La photosynthèse

1. La photosynthèse

2. Autotrophes : Hétérotrophes : Respiration ou fermentation. Transforment la matière organique végétale en matière organique animale. 1. Photosynthèse et respiration Photosynthèse et respiration. Fabriquent leur propre matière organique.

3. 1. Photosynthèse et respiration Un processus physiologique par lequel les végétaux qui contiennent certains pigments (chlorophylle) sont capables de capter l’énergie lumineuse et de le transformer en énergie chimique (ATP et pouvoir réducteur NADPH+H+) afin de réaliser la nutrition carbonée à partir du CO2 atmosphérique. Ce processus est accompagné d’un dégagement d’oxygène. Ce phénomène se déroule dans les chloroplastes chez les végétaux évolués et chez les algues bleues

4. Chimioautotrophes Cas particulier de certaines espèces de bactéries. Réactions d'oxydation( H2S, NH3 , Fe2+) E Matièreinorganique (CO2, H2O) Matièreorganique Donc, pas de lumière nécessaire.

5. 2. Les chloroplastes Responsables de la photosynthèse dans les parties vertes des plantes.

7. Caroténoïde le plus abondant = -carotène -carotène 2 vitamines A 1 mm2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes. La membrane des thylakoïdes contient des pigments : • Chlorophylle a et b (vert) ‘bleue-vert; vert-jaune’ • Caroténoïdes et xantophylles (jaune à rouge)

8. CO2 + H2O CH2O + O2 Plus précisément : 6 CO2 + 6 H2O 1 C6H12O6 + 6 O2 Plus précisément encore 6 CO2 + 12 H2O 1 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O Équation générale de la photosynthèse

9. 6 CO216 + 6 H2O18 6 CO218 + 6 H2O 16 Glucose16 + 6 O218 Glucose18 + 6 O216 O2 Provient de l'eau

10. E lumière E chimique (ATP) H2O H+ + O + électrons Déroulement de la photosynthèse 2 phases : • Réaction photochimique : dans la membrane des thylakoïdes • Cycle de Calvin : dans le stroma

11. Dans la réaction photochimique, l'énergie de l'électron sert à transformer l'ADP et P en ATP. 3. La réaction photochimique

12. L'électron passe de transporteur en transporteur. À chaque transfert, l'électron perd de l'énergie. La chlorophylle absorbela lumière. Deux électrons sont portés à un niveau d'énergie supérieur. Chaque électron est capté par des transporteurs situés dans la membrane du thylakoïde. PSI - Chl. b (P700nm)

13. PSII - Chl. a (P680nm) Photo dissolution NADP = Nicotinamide adénine di nucléotide phosphate Transporte les H+ et les électrons provenant de la dissociation de l'eau.

14. PSI - Chl. b (P700nm) PSII - Chl. a (P680nm)

15. PSI - Chl. b (P700nm) PSII - Chl. a (P680nm)

16. Absorption de la lumière Lumière visible : 380 à 750 nm

17. Expérience de Thomas Engelmann (années 1880) Bactéries attirées par l’oxygène Le rendement de la photosynthèse n’est pas le même à toutes les longueurs d’onde (couleurs) algue filamenteuse spirogyre

18. Les différents pigments n'absorbent pas la lumière de la même façon. L'énergie absorbée par les pigments accessoires (chlorophylle b, caroténoïdes et xantophylles) est transmise à la chlorophylle a.

19. Pourquoi les plantes sont-elles vertes?

20. Chacun des 3 CO2 se lie à une molécule à 5 C (RuDP) pour former une molécule à 6 C qui se scinde en deux molécules à 3 C. Il se forme donc 6 molécules à 3 C. La réaction est catalysée par la RuDP carboxylase (RubisCO). 4. Cycle de Calvin = fixation du carbone RuDP carboxylase : on dit aussi "RubisCO"

21. Phase I APG (acide phosphoglycérique) Phase III APG (acide 1,3diphosphoglycérique) Phase II PGAL = phosphoglycéraldéhyde Les 6 molécules à 3 C se transforment en PGAL. Un sort du cycle et les 5 autres continuent dans le cycle . Ils serviront à former 3 molécules de RuDP à 5 C PGAL Glucose et autres matières organiques

22. Rubisco est la protéine la plus abondante de la planète

23. Le cycle de Calvin est essentiel à la phase photochimique La réaction photochimique est essentielle au cycle de Calvin. De plus, la RuDP carboxylase ne fonctionne qu'en présence de lumière.

