Transcript Telecharger le Document?

COURS DE PHYSIOLOGIE
VEGETALE
NUTRITION
CARBONEE
Prof. H. ZAID
Mars 2014 (Part 05)
LA PHOTOSYNTHESE
Introduction:
autotrophes et hétérotrophes

Les autotrophes:
se nourrissent à partir de molécules
inorganiques. Au moyen de l’énergie
lumineuse, les photoautotrophes
synthétisent des molécules organiques à
partir du dioxyde de carbone et d’eau.

Les hétérotrophes:
doivent ingérer d’autres organismes ou les
résidus d’autres organismes pour se
procurer de l’énergie et obtenir les chaînes
carbonées de leurs molécules
constituantes.
Le chloroplaste: site de la
photosynthèse


Chez les plantes, la photosynthèse a lieu
dans les feuilles et parfois au niveau de la
tige.
Chez les algues, les cellules
chlorophylliennes sont localisées dans
l'ensemble du thalle.
Structure
d'une
feuille

Les chloroplastes sont particulièrement
abondants dans les cellules du mésophylle,
à l’intérieur de la feuille. Le dioxyde de
carbone entre par les stomates et atteint le
mésophylle; l’oxygène produit diffuse
ensuite du mésophylle puis quitte la feuille
par les stomates.
Le CO2 entre dans les feuilles et l’O2 en sort par des pores
microscopiques appelés stomates.
Les stomates permettent aux plantes
d’effectuer les échanges gazeux et la
transpiration avec le mileiu extérieur
Cellules
Stomatiques
Ostiole

Chez les eucaryotes autotrophes, la
photosynthèse a lieu à l’intérieur des
chloroplastes. Ces organites contiennent
des thylakoïdes, des sacs membranaires
qui forment ici et là des empilements
appelés grana.
Détail de quelques
grana
Vue générale d'un chloroplaste en
microscopie électronique à transmission

La conversion du dioxyde de carbone en
glucide se produit dans le stroma.

Tous les chloroplastes contiennent de la
chlorophylle. Ce pigment vert qui se trouve
dans la membrane des thylakoïdes
absorbe l’énergie lumineuse déclenchant la
photosynthèse.
Chlorophylle
Queue Phytol
Isolement des chloroplastes

Réaction de Hill (voir TP)
Equation globale de la
photosynthèse

L’équation suivante résume le processus
complexe de la photosynthèse:
6CO2 + 12H2O + Energie lumineuse
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
La photosynthèse est le processus par
lequel les organismes autotrophes
utilisent l’énergie lumineuse pour
synthétiser le sucre et l’oxygène à partir
du dioxyde de carbone et d’eau
Flux d'énergie


Les pigments des chloroplastes absorbent
principalement la lumière rouge et la
lumière bleue, les couleurs les plus
favorables à la photosynthèse (voir TP).
Les pigments réfléchissent ou transmettent
la majeure partie de la lumière verte, d’où
la couleur verte des feuilles.
Spectre électromagnétique
et lumière visible
Gamma
X-rays
rays
UV
Infrared &
Microwaves
Lumière visible
Longueur d’onde (nm)
Radio
waves
Pigment : substance qui absorbe des
longueurs d’onde précises de la lumière.
 Spectre d’absorption d’un pigment (voir
TP)
 Les pigments accessoires (chlorophylle b
et divers caroténoides) ont une structure
moléculaire qui leur permet d’absorber
différentes l et de transmettre leur
énergie à la chlorophylle a.

Spectre d’absorption des pigments
Origine de l’oxygène produit


Le carbone (C) des glucides provient
forcément du carbone du CO2, mais d'où
vient le dioxygène formé ?
Provient-il du CO2 ou de H2O ?
Expérience 1 :
Suspension d’algues (chlorelles) éclairées
+ Eau + CO2 contenant du 14C radioactif
Glucides radioactifs
C/C : C marqué au 14C est incorporé aux
glucides synthétisés
Expérience 2 :
Suspension d’algues (chlorelles) éclairées +
Eau + CO2 contenant l’isotope 18O
O2 formé non radioactif, mais
radioactivité dans les glucides synthétisés
C/C : CO2 fixé au cours de la photosynthèse
est incorporé aux glucides
Expérience 3 :
Suspension d’algues (chlorelles) éclairées +
CO2 + Eau contenant l’isotope 18O
O2 formé radioactif, mais pas les
molécules de glucides synthétisés
C/C : O2 dégagé provient de l’eau et non du
CO2 (photolyse de l’eau)
Expérience 4 :
Suspension d’algues (chlorelles) non
éclairées (obscurité) + CO2 + Eau contenant
l’isotope 18O
Pas de dégagement d’O2
C/C : La photolyse de l’eau n’a lieu qu’en
présence d’énergie lumineuse
Bilan de la photosynthèse (marquage de l'eau)
6 CO2
12 H218O
+
C6H12O6
+
6
18O
2
+ 6 H2O
Lumière
Bilan de la photosynthèse (marquage du
dioxyde de carbone)
6 C18O2
+
12 H2O
C6H1218O6
Lumière
+
6 O2
+ 6 H2O

Ces résultats montrent que l'on peut
décomposer la réaction photosynthétique
en deux groupes de réactions :

La photosynthèse est donc un processus
d’oxydoréduction au cours duquel l’eau est
oxydée et le dioxyde de carbone réduit.

Si l'on considère ces deux réactions
comme un couple RedOx, capable
d'interagir on peut écrire :
 Chaque
couple étant caractérisé
par son potentiel standard
d'oxydo-réduction (E'0), on
constate que le transfert des
électrons ne peut se faire
spontanément, que dans le sens
des potentiels croissants.
 Cette
réaction est rendue
possible grâce à l’énergie de la
lumière.
Dans le chloroplaste, les
transferts d'électrons font
intervenir une série complexe de
transporteurs et d'intermédiaires
redox.
Energie lumineuse
Lumière : rayonnement électromagnétique
se propageant sous forme d’onde.
 Emission sous forme de particules
appelées photons.
 Chaque photon possède une certaine
énergie inversement proportionnelle à la
longueur d’onde de la lumière.


Dans un premier temps, les réactions
photochimiques permettent de capter
l'énergie lumineuse dans le but de la
transformer en énergie chimique utilisable
pour le métabolisme du végétal.

Une molécule d'eau est scindée en deux par
l'effet de la lumière, ce qui libère deux électrons,
deux protons (2H+) et une demi-molécule de
dioxygène (½ O2).

Les protons sont captés par le NADP+
(nicotinamine adénine dinucléotide phosphate).
Les électrons vont être transportés par une
chaîne de transport d'électrons qui vont former
des molécules riches en énergie (ATP et
NADPH2). Ces molécules vont alimenter le
cycle de Calvin dans la prochaine étape.

Une molécule de pigment passe de l’état
fondamental à l’état excité lorsqu’un photon
propulse un de ses électrons à un niveau
énergétique supérieur.


Expulsion d'un électron grâce à
l'énergie d'un photon
Lorsqu'un photon est absorbé par une
molécule de chlorophylle, un de ses
électrons passe à une orbitale plus élevée.
L'électron ne peut pas rester longtemps
dans un état excité qui est instable.
Un électron
absorbe un photon
de lumière
L’électron passe à un
orbital plus élevé
(plus d’énergie)
@ suivre…