La photosynthèse, conversion d'énergie dans la cellule chlorophyllienne.

1. Des synthèses organiques.

Recherche d'amidon dans la feuille : validation de la synthèse de molécules organiques.


Résultats expérimentaux

les facteurs de cette synthèse :

Des synthèses de molécules carbonées qui sont une forme d'énergie chimique à se réalisent partir de l'énergie inorganique de la lumière et du carbone minéral.

2. Des organites spécialisés, les chloroplastes.

Le siège des synthèses : les chloroplastes, organites chlorophylliens


montage dans l'eau

montage dans l'eau iodée

Des organites compartimentés :


Ultrastructure du chloroplaste

Et... Animés : mouvements de cyclose optimisant la capture des photons lumineux.

@ Cyclose.
Un organite spécifique des végétaux chlorophylliens où se déroule la photosynthèse.

3. Des stuctures d'approvisionnement en CO2.

Les stomates : groupes de cellules épidermiques dont 2 sont chlorophylliennes.

Stomates de Bégonia
Stomates d'Erigeron (Vergerette, face inférieure, vue de dessus et en coupe)

Une ouverture régulée : ouverture des ostioles en fonction de l'état hydrique des cellules stomatiques.


@ Mécanisme d'ouverture des stomates
.
Les stomates, des structures épidermiques d'échanges d'eau et d'air permettant notamment l'approvisionnement en CO2, source de carbone minéral.
La cellule chlorophyllienne : des organites spécialisés dans lesquels se réalise la conversion de l'énergie inorganique de la lumière en énergie chimique, sous forme des molécules carbonées synthétisées à partir du CO2, forme de carbone minéral.

II. La capture de l'énergie lumineuse.

1. Les pigments foliaires

@ Extraction des pigments
@ Chromatographie des pigments

Un mélange de pigments :

Chez les végétaux aquatiques : d'autres pigments dits accessoires.

2. Pigments et lumière

2.1 Spectre d'émission de la lumière et spectres d'absorption des pigments.

Spectre d'absorption global de la chlorophylle brute


Spectre d'absorption de la chlorophylle brute.

Absorption de certaines bandes de longueurs d'ondes : dans le bleu et le rouge.

Spectres d'absorption de pigments isolés

@ Spectre d'absorption des pigments bruts.
@ Spectre d'absorption de pigments isolés.

Les autres pigments photorécepteurs : absorbent d'autres longueurs d'ondes et optimisent ainsi la capture d'énergie lumineuse, par exemple en milieu aquatique.


Spectres d'absorption de différents pigments.
Les pigments foliaires sont les molécules qui capturent certaines longueurs d'ondes de la lumières, notamment les photons rouges et bleus grâce aux chlorophylles.
Les autres pigments, dits accessoires, élargissent le spectre des radiations absorbées.

2.2 Spectre d'action photosynthétique.

Le spectre d'action photosynthétique : mesure de l'intensité photosynthétique IP en fonction de différents facteurs.

Spectre d'action et spectre d'absorption.

Concordance des 2 spectres : valide l'efficacité des radiations absorbées dans la photosynthèse.

IP en fonction de différents facteurs.

IP en fonction de l'intensité lumineuse :

mesure de CO2. L'augmentation de CO2 à la lumière valide la respiration. La baisse à la lumière valide la consommation de CO2 pour la photosynthèse.

IP en fonction de la teneur en CO2 :

Noter la valeur optimale à partir de laquelle IP est maximale.
L'ajout de CO2 en cours de mesure doit introduire une rupture de pente, si concentration en-decà de la concentration limitante.

IP en fonction des longueurs d'onde :

Noter les pentes différentes de production d'O2 suivant la λ utilisée

2.3 Organisation des pigments dans la membrane thylakoïdienne

@ Photosystèmes et centre réactionnel.

photosystèmes de la membrane granaire : des molécules de pigments organisées dans son épaisseur.

Synthèse :
Des molécules photoréceptrices qui sont excitées par les photons de certaines λ.
Une organisation dans les membranes granaires qui optimise cette capture.
L'énergie des photons lumineux initie un transfert d'électrons qui débute la conversion de l'énergie lumineuse.

III. Les deux phases de la photosynthèse.

1. Une phase photochimique

@ Expérience de Ruben et Kamen.

La photolyse de l'eau : l'eau est à l'origine du dioxygène, O2 est un déchet de cette phase de la photosynthèse.

Une photo-oxydation : elle produits des protons et des électrons.

@ Expérience de Hill (1937).

Nécessité d'un accepteur d'électrons : il est réduit et initie une chaîne d'oxydo-réduction dans la membrane thylakoïdienne.

Un accepteur final T : il est réduit en TH2.

@ Animation
En synthèse :
La phase photochimique correspond à un transfert d'électrons le long d'une chaîne d'oxydo-réduction.
Ce transfert est initié par les électrons issus de la photolyse de l'eau.
L'énergie générée par ces réactions permet la synthèse d'ATP et transporteurs réduits TH2.
L'énergie lumineuse est ainsi convertie en énergie chimique utilisable par la cellule.

Bilan de la phase photochimique
@ Animation, une autre !
@ Animation, et encore une autre !

2. Une phase chimique

@ Expériences d'Emerson et Arnold (1932).

Une phase non lumineuse : la synthèse de molécules organiques ne nécessite pas directement la lumière, mais ses produits TH2 et ATP.

@ Expériences de Benson et Calvin.

Premières molécules synthéthisées dans le stroma : des C3.

L'énergie de ces synthèses : l'ATP et TH2 issus de la phase photochimique (expérience d'Arnon).

En synthèse :
La réduction du carbone minéral en carbone organique constitue la phase biochimique de la photosynthèse.
Elle consomme l'énergie produite au cours de la phase photochimique.
Elle produit en premier lieu de petits composés glucidiques en C3 .
Les synthèses ultérieures dans le stroma conduisent à d'autres glucides (glucose, saccharose, amidon) ainsi qu'à d'autres molécules organiques (acides aminés, acides gras).
@ Animation

Bilan de la phase biochimique
La photosynthèse se réalise donc par couplage de deux groupes de réactions :
Les unes photochimiques assurant la conversion de la lumière en ATP. Elles sont réalisées dans l'espace intra-thylakoïdien et dans les membranes.
Les autres, dépendantes de l'ATP assurent l'intégration du carbone minéral en carbone organique. Elles se réalisent dans le stroma.

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