24. 2. [ CO2 ] •  [ CO2 ] ==>  photosynthèse • Pas tellement d'effets en milieu naturel (le taux de CO2 est à peu près constant dans l’air). • En milieu artificiel, le taux de photosynthèse peut augmenter jusqu'à 5 X si on augmente le taux de CO2. • Le pallier de l’optimum vers 0.1% au-delà de 2 à 5% (CO2 toxique). Faible éclairement et basse T°C la teneur en CO2 atmosphérique (0.034%) devient fortement limitante. • 0.005% de CO2 assimilation nette égale à 0 5. Facteurs externes ayant une influence sur la photosynthèse 1. Eau  [O2] ==>  photosynthèse (effet Warburg)

25. 4. Lumière: héliophiles (700-1000Lux), sciaphiles (100Lux) • Intensité • Alternance lumière / noirceur • Longueur d'onde (important dans l'eau où la longueur d'onde de la lumière change avec la profondeur). • Beaucoup d'enzymes du cycle de Calvin ne sont actives qu'en présence de lumière. 3. Température  Température (30°C) ==>  photosynthèse jusqu'à une température limite (45°C) à partir de laquelle les enzymes commencent à être dénaturées.

26. 6. La photorespiration  [O2] ==>  photosynthèse (effet Warburg) 50% Fermeture des stomates ==>  [O2] et  [CO2] ==>  photosynthèse • La RuDP carboxylase peut se lier à l'oxygène comme au CO2. • Plus [O2]  plus RuDP carboxylase se lie à O2 plutôt qu'à CO2.==> RuDP carboxylase ajoute O2 au RuDP et non CO2

27. glycolate glyoxylate glycine

28. 6. Adaptation des plantes à l'aridité • Plantes au métabolisme C4 • Plantes au métabolisme CAM Plantes au métabolisme C4 Ex.Canne à sucre et maïs Coupes de feuilles C3 et C4

29. Coupe d'une feuille de maïs (plante au métabolisme C4) • Cellules du mésophylle n'ont pas les enzymes du cycle de Calvin (pas de RubisCO). • Ces enzymes sont dans les cellules de la gaine fasciculaire.

30. PEP carboxylase C3 + CO2 C4 1. Le CO2 pénètre dans la feuille par les stomates. 2. Le CO2 pénètre dans les cellules du mésophylle. 3. Le CO2 se combine à un composé à 3 C (acide phosphoénolpyruvique) pour former un composé à 4 C (acide oxaloacétique). La réaction est catalysée par la PEP carboxylase. PEP carboxylase ne peut pas se lier à l'oxygène comme la RuDP carboxylase.

31. C4 C3 + CO2 Calvin 4. Le composé à 4C (acide oxaloacétique) migre dans les cellules de la gaine fasciculaire. 5. Le composé à 4C est converti en un composé à 3 C et en CO2 qui entre dans le cycle de Calvin.

32. La concentration en CO2 dans les cellules de la gaine est toujours élevée. DONC Très peu de photorespiration. Le métabolisme C4 est une adaptation à l'aridité. Même si le taux de photosynthèse est élevé (chaleur, température élevée, lumière abondante) la photorespiration est minimisée.

34. ~ 95% des 260,000 espèces connues de plantes = C3 ~ 5% = C4 • C3 : Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO2) • C4 : Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO2)

35. Plantes au métabolisme CAM CAM = Crassulacean Acid Metabolism = métabolisme découvert chez des plantes appartenant à la famille des Crassulaceae. -Ce type de métabolisme est présent dans de nombreuses autres familles de plantes (~ 20 familles). Ex. Cactus, Ananas, Orchidées -Plus répandu que le métabolisme C4 • Les plantes CAM ouvrent leurs stomates la nuit. • L'acidité de leurs feuilles augmente la nuit (pH peut baisser jusqu'à 4) et diminue le jour.

36. CO2 + C3 C4 (acide malique) La nuit : • Ouverture des stomates. • Absorption de CO2. • CO2 réagit avec un composé à 3 C pour former un composé acide à 4C (acide malique). • L'acide malique s'accumule dans les cellules au cours de la nuit (ce qui fait baisser le pH). Le jour : • Les stomates se ferment (ce qui limite les pertes d'eau). • L'acide malique est converti en un composé à 3C et en CO2.

37. Métabolisme CAM

38. Métabolisme CAM PLANTE à Métabolisme C4

39. Chez les plantes C4, la photosynthèse se déroule à deux endroits différents de la feuille. • Chez les plantes CAM, la photosynthèse se déroule à deux moments différents. Les plantes au métabolisme C4 et CAM sont particulièrement bien adaptées aux climats chauds et secs.

40. FIN