérieure. La lumière

émise correspond à la couleur rouge, de là la fluorescence de la

chlorophylle.

Que se passe t-il dans une feuille ?

• Il n'y a pas de fluorescence dans une feuille.

Cela signifie que l'électron excité ne revient

pas à son niveau énergétique initial. On peut

donc imaginer qu'il a été capturé par une

autre molécule qu'on appellera un "accepteur autre molécule qu'on appellera un "accepteur

d'électrons".

• Peut –on mettre en évidence cet accepteur

d’électron?

Où sont localisés les pigments dans le chloroplaste?

TP3 RESSOURCE 1

Les pigments sont localisés dans les membranes des thylakoïdes (en vert)

TP3 RESSOURCE 1

Comment expliquer alors la relation entre rejet de dioxygène et rôle de la lumière ?

Forme Forme

oxydéeForme

réduite

Forme

réduite

Fe3+ (CN-)6K3

TP3 RESSOURCE 3

Le suspension éclairée en présence du réactif de Hill libère de l’O2. or un oxydant est très avide d’électron; on en déduit que les électrons excités de la chlorophylle sont récupérés par un oxydant, appelé R

Autre réactif utilisé: le DCPIP(dichloro-phéno-indo-phénol)

Deux questions se posent alors :— comment la chlorophylle récupèrent les électrons qui lui sont prélevés ?— comment expliquer le changement de couleur du DCPIP ?

Au moment où Hill élaborait son expérience, deux autres chercheurs étudiaient la photosynthèse d'une autre manière.

Hypothèse de travail:Hypothèse de travail:

En effet, Ruben et Kamen cherchent à prouver que le dioxygène rejeté par la plante à pour origine le dioxygène contenu dans le CO2.

Origine des molécules de la photosynthèse.

Ressource 3

La nécessité de la lumière?

La lumière n’est pas

directement nécessaire

à la production de MO

Ressource 2Ressource 2

2H2O = O2 + 4H+ + 4e-

2RH2 = 2R + 4H+ + 4e-

TP3 RESSOURCE 3

TP3 RESSOURCE 2

La seule source de dioxygène utilisable alors est donc l'eau. Or on peut écrire :

O2/ H20 + 0,82

RESSOURCE 4Molécule réduite

à disposition

dans la plante. Molécule

oxydée

produite.

Prévision du sens d'une réaction d'oxydo-réduction en

utilisant la règle du gamma

R / RH2 -0,32

2H2O + 2R → 2RH2 + O2

Les électrons perdus par la chlorophylle sont donc récupérés par la cassure de la molécule d'eau (photolyse de l'eau). En réalité ce sont bien des H+ et des électrons, soit des H2, que récupèrent la chlorophylle. Cela signifie que lors de l'expérience de Hill, ce sont des H2 qui sont transmis au DCPIP. On explique ainsi facilement le changement de couleur, du à la réduction de l'oxydant par les hydrogènes.

2(H2O)O2 4H+

chlorophylle4e-

4e-

oxydé DCPIP réduitle changement de couleur, du à la réduction de l'oxydant par les hydrogènes

4H+

Energie

RESSOURCE 4

Dans les chloroplastes R est donc réduit en RH2

lors de la photosynthèse. On dira que R est un

accepteur d'électron.

R oxydé + 2e- (issus de la chlorophylle) + 2H+ >

RH2 (réduit)

Une partie de l'énergie lumineuse passe donc

grâce à cette réduction, de la chlorophylle à la

molécule RH2 (par l'intermédiaire de l'électron

de la chlorophylle)

L'énergie contenue dans l'électron de la

chlorophylle sert également à constituer un

stock d'une molécule facilement utilisable par

la cellule : ATP (Adénosine tri-phosphate)

4 e - + O + 4H+

stroma

Chlo a

Chlo a + 4e -

2R+2RH2

4H +

LUMEN

ADP+PiATP

4H +

4H+

2H2O4 e - + O2 + 4H+

Membrane du thylakoïde

RESSOURCE 6

RESSOURCE 6

2H2O = O2 + 4H+ + 4e-

2RH2 = 2R + 4H+ + 4e-

RESSOURCE 2

RESSOURCE 3

2H2O + 2R → 2RH2 + O2

2H2O + 2R + nADP + nPi → 2RH2 + O2 + nATP

RESSOURCE 5 et 6

Bilan TP 3

TP 4 RESSOURCE 1

L’expérience de Gaffron en 1951 (document 1 page 16)

TP 4 RESSOURCE 1

L’expérience d’Arnon en 1958 (document 3 page 17)

TP 4 RESSOURCE 2

L’expérience de Calvin

et Benson en 1952

(document 2 page 16)

TP 4 RESSOURCE 3

Expériences de Calvin et Bassham en 1959

RH2 =

= C2P5

à 5 atomes de C

PGA =

à 3 atomes de C

Le cycle de réactions de la phase chimique :

= le cycle de Calvin BENSON (prix Nobel 1961)

RH2 =

= C3P

à 3 atomes de C

�Ce mécanisme est complexe et nécessite une nombre important d’enzymes pour réaliser des réactions de condensation, d’isomérisations, de clivages; l’ensemble constitue le cycle de Calvin-Benson.�Il permet la synthèse d’un hexose et la régénération du ribulose �L’ATP et RH2 sont indispensables au fonctionnement de ce cycle.

2H2O + 2R + nADP + nPi → 2RH2 + O2 + nATP

6CO2 + 6RH2 + nATP → C6H12O6 + 6R + nADP +n Pi

BILAN

6 CO2

+ 12 H2O → C

6H

12O

6+ 6O

2 + 6H

2O

ox1 red2 ↑ red1 ox2

EL

Bilan TP 4

H2O ATP + RH2Molécules

OrganiquesEnergie

Lumineuse

Couplage

photochimique

Couplage

Chimio-chimique

O2 ADP + P + R CO2

Phase

Photochimique

(dans la membrane des thylakoïdes)

Phase

Chimique

(dans le stroma)

BILAN CHAPITRE 1 LA PHOTOSYNTHESE