Evaluons la photosynthèse par le dégagement d’O2 qui l’accompagne :
4°expérience : A l'aide du matériel Exao; iI est possible de déterminer l'évolution de la concentration en dioxygène d'un milieu fermé et de traduire graphiquement les résultats.
On mesure les variations de la concentration en dioxyde de carbone (et/ou CO2) de différents milieux de culture d'élodée . La culture est placée alternativement à l'obscurité et à la lumière.
(Voir livre page 180).
Expérience 1 :
Principe : La cuve du bioréacteur est remplie de chlorelles, algues vertes unicellulaires, ou de fragments de feuilles d'élodée On effectue une séquence obscurité / lumière / obscurité, en mesurant la
concentration en oxygène du milieu.
On réalise dans un premier temps une séquence
obscurité/lumière/obscurité dans un milieu sans CO2, par exemple dans de l'eau distillée bouillie.
On réalise dans un deuxième temps une séquence
obscurité/lumière/obscurité dans un milieu en présence
d'hygrogénocarbonate de sodium . (l'hydrogénocarbonate de sodium est soluble dans l'eau, absorbé par la plante et converti en CO2 grâce à une anhydrase carbonique)
NB : Sans CO2, on observe une diminution régulière de la [O2], les cellules respirent mais en absence de CO2, ne peuvent réaliser la photosynthèse.
Expérience 2 :
On reproduit ces expériences avec une suspension de chloroplastes.
Ultrastructure : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Chloroplaste/met.htm
Les conditions expérimentales et les résultats, complétés par des observations microscopiques avec utilisation d'eau iodée, sont résumés dans le tableau ci-dessous.
Résultats expérimentaux [O2] dans le milieu (EXAO)
Exp. Conditions expérimentales
Cellules Chloroplastes Observations en microscopie optique
1 Eclairage
uniforme Absence de CO2
Présence d’amidon dans les
chloroplastes
2 Obscurité
Absence de CO2 Absence d’amidon dans les chloroplastes
3 Obscurité
CO2 Absence d’amidon dans les chloroplastes
4 Eclairage
uniforme CO2
Absence d’amidon dans les chloroplastes
Pour que la réaction de la photosynthèse soit bien démontrée, il faut comprendre l'origine des corps formés. Le carbone (C) des glucides provient forcément du carbone du CO2, mais d'où vient le dioxygène formé? On pouvait penser qu'il provenait de l'oxygène du CO2 mais ce n'est pas le cas.
PB : Mais d'où vient l'O2?
En 1940, RUBEN et KAMEN réalisent I'expérience suivante:
Ruben et Kamen ont utilisé un isotope lourd de l'oxygène (18O) à la place de l'oxygène habituel (16O) et ils ont marqué ainsi diverses molécules (H2O, CO2). Lorsque de l'eau est marquée par le 18O : (H218O), le dioxygène produit par la photosynthèse est marqué.
On peut résumer les transformations de matière lors de la photosynthèse par l'équation-bilan:
6 CO
2+ 12 H
2O ----> C
6H
12O
6+ 6O
2+ 6 H
2O
Ces résultats montrent que l'on peut décomposer la réaction photosynthétique en deux groupes de réactions :
Quelques rappels :
http://www.geocities.com/capecanaveral/9305/oxydo.htm http://www.geocities.com/capecanaveral/9305/reduc.htm
Si l'on considère ces deux réactions comme un couple RedOx, capable d'interagir on peut écrire :
NB : Chaque couple redox étant caractérisé par son potentiel standard d'oxydo-réduction (E'0), on constate que le transfert des électrons ne peut se faire spontanément, que dans le sens des potentiels croissants. Cette réaction est rendue possible grâce à l’énergie de la lumière.
Dans le chloroplaste, les transferts d'électrons vont faire intervenir une série complexe de transporteurs et d'intermédiaires redox, depuis l’eau (oxydée) jusqu'au CO2 (réduit)
PB : dans le chloroplaste, où se déroulent ces réactions ? On réalise une série d’expériences.
Les conditions expérimentales et les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous.
Fractions Quantité de C. incorporé
(en coups par minute)
1 Chloroplastes 2800
2 Thylakoïdes isolés 18
3 Stroma isolé 30
4 Thylakoïdes + stroma 3000
D'après Hatier, Terminale S spécialité 2002
L’incorporation du C indique l’efficacité de la photosynthèse (production de molécules carbonées à partir du CO2 atmosphérique). On constate que les 2 compartiments du chloroplaste sont nécessaires à la réalisation de la photosynthèse.Ainsi, la photosynthèse se déroule dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes des parenchymes des feuilles. Elle nécessite du CO2 (source de carbone) de l’H2O, et de la lumière, source d’énergie, qui va permettre d’initier les transferts d’électrons que nous avons mis en évidence et qui, à partir de l’oxydation de l’eau (PHOTOLYSE), vont permettre la réduction du carbone (production de molécules carbonées).
Nous savons aussi que la présence de chlorophylle est indispensable.
PB : Comment l’énergie lumineuse est-elle captée par la cellule végétale ?
