Le TP n°10: La phase non photochimique de la photosynthèse.
La phase non photochimique de la photosynthèse correspond à la réduction du CO2 de l'air pour la synthèse de glucides.Cette phase nécessite un accepteur de CO2 et utilise les composés formés lors de la phase photochimique, ATP et RH2.
Ces étapes sont schématisées dans le document suivant qui servira de référence.
Document de référence.
C5P2 : Ribulose biphosphate, molécule de glucide à 5 atomes de carbone
APG : Acide Phosphoglycérique, molécule à 3 atomes de carbone
C3P : Triose phosphate, molécule de glucideà 3 atomes de carbone
Hexoses P, Hexoses : molécules de glucide à 6 atomes de carbone On tiendra compte de la qualité de la construction du raisonnement.
A partir des documents suivants, tu montreras comment les résultats des expériences présentées permettent de valider certaines étapes de la photosynthèse schématisées dans le modèle du document de référence.
- 1- Expérience de Melvin CALVIN (Prix Nobel de chimie en 1961) et Andrew BENSON (1950) Afin de déterminer la nature des composés synthétisés par réduction du CO2 et leur ordre de formation, Calvin et Benson mettent au point une technique.
- 2- Identification des composés synthetisés: principe Afin de séparer les composés synthétisés dans les algues unicellulaires, une chromatographie bidimensionnelle est effectuée.
- 3- Identification des composés synthétisés: Résultats.
- 4- Expérience de James BASSHAM et CALVIN Des chlorelles sont cultivées dans un milieu où barbote de l'air enrichi en CO2 radioactif. - On mesure au cours du temps la concentration en APG et en C5P2(ribulose diphosphate). Les concentrations sont déduites de la radioactivité mesurée.
- 5- Les conditoions de l'assimilation du CO2. L'élément carbone se trouve à l'état oxydé dans la matière minérale (C02) et a l'état réduit dans la matière organique (glucose : C6H1206).
Des cellules chlorophylliennes sont éclairées et exposées au dioxyde de carbone « marqué » c'est-a-dire que le carbone de la molécule est l'isotope 14C de l'élément carbone : les temps d'exposition au 14C02 sont variables (de 2 secondes à quelques minutes). L'utilisation de cette molécule « marquée » ne modifie ni l'incorporation du dioxyde de carbone, ni le devenir des atomes.
Les cellules chlorophylliennes sont ensuite tuées et fixées, et les composes synthétisés sont analysés.
Le principe est identique à celui de la chromatographie à une dimension : le végétal est broyé, l'extrait d'algues ainsi obtenu est déposé dans un des coins de la feuille de papier à chromatographie carrée (phase fixe).
Deux chromatographies successives dans deux directions perpendiculaires sont réalisées. Cette technique est utilisée dans le cas de mélanges complexes à analyser.
Les composés sont ensuite révélés par des réactifs appropriés.
On peut mettre en évidence un composé radioactif par autoradiographie : le support (phase fixe), après chromatographie bidimensionnelle, est mis en contact avec une pellicule photographique. Les composés ayant incorporé le 14C impressionnent le film photographique et apparaissent sous la forme d'une tâche noire. On obtient ainsi un radiochromatogramme.
a) La culture normalement éclairée pendant 30 minutes est ensuite transférée à l'obscurité. On mesure également la concentration en hexoses.
b) La culture éclairée en permanence cesse d'être approvisionnée en CO2.
Pour tenir compte du devenir du carbone du C02 et de l'oxygène de l'H20, le bilan de la photosynthèse peut s'écrire :
6 CO2 + 12 H2O ----> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Il y a ainsi une réduction du carbone minéral en carbone organique:| Une oxydation est une perte d'électron. Une réduction est une capture d'électrons.
Un atome ou un ion ou une molécule qui capture un ou plusieurs électrons est un oxydant. Quand un oxydant capte des électrons, il se réduit. Un atome ou un ion ou une molécule qui cède un ou plusieurs électrons est un réducteur. Quand un réducteur cède des électrons, il s'oxyde. Dans une liaison covalente de type CH le carbone est à l'état réduit (glucose). Dans une liaison covalente de type CO, le carbone est à l'état oxydé. |
Afin de mieux comprendre les conditions de l'assimilation du C02 Arnon (1958) réalise différentes expériences à partir de fragments de chloroplastes separés en deux fractions :
- une fraction constituée uniquement de thylakoïdes exposés à la lumière;
- une fraction liquide provenant de stroma et laissée à l'obscurité.
Le tableau suivant montre la quantité de CO2 fixé dans le stroma mesurée en coups/min.
Conditions expérimentales |
radioactivité |
| Stroma laissé à l'obscurité en présence de CO2 radioactif | 4000 |
| Thylacoïdes laissés à la lumière, puis mis à l'obscurité en présence de stroma toujours laissé à l'obscurité, avec du C02 radioactif | 96000 |
| Stroma laissé à l'obscurité en presence de C02 radioactif, d'ATP et de RH2 | 97000 |