Adaptations des plantes et photosynthèse - PP 1,2

Question 1

Explique la structure de la feuille (les différentes structures)

Answer 1

• Cuticule : extérieur, couche imperméable protectrice qui empêche le CO2 d’entrer, transparent
• Épiderme : protection contre dessèchement, limite les pertes d’eau, sécrète le cuticule, transparent (supérieur et inférieur)
• Mésophylle : couche du milieu de couleur, phase du milieu où se fait la photosynthèse à l’aide des chloroplastes
• Stomates : permet au CO2 d’entrer, à l’O2 et à la vapeur d’eau de sortir, ouvre et se referme
• Stroma : liquide dense entouré de membranes thylakoïdiennes , renferme les thylakoides (intérieur = espace intrathylakoidien)

Question 2

Qu’est-ce que le biomimétisme?

Answer 2

Résoudre des problèmes contemporains en tentant de reproduire des processus naturels.

Question 3

Qu’est-ce qui permet « l’effet de lotus » (imperméabilité de la feuille)

Answer 3

La forme (pleine de mini-bosses) du cuticule imperméable et hydrophobe qui permet de ramasser la poussière sur la feuille mais sans que l’eau coule.

Question 4

Dans quel genre d’environnement les adaptations à la lumière sont-elles favorables? Dans toute la plante?

Answer 4

-Forêt tropicale humide, très dense donc peu de lumière se rend au sol
-Seulement les petites plantes au sol s’adaptent

Question 5

Que permet le gigantisme foliaire?

Answer 5

-Plus de photosynthèse
-Meilleure absorption des photons
-Échanges gazeux maximisés : plus de stomates, donc plus d’évaporation (pas bon dans un environnement sec, perte d’h2o) c’est donc seulement possible dans un environnement dense et humide.

Question 6

Que permettent les gouttières sur les feuilles? Quel problème cela règle-il?

Answer 6

• Cela règle le problème de l’humidité sur la feuille parce que l’eau qui est dessus s’accumule (développement d’algues/moisissures)
• Cette couverture d’algues représente une compétition pour la lumière.
• Les gouttières s’assurent que l’eau ne s’accumulera pas sur la feuille (elle coule plutôt vers la nervure centrale)
• (même rôle que le cuticule du lotus)

Question 7

Qu’est-ce que les pigments photosynthétiques?

Answer 7

-Molécules capables de capter les photons
-Ils absorbent l’énergie de la lumière au lieu de la refléter.
-L’énergie lumineuse excite les électrons qui sont ensuite arrachés

Question 8

Décrit la composition des pigments photosynthétiques et nomme des familles de pigments.

Answer 8

• Anneau porphyrique : « tête » qui absorbe la lumière
• Queue hydrocarbonée : ancrage dans la membrane thylakoidienne (doit être hydrophobe pour rester dans la membrane)
• Familles de pigments (captent/réfléchissent les mêmes longueurs d’ondes) : xanthophylles, carathénoides, chlorophylles, anthocyanine.

Question 9

Est-ce que tous les chlorophylles absorbent les mêmes longueurs d’ondes?
+ Quel est le spectre de la lumière visible?

Answer 9

-Non, chlorophylle = famille (a, b et c)
-380 nm- 720 nm

Question 10

Pourquoi les végétaux sont-ils souvent verts?

Answer 10

Absorbent surtout l’indigo/bleu/rouge et reflètent le vert

Question 11

Qu’est-ce qu’un photosystème?

Answer 11

• Regroupement de pigments photosynthétiques qui contiennent des pigments collecteurs et un centre réactionnel (perdent leurs électrons, photosynthèse)

Question 12

Que permet une plus grande densité de pigments photosynthétiques?

Answer 12

• Adaptation pigmentaire pour l’ombre - Maximisation de l’absorption lumineuse : + de pigments = - d’espace entre les pigments = moins de photons perdus

Question 13

Qu’est-ce que permet le fait d’utiliser différents pigments photosynthétiques?

Answer 13

Utilisent la lumière dont les autres plantes ne veulent pas.

Question 14

À quoi sert l’anthocyanine SUR les feuilles?

Answer 14

Pigment qui reflète la lumière, permet la protection contre les UV (jeunes feuilles, adaptation dans un milieu ensoleillé)
Adaptation qui n’augmente pas la photosynthèse.

Question 15

Que permet l’anthocyanine SOUS les feuilles?

Answer 15

Pigment qui reflète la lumière, donne une deuxième chance aux photons qui n’ont pas été absorbés par la chlorophylle d’être captés (quantité de lumière gaspillée est beaucoup diminuée)
Adaptation qui augmente le taux de photosynthèse

Question 16

Explique le phénomène à l’origine des changements de couleurs des feuilles d’automne.

Answer 16

La dégénérescence des pigments :
Les pigments photosynthétiques sont organisés en couches de familles dans la feuille. Lorsque la première couche, les chlorophylles, commence à se dégénérer, ce sont maintenant les pigments en dessous (jaunes) qui reflètent la lumière (même principe pour les rouges).

Question 17

Nomme la réaction globale de la photosynthèse.

Answer 17

CO2 + H2O + Énergie —» O2 + Molécules organiques

Question 18

Nomme les 2 étapes générales de la photosynthèse ainsi que où elles se déroulent.

