Fiche de révision : Photosynthèse et devenir de la matière organique

📋 Plan du Cours

1. Autotrophie et structures photosynthétiques
2. Pigments et absorption lumineuse
3. Phase photochimique des thylakoïdes
4. Cycle de Calvin et fixation du carbone
5. Validation expérimentale de la photosynthèse
6. Devenir et fonctions des produits photosynthétiques

📖 1. Autotrophie et structures photosynthétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Organisme autotrophe : Produit l’ensemble de ses molécules organiques à partir de molécules minérales grâce à une source d’énergie, ici l’énergie lumineuse.
• Photosynthèse : Convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique et permet aux organismes chlorophylliens de synthétiser des molécules organiques à partir de matière minérale.

📝 Points essentiels

📐 Formule - L’équation-bilan simplifiée de la photosynthèse est $6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

• La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes, principalement dans les parenchymes palissadique et lacuneux des feuilles ainsi que dans les cellules de garde des stomates.

📖 2. Pigments et absorption lumineuse

📝 Points essentiels

• Les principaux pigments photosynthétiques sont:

  • les xanthophylles
  • les carotènes
  • les chlorophylles a et b

• Lorsqu’un photon atteint un pigment, un électron passe de l’état fondamental à l’état excité, puis la molécule revient à l’état fondamental par émission de lumière, transfert d’énergie ou perte d’un électron.

• Les pigments chlorophylliens absorbent principalement les longueurs d’onde bleues entre 400 nm et 550 nm et rouges entre 630 nm et 750 nm, tandis que le vert est réémis, ce qui rend les feuilles vertes.

📖 3. Phase photochimique des thylakoïdes

📝 Points essentiels

📌 La phase photochimique se déroule dans les thylakoïdes et utilise directement la lumière, tandis que la phase chimique se déroule dans le stroma et ne nécessite pas directement la lumière.

• Dans la phase photochimique, la lumière excite le photosystème II, les électrons circulent vers le photosystème I, la photolyse de l’eau restitue les électrons au photosystème II et le gradient de protons permet à l’ATP synthase de produire de l’ATP.

📐 Formule - La photolyse de l’eau s’écrit $2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$.

💡 Astuce mémo

Lumière → électrons → gradient de H+ → ATP

📖 4. Cycle de Calvin et fixation du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle de Calvin : Ensemble de réactions du stroma qui fixe le dioxyde de carbone en molécules organiques grâce à l’ATP et au RH2 produits par la phase photochimique.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le cycle de Calvin se déroule en quatre étapes:

  1. le CO2 est fixé par la RubisCO
  2. l’APG reçoit un groupement phosphate grâce à l’ATP
  3. le 1,3-BPG est réduit par le NADPH en G3P
  4. une partie des G3P régénère le RuBP et l’autre synthétise des glucides

• Avec 3 molécules de CO2, le cycle de Calvin forme 6 G3P, dont 1 sort du cycle et 5 servent à régénérer le RuBP.

💡 Astuce mémo

CO2 → APG → G3P → glucides

📖 5. Validation expérimentale de la photosynthèse

📝 Points essentiels

• L’expérience de Ruben et Kamen en 1941 a montré que le dioxygène libéré par les chlorelles provient de l’eau.

• L’expérience de Gaffron en 1951 a montré que la fixation du carbone persiste quelques secondes dans l’obscurité, ce qui prouve que la phase chimique n’est pas directement photodépendante mais dépend de la phase photochimique.

• L’expérience d’Arnon en 1958 a montré que la phase chimique se déroule dans le stroma et dépend de l’ATP et du RH2 fournis par les thylakoïdes éclairés.

📖 6. Devenir et fonctions des produits photosynthétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellulose : Polymère de glucose constituant principal de la paroi végétale, à laquelle elle confère solidité et élasticité.
• Tanins : Polyphénols hydrosolubles stockés dans les vacuoles végétales qui précipitent les enzymes digestives des herbivores et les protègent ainsi contre la phytophagie.
• Anthocyanes : Pigments stockés dans les vacuoles des cellules florales qui donnent aux pétales leurs couleurs et favorisent la reconnaissance des fleurs par les insectes pollinisateurs.

📝 Points essentiels

• Les produits de la photosynthèse sont stockés sous forme de glucides, lipides ou protéines dans des organes spécialisés, les graines et les fruits.

• À la lumière, les trioses phosphates produisent de l’amidon dans le chloroplaste et du saccharose exporté dans le phloème, tandis que la nuit l’amidon est hydrolysé pour permettre la synthèse continue de saccharose.

• Les exemples de métabolites primaires cités sont:

  • le glucose
  • les protéines
  • les acides nucléiques

💡 Astuce mémo

Produits photosynthétiques → réserves, croissance et interactions

📊 Tableaux de synthèse

Phases de la photosynthèse