Fiche de révision : Photosynthèse et devenir des molécules végétales

📋 Plan du Cours

1. Autotrophie et lieux de la photosynthèse
2. Feuille et chloroplaste
3. Pigments et absorption lumineuse
4. Réactions et preuves expérimentales
5. Phases de la photosynthèse
6. Cycle de Calvin et bilan
7. Métabolites et distribution des glucides
8. Croissance, soutien et réserves
9. Interactions et défense végétales

📖 1. Autotrophie et lieux de la photosynthèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Autotrophie : Production de matière organique à partir de matière minérale par photosynthèse.

📝 Points essentiels

• La photosynthèse se déroule dans les parties aériennes des plantes, particulièrement dans les cellules chlorophylliennes du parenchyme des feuilles.

📖 2. Feuille et chloroplaste

🔑 Notions clés & Définitions

• Chloroplaste : Organite où se déroule la photosynthèse.

★ À maîtriser

• La cuticule et l’épiderme protègent la feuille, et l’imperméabilité de la cuticule limite les pertes d’eau.

Compléments

• Les parenchymes foliaires assurent des fonctions de soutien et d’échanges grâce à leurs lacunes.

• Le stroma du chloroplaste peut être comparé au cytoplasme de la cellule, tandis que les thylakoïdes participent à l’utilisation de l’énergie lumineuse.

📖 3. Pigments et absorption lumineuse

★ À maîtriser

• Les feuilles vertes contiennent notamment les pigments suivants :

  • chlorophylles a et b
  • carotènes
  • xanthophylles

• Les chlorophylles a et b absorbent principalement les radiations bleues et rouges, particulièrement efficaces pour la photosynthèse.

Compléments

• Les longueurs d’onde absorbées par les pigments étudiés se situent dans :

  • le rouge

  • entre 620 et 700 nm

  • dans le bleu-violet

  • entre **450

  • 500 nm**

• La chlorophylle a absorbe notamment vers 450 nm et 680 nm, tandis que la chlorophylle b absorbe vers 480 nm.

• Les autres pigments captent notamment des longueurs d’onde jaune-orangé et transfèrent cette énergie lumineuse aux chlorophylles.

💡 Astuce mémo

Le vert est réfléchi, le rouge et le bleu sont absorbés.

📖 4. Réactions et preuves expérimentales

★ À maîtriser

• Le lugol révèle l’amidon issu de la photosynthèse dans les parties vertes uniquement lorsqu’elles ont été éclairées.

• L’expérience de Ruben et Kamen montre que l’oxygène du dioxygène produit par photosynthèse provient de l’eau, comme l’indique le transfert de l’oxygène 18 marqué de l’eau vers le dioxygène.

• L’expérience de Calvin et Benson, réalisée avec du carbone 14 et des chlorelles, montre que le carbone du CO₂ se retrouve dans les molécules organiques produites.

Compléments

• Les grains d’amidon sont observables dans les chloroplastes après coloration au lugol uniquement en présence de lumière.

• En 1937, l’expérience de Hill avec le ferricyanure de potassium montre qu’une oxydation intervient dans la photosynthèse.

📌 Un oxydant capte un ou plusieurs électrons et se réduit, tandis qu’un réducteur donne des électrons et s’oxyde lorsqu’il les perd.

📖 5. Phases de la photosynthèse

★ À maîtriser

📌 La photosynthèse comporte une phase photochimique qui convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique et une phase chimique qui fabrique des molécules organiques.

• Dans les thylakoïdes, les photons excitent la chlorophylle, qui provoque la photolyse de l’eau et sa libération de dioxygène, de protons et d’électrons.

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

• La phase photochimique produit de l’ATP dans le stroma grâce à la sortie des protons du thylakoïde.

Compléments

• Les électrons issus de l’eau sont captés par des coenzymes qui passent de l’état oxydé R à l’état réduit RH₂, comme dans le couple NADP/NADPH,H⁺.

