TP n°9: La conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique.

• Conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique lors de la phase photochimique.
• L'utilisation des produits de la phase photochimique pour effectuer la synthèse de molécules organiques à partir du CO₂ lors de la phase chimique.

1. La réaction de Hill : une production de composés réduits RH₂.
• Mise en situation et recherche à mener.
Entre 1937 et 1940, les biochimistes recherchent quelle est la molécule (notée R ci dessous) qui est réduite (RH₂) lors de l'oxydation de l'eau en dioxygène au sein des chloroplastes. Certains supposent que le CO₂ est cette molécule, conformément à l'équation bilan de la photosynthèse.


6 CO₂ + 6 H₂O ---> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂


On cherche, comme ces biochimistes, à savoir si c'est le CO₂ qui est réduit lors de l'oxydation de l'eau, pendant la phase photochimique.
• Ressources

Couplage de l'oxydation de l'eau et de la réduction d'une molécule au sein des chloroplastes (thylacoïdes) à la lumière.

Matériel biologique : - végétal chlorophyllien Matériel envisageable : - de laboratoire (verrerie, instruments …) - d’observation (microscope, loupe binoculaire…) - de mesure et d’expérimentation (balance, chaine ExAO…) - informatique et d'acquisition numérique

• Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème. (durée maximale : 10 minutes)
Propose une démarche d’investigation permettant de déterminer si, dans les chloroplastes éclairés, le CO₂ est le composé réduit lors de l’oxydation de l'eau.
Appelle l’examinateur pour vérifier ta proposition et obtenir la suite du sujet.
• Etape 2 : Mettre en Å“uvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables.
Mettre en Å“uvre le protocole ExAO afin de montrer que, dans une suspension de fragments de chloroplastes éclairés et malgré la présence de CO₂, un oxydant intermédiaire (réactif de Hill) est nécessaire pour que la réaction d'oxydation de l'eau ait lieu.
• Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer.
Traite les données obtenues pour les communiquer (Complète le graphique et imprime le)
• Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème.
Exploite les résultats obtenus pour déterminer si c'est le CO₂ qui est le composé réduit lors de l’oxydation de l'eau pendant la phase photochimique.
2. Mise en évidence de la production d’ATP.
L'ATP est une molécule capable de transférer une partie de son énergie chimique pour permettre la réduction du dioxyde de carbone et donc la synthèse de glucides.
La synthèse d'ATP (adénosine triphosphate), à partir d'ADP (adénosine diphosphate) et de P_i ( groupement phosphate: H₃PO₄), nécessite un apport important d'énergie. On cherche à comprendre comment est régénéré l'ATP dans le chloroplaste. Des thylakoïdes isolés sont maintenus dans un bioréacteut à pH constant au cours du temps dans différentes conditions.


Variations de la concentration en dioxygène et en ATP.


Les membranes des thylakoïdes portent des enzymes de synthèse de l'ATP, appelées ATP synthases.

Disposition de l'ATP synthase dans la membrane du thylakoïde.	Des particules sont visibles sur le bord des thylakoïdes. Elles correspondent aux ATP-synthases.(cliché J.C. Roland; MEB)

• A partir de l'analyse de ces documents, précise les conditions nécessaires à la production d'ATP