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Le chloroplaste et ses pigments phase photochimique
TSpé : TP 04

Deux phases ; puis la phase photochimique de la photosynthèse :
chromatographie de la chlorophylle
spectre d’absorbsion de la chlorophylle.

Article mis en ligne le 2 octobre 2007
dernière modification le 5 octobre 2007

par Jean-Louis
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Ultrastucture d’un chloroplaste :

Le point important = lien structure <-> fonction ; notion de surface d’échange. Les nombreux thylakoïdes augmentent la surface d’échange.

Nous avons vu au cours dernier : les nombreuses feuilles d’un arbre, les trous dans le parenchyme lacuneux, les nombreux chlorplastes de l’Élodée

Le chloroplaste est un élément indispensable à la photosynthèse. Il absorbe l’énergie lumineuse pour la transformer en énergie chimique sous forme d’Adénosine triphosphate (ATP). Il intervient dans la phase photochimique de la photosynthèse.

C’est un organite composé de deux membranes séparées par un espace inter-membranaire. Il contient un réseau membraneux constitué de sacs aplatis nommés thylakoïdes qui baignent dans le stroma (liquide intra-chloroplastique). Un empilement de thylakoïdes se nomme granum (au pluriel : des grana).

Les thylakoïdes contiennent de la chlorophylle (pigments verts) et des caroténoïdes (pigments jaune orange). De plus, ces organites contiennent de l’ADN circulaire (comme il se doit pour une bactérie symbiote) et des ribosomes leur permettant de se dupliquer seuls.

Image:Chloroplaste-schema.gif

Mise en évidence d’une partie du mécanisme de la chaîne métabolique :

Si l’on fournit à une plante de l’eau riche en 18O, on constate que l’O2 dégagé est enrichit en cet isotope ; donc le dioxygène provient de la dissociation de l’eau.

Les bactéries sulfureuses vertes font une sorte de photosynthèses spéciale : La plante utilise le CO2 de l’air pour assurer ses synthèses carbonées selon l’équation chimique suivante :

6 CO2 + 6H2S →
C6H12O6 + 12 S2

Ce sont aussi des photoautotrophes (énergie = lumière ; utilisent du carbone minéral)

Chimiosynthèse
Un type trophique se caractérise par trois critères :

  1. la nature de la source de carbone (auto-, hetero-)
  2. la nature de la source de l’énergie qui sera emmagasinée dans les molécules organiques synthétisées (photo- , chimio-)
  3. la nature organique (-organo-) ou inorganique (-litho-) du donneur d’électrons

Les critères 2 et 3 permettent de composer le nom du type trophique. Il y a quatre combinaisons. Toutes existent. Le critère 1 permet de classer les organismes en autotrophes et hétérotrophes

On voit donc que dans la chaîne métabolique de la photosynthèse, il doit y avoir une réaction qui implique l’eau.

Deux phases :

Vers 1930, on réalise les expériences suivantes :

Photosynthèse avec des flashs brefs. L’intensité photosynthétique n’est pas diminuée. On en conclut qu’il y a une phase claire et une phase sombre.
Les articles originaux en anglais (mais si, mais si, ce n’est pas si difficile à lire, et ça rapporte aussi des points au bac, l’anglais !)
ici,
ici,
ici,
et ici.

Synthèse de ces expériences, en français.

Nous commençonsp ar l’étude de la phase claire, phase de processus électronique, lumieux, physique, dite phase photochimique.

Bref résumé d’un peu plus haut niveau :

Un photon d’énergie lumineuse est absorbé par une molécule de pigment au niveau de l’antenne photoréceptrice du photosystème II. Ensuite, un électron passe à une orbitale supérieure où il possède davantage d’énergie potentielle qui sera retenue par l’accepteur primaire. À ce stade, une molécule d’eau va se scinder pour produire du O2 et libérer une paire d’électrons. La première phase de la photosynthèse, soit les réactions photochimiques, peut alors débuter. Globalement, les électrons dévaleront la chaîne de transport via le complexe de Cytochromes jusqu’au photosystème I, tout en produisant de l’ATP et par la suite, du NADPH + H+. Ces deux molécules seront utiles pour la deuxième phase de la photosynthèse (Cycle de Calvin) qui consiste à fixer 3 moles de CO2 atmosphérique pour produire 1 mole de sucre grâce à l’ATP et au NADPH + H+.

Sur ce site, on retrouve des animations de qualité qui illustrent les deux phases photosynthétiques : les réactions photochimiques et le cycle de Calvin.

Mais quel pigment joue un rôle dans la photosynthèse ?

Les pigments de la feuille ; chromatographie

Pour répondre à cette question, trouvons quels sont les pigments de la feuille.

Livre p 93

ici,
et ici.

On trouve 5 pigments : 2 xanthophylles, le carotène, 2 chlorophylles.

Spectre d’absorption de la chlorophylle.

ici

On étude le mélange des pigments extraits ; on voit qu’il absorbe largement dans le violet et le bleu ainsi qu’un pic dans le rouge clair.

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