💡 Astuce mémo

Lumière → photolyse de l’eau → ATP et coenzymes réduits → fixation du CO₂.

📖 6. Cycle de Calvin et bilan

★ À maîtriser

• La phase chimique se déroule dans le stroma après la phase photochimique et ne nécessite pas directement de lumière.

• Le cycle de Calvin requiert :

  • l’ATP
  • les coenzymes réduits RH₂
  • le CO₂ capté par les stomates
  • l’enzyme Rubisco

• 🔄 Le cycle de Calvin-Benson se déroule ainsi :
  1. La Rubisco fixe le CO₂ sur le RuBP.
  2. Cette fixation forme l’APG.
  3. L’APG est converti en trioses phosphates.

• La photosynthèse couple la réduction du CO₂ en molécules organiques à l’oxydation de l’eau.

Compléments

• Les trioses phosphates contribuent à la production de :

  • glucose
  • saccharose
  • amidon
  • acides aminés

• Des enzymes catalysent la formation d’amidon dans les chloroplastes, où l’amidon constitue le principal sucre de réserve des plantes.

💡 Astuce mémo

CO₂ fixé sur RuBP → APG → trioses phosphates → glucides.

📖 7. Métabolites et distribution des glucides

★ À maîtriser

📌 Les métabolites primaires sont indispensables à la vie de la plante, tandis que les métabolites secondaires remplissent des fonctions non essentielles à sa vie.

• Les glucides non utilisés dans la feuille sortent du chloroplaste, puis de la cellule et de la feuille, avant d’être distribués dans la plante par la sève élaborée.

Compléments

• Les premiers glucides produits par photosynthèse, notamment le glucose et le saccharose, sont solubles et une partie est utilisée par les tissus chlorophylliens.

• La sève élaborée apporte des glucides aux cellules de tous les organes, y compris aux racines et aux fruits non chlorophylliens.

💡 Astuce mémo

Métabolites primaires : fonctions vitales ; secondaires : interactions avec le milieu.

📖 8. Croissance, soutien et réserves

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellulose : Polymère de glucose fabriqué par les jeunes cellules en croissance et constituant leur paroi.
• Lignine : Constituant rigide et imperméable qui imprègne certaines parois cellulaires et contribue au port de la plante.

★ À maîtriser

• Les réserves végétales comprennent :
  • l’amidon
  • de petits glucides
  • des protéines
  • des lipides

Compléments

• L’accumulation de cellulose épaissit et rigidifie la paroi jusqu’à bloquer la croissance de la cellule à sa taille définitive.

• La lignine est présente notamment dans les parois du xylème, du sclérenchyme et du bois.

• La coloration au carmin-vert d’iode colore la cellulose en rose et la lignine en vert.

💡 Astuce mémo

Cellulose construit la paroi ; lignine la rigidifie et soutient la plante.

📖 9. Interactions et défense végétales

★ À maîtriser

• Les tanins protègent contre :

  • les animaux phytophages
  • les bactéries
  • les champignons

• Les anthocyanes colorent les baies et les rendent attractives pour les animaux, qui dispersent leurs graines, favorisant ainsi la reproduction sexuée de la plante.

• Dans l’expérience sur l’amylase, le glucose apparaît après une dizaine de minutes dans le tube avec de l’eau, tandis qu’aucune digestion de l’amidon n’est observée avec le tanin.

• Le tanin se fixe sur trois acides aminés du site actif de l’amylase, empêchant la liaison et la réaction entre l’enzyme et l’amidon.

Compléments

• Les molécules végétales de défense peuvent être :

  • antimicrobiennes
  • toxiques
  • répulsives

• Une consommation importante de tanins peut perturber la digestion de l’amidon et entraîner des problèmes de santé pouvant être mortels chez certains animaux, comme le grand koudou.

💡 Astuce mémo

Tanins → digestion de l’amidon perturbée ; anthocyanes → fruits attractifs et graines dispersées.