Fiche de révision : Phase claire et cycles photosynthétiques

📋 Plan du Cours

1. Découverte et organisation de la photosynthèse
2. Lumière et pigments photosynthétiques
3. Transport des électrons et phase claire
4. Cycle de Calvin et photorespiration
5. Adaptation photosynthétique des plantes C4
6. Métabolisme CAM et économie d’eau

📅 Repères chronologiques

1. 1648Van Helmont cultive un saule pendant cinq ans avec uniquement de l’eau ; le sol perd 100 g tandis que l’arbre gagne plusieurs dizaines de kilogrammes.
2. 1771 - 1781Priestley montre qu’à la lumière les plantes purifient l’air vicié et produisent de l’oxygène grâce à des expériences avec une bougie et une souris.
3. 1779Ingen-Housz démontre que la purification de l’air par les plantes ne se produit qu’à la lumière et que les plantes libèrent du CO₂ à l’obscurité, ce qui montre qu’elles respirent aussi.

📖 1. Découverte et organisation de la photosynthèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Photosynthèse : Processus chloroplastique en deux étapes : la phase claire transforme la lumière en énergie chimique sous forme d’ATP et de NADPH,H+, puis la phase sombre utilise le CO₂, l’ATP et le NADPH,H+ pour produire des sucres.

📝 Points essentiels

• La réaction de Hill montre que les chloroplastes produisent de l’oxygène à la lumière même en l’absence de CO₂.

💡 Astuce mémo

Van Helmont → Hales → Priestley → Ingen-Housz → Sénébier

📖 2. Lumière et pigments photosynthétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Photon : Particule de rayonnement électromagnétique qui permet un échange d’énergie entre la lumière et la matière.

★ À maîtriser

• Lors de la captation de la lumière, un pigment passe de l’état fondamental à l’état excité, puis l’énergie peut être dissipée par fluorescence, transférée par résonance ou stockée sous forme d’énergie chimique par transmission.

• Les principaux pigments photosynthétiques sont:
  • Chlorophylles a et b
  • Caroténoïdes
  • Xanthophylles
  • Phycobilines

Compléments

• Les chlorophylles possèdent une structure tétrapyrrolique contenant un ion Mg²⁺, tandis que les caroténoïdes possèdent une longue chaîne carbonée de 40 carbones.

💡 Astuce mémo

Fluorescence dissipe l’énergie, résonance la transfère, transmission la stocke

📖 3. Transport des électrons et phase claire

★ À maîtriser

• Les trois complexes principaux sont:
  • Photosystème II
  • Complexe cytochromique
  • Photosystème I

• 🔄 Le déroulement général de la phase claire est:
  1. Photolyse de l’eau
  2. Transfert des électrons par les photosystèmes et les cytochromes
  3. Réduction du NADP⁺ en NADPH,H+
  4. Synthèse d’ATP

Compléments

• Les centres réactionnels des photosystèmes absorbent principalement à 680 nm pour le photosystème II et à 700 nm pour le photosystème I.

💡 Astuce mémo

PSII → cytochromes → PSI → NADP+

📖 4. Cycle de Calvin et photorespiration

🔑 Notions clés & Définitions

• Photorespiration : Warburg, 1920 — Ou cycle oxydatif des pentoses phosphates, correspond à l’utilisation de l’O₂ par la Rubisco en compétition avec l’utilisation du CO₂.

★ À maîtriser

• La phase obscure ne nécessite pas directement de lumière, mais elle utilise l’ATP et le NADPH,H+ produits pendant la phase claire.

• 🔄 Les trois phases du cycle de Calvin sont:

  1. Fixation du CO₂ sur un composé en C5
  2. Réduction des deux composés en C3
  3. Régénération de l’accepteur initial en C5

Compléments

• La concentration atmosphérique en CO₂ est de 0,03 %, et le point de compensation est dépassé lorsque la concentration en CO₂ est supérieure à 0,005 %.

💡 Astuce mémo

CO₂ fixé → réduction des C3 → régénération du RuBP

📖 5. Adaptation photosynthétique des plantes C4

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle C4 : Hatch et Slack, 1970 — Adaptation photosynthétique dans laquelle le CO₂ est d’abord fixé dans les cellules du mésophylle par la phosphoénolpyruvate carboxylase, puis transféré sous forme d’un composé en C4 vers les cellules de la gaine périvasculaire où il est libéré pour le cycle de Calvin.

★ À maîtriser

• 🔄 Les étapes du cycle C4 sont:
  1. Fixation du CO₂ dans le mésophylle
  2. Transport du composé en C4 vers la gaine périvasculaire
  3. Décarboxylation du composé en C4
  4. Retour du composé en C3 vers le mésophylle

Compléments

• La phosphoénolpyruvate carboxylase possède une affinité pour HCO₃⁻ et fixe le CO₂ six à douze fois plus efficacement que les plantes C3, sans affinité pour l’O₂.

• Le rendement photosynthétique indiqué est de 54 % chez les plantes C3 et de 81 % chez les plantes C4 lorsque la photorespiration est prise en compte.

💡 Astuce mémo

PEPC dans le mésophylle, Rubisco dans la gaine périvasculaire

📖 6. Métabolisme CAM et économie d’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme CAM : Adaptation des plantes des climats chauds et secs qui sépare temporellement la fixation du CO₂, réalisée la nuit, et son utilisation dans le cycle de Calvin, réalisée le jour.

★ À maîtriser

• La nuit, les plantes CAM ouvrent leurs stomates, fixent le CO₂ par la PEPC, transforment l’oxaloacétate en malate et stockent le malate dans la vacuole ; le jour, elles ferment leurs stomates, décarboxylent le malate et utilisent le CO₂ dans le cycle de Calvin.

• Les pertes d’eau pour un gramme de CO₂ incorporé sont de 400 à 500 g chez les plantes C3, de 250 à 300 g chez les plantes C4 et de 50 à 100 g chez les plantes CAM.

Compléments

• Chez les plantes CAM, il n’existe pas de compartimentation cellulaire comme chez les plantes C4 ; la régulation empêche la PEPC d’utiliser le CO₂ pendant le jour, notamment par l’action du malate.

💡 Astuce mémo

CO₂ capté la nuit, utilisé le jour

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des stratégies photosynthétiques