Animation : http://www.johnkyrk.com/photosynthesis.fr.html

Séance 6 :

b) La deuxième phase de la photosynthèse: l'incorporation du CO2 au cours de réactions biochimiques.

Il apparaît nécessaire, au terme de nos investigations, de distinguer, dans le processus de photosynthèse, les mécanismes énergétiques qui résultent de la conversion de la lumière en énergie disponible

(production d'ATP) au cours desquels la cellule chlorophyllienne acquiert des propriétés réductrices et les mécanismes synthétiques au cours desquels la matière minérale (dioxyde de carbone) est réduite pour aboutir à la synthèse de molécules organiques.

LES EXPERIENCES DE GAFFRON ET COLL. (1951) (page 203)

Du dioxyde de carbone radioactif (¹⁴CO2) est fourni à une suspension d'algues unicellulaires (chlorelles) fortement éclairée. Dans un premier temps, on dose le ¹⁴CO2 fixé (graphe de gauche), dans un second temps, on dose le dioxygène dégagé (graphe de droite).

Doc1.

 Que constate-t-on tant que la suspension d'algues reste éclairée? quand elle passe à l'obscurité?

 Que devrait-il se passer si la lumière était directement indispensable à l'incorporation de CO2?

LES EXPERIENCES DE CALVIN ET BENSON (1962) (page 202)

Des chlorelles sont maintenues en suspension à la lumière, dans un récipient où l'on fait barboter du dioxyde de carbone.

Celles-ci sont refoulées dans une tubulure souple et transparente qu'elles parcourent en un temps donné grâce à une pompe dont le débit est connu.

En un point variable de la tubulure, on injecte du ¹⁴CO2: le temps pendant lequel les algues peuvent l'incorporer est variable selon l'endroit de l'injection.

Les cellules tombent enfin dans du méthanol bouillant qui bloque instantanément toutes les réactions chimiques.

 Quel est l’intérêt de ce protocole ?

 Quels types de résultats va-t-on enregistrer ?

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp45.html Doc 2.

Par radio-chromatographie* CALVIN et BENSON déterminent les molécules organiques qui ont incorporé le 14C en fonction du temps de mise en présence des algues avec le dioxyde de carbone radioactif.

Parmi les composés identifiés:

- APG: l'acide phospho-glycérique (corps à trois atomes de carbone).

- C3P: des corps phosphatés à trois atomes de carbone.

- C₅P₂: un corps phosphatés à cinq atomes de carbone, le ribulose bi- phosphate.

Doc 3.

Doc4.

 Analysez les résultats.

 Proposez une hypothèse pour expliquer ces résultats.

 Concluez.

On essaye de comprendre les relations existant entre les autres composés mis en évidence et leurs liens avec la phase photochimique de la photosynthèse.

UN COUPLAGE AVEC LA PHASE PHOTOCHIMIQUE:

Des chlorelles sont cultivées dans un milieu où barbote de l'air enrichi en 14CO2. La culture, éclairée dans un premier temps, est subitement mise à l'obscurité. On mesure la radioactivité de deux composés organiques: le ribulose bi-phosphate ou C5P2, l'APG.

 Analysez les résultats.

 Comment expliquer la stabilité des taux d’APG et de

C5P2lorsque la culture est éclairée.

 Que traduit la chute de ribulose bi-phosphate et la hausse d'APG lorsque la suspension est placée à l'obscurité? Cette hausse se maintient-elle?

 Proposez une hypothèse explicative. Comprenez-vous pourquoi on dit que la phase

"sombre" (ne nécessitant pas la lumière) est couplée à la phase

"claire" ou photochimique?

Exercice page 214.

BILAN

C'est la synthèse de molécules organiques à partir du CO2 et de protons et d'électrons fournis par les transporteurs au cours d'un cycle complexe de réactions couplées aux réactions de la phase "claire"; elle a lieu dans la matrice du chloroplaste (stroma) et ne nécessite pas la présence de lumière : le cycle de Calvin (4 page 203)

Phase biochimique : http://www.defl.ca/~debloisj_dev/cellules/contenu/cellule14.html

Formation d'acide phosphoglycérique à partir du ribulose-biphosphate (ou C5P2) qui fixe une molécule de CO2 pour donner 2 molécules d'acide phosphoglycérique à 3 atomes de C.

Formation de triose-phosphate (ou C3P) à partir de l'acide phosphoglycérique qui entre dans un cycle de réactions complexes (cycle de CALVIN) au cours desquelles il est réduit par l'oxydation du transporteur d'électrons (RH2);

l'hydrolyse de l'ATP fournit l'énergie

indispensable à cette synthèse qui n'exige pas la présence de lumière.

Synthèse de nombreuses molécules organiques à partir du triose-phosphate, comme:

- Des glucides à 5 atomes de C (par exemple ribulose-biphosphate régénéré au cours du cycle de CALVIN),

- Des glucides à 6 atomes de C comme le glucose, précurseurs de molécules essentielles comme le saccharose ou l'amidon,

- Des lipides,

- Des acides aminés, des protides, des acides nucléiques.

L'ensemble de ces réactions (endergoniques) ou anabolisme consomme de l'énergie qui est fournie par l'ATP.

COUPLAGE DES 2 PHASES PHOTOSYNTHETIQUES.

Animation : http://www.johnkyrk.com/photosynthesis.fr.html