Answer 18

1- Réactions photochimiques (phase claire)
2- Cycle de Calvin (phase obscure)
Dans la thylakoïde.

Question 19

Nomme les 6 étapes des réactions photochimiques dans le transport non-cyclique des électrons (pas de début/fin)

Answer 19

1- Photo-oxydation du photosystème I (électrons arrachés par l’énergie lumineuse)
2- Réduction du NADP+ (gain d’électrons, devient le transporteur d’électrons du NADPH/H+)
3- Photo-oxydation du photosystème II (alimente la chaîne de transport d’électrons)
4- Chaîne de transport d’électrons (gradient de concentration H+, réduction (gain d’électrons) du photosystème I)
5- Oxydation du H2O (perte d’électrons, formation du O2, retour à la normale du photosystème II)
6- Photophosphorylation (grâce au gradient H+, formation de l’ATP)

Question 20

Que permet la chaîne de transport d’électrons entre les deux photosystèmes?

Answer 20

Produit un gradient de H+ qui permettra de faire de l’ATP (force proton motrice)

Question 21

Que permettent l’ATP et le NADPH/H+ produits dans les réactions photochimiques?

Answer 21

Serviront à construire des glucides en « fixant » le CO2 dans le cycle de Calvin.

Question 22

Qu’est-ce qui caractérise le transport non-cyclique des électrons?

Answer 22

Il y a autant d’ATP que de NADPH/H+ de produit.

Question 23

Comment se déroule le transport cyclique des électrons?

Answer 23

Les électrons excités par l’énergie lumineuse vont dans le complexe de cytochromes (et non dans le NAD+, produit de l’ATP), se dirigent ensuite dans le centre réactionnel du photosystème I avant de recommencer le cycle (pas d’intervention du photosystème II)

Question 24

Qu’est-ce qui caractérise le transport cyclique des électrons?

Answer 24

• Ne produit pas d’O2
• Ne produit pas de NADPH/H+
• Permet d’équilibrer les quantités d’ATP et de NADPH/H+ produites en fonction des besoins.

Question 25

D’où proviennent les électrons qui voyagent dans la chaîne de transport d’électrons pendant le transport non-cyclique?

Answer 25

De l’H2O

Question 26

Quel est l’accepteur final d’électrons du photosystème II?

Answer 26

Le photosystème I

Question 27

À quoi correspond la phase de fixation du carbone dans la photosynthèse?

Answer 27

Au cycle de Calvin, oû l’énergie chimique de l’ATP (réactions photochimiques) est utilisée pour fixer le carbone du CO2 (le faire passer d’une molécule inorganique à une molécule organique, le PGAL)

Question 28

Comment le carbone fixé est-il réduit en PGAL?

Answer 28

Par l’ajout d’électrons de l’eau (transportés par le NADPH/H+)

Question 29

Pourquoi le PGAL est-il si important?

Answer 29

• Molécule centrale chez les plantes
• Permet de fabriquer un grand nombre de molécules
• Permet de créer, entres autres, l’amidon (molécule de la nutrition)

Question 30

La lumière est-elle nécessaire pour effectuer le cycle de Calvin?

Answer 30

Non, car elle utilise l’énergie chimique de l’ATP et non l’énergie lumineuse, mais elle se produit tout de même le jour, car l’ATP et le NADPH/H+ nécessaire pour la synthèse du PGAL provient des réactions photochimiques qui, elles, nécessitent de l’énergie lumineuse.

Question 31

Explique comment fonctionne l’étape 2 de la photosynthèse, Cycle de Calvin et indique le bilan pour 3 cycles.

Answer 31

• Cycle : produit final = produit de départ (pas de déchets)

1) Fixation du carbone : Le carbone du CO2 se fixe sur le RuDP (ribulose diphosphate) à l’aide du Rubisco ce qui crée un intermédiaire instable. Afin de défaire les liaisons covalentes de cet intermédiaire, il faut investir 6 ATP et 6 NADPH H+

2) Réduction : Cela permet la synthèse de 6 PGAL (3 cycles), dont 5 restent dans le cycle et un seul sort, ce qui constitue un gain net.

3) Régénération de l’accepteur de CO2 : 5 PGAL restants sont transformés en RuDP à l’aide de 3 ATP

Bilan : Utilisation de 3 CO2, 9 ATP, 6 NAPH/H+
Gain net de 1 PGAL

Question 32

Qu’est-ce qui caractérise la Rubisco, l’enzyme du cycle de Calvin?

Answer 32

C’est une enzyme non-spécifique : dans les conditions favorables, elle est une carboxylase qui fixe le CO2 ce qui permet la synthèse du PGAL, mais sans ces conditions, elle est une oxygénase qui fixe l’O2 et empêche la synthèse du PGAL

Question 33

Comment peut on obtenir une molécule de glucose ou d’amidon à partir d’un PGAL?

Answer 33

• PGAL (triose, glucide à 3 carbones)
• Glucose (hexose, glucide à 6 carbones) (monomère de l’amidon)
• 2 PGAL combinés = une molécule de glucose
• Centaines de glucoses = formation de l’amidon, polymère de glucose

Question 34

Qu’est-ce que le fait d’avoir des épines permet aux plantes?

Answer 34

Cela diminue la surface de contact de la plante avec l’air et donc diminue l’évapotranspiration. Aussi, cela leur offre une protection contre les herbivores qui pourraient les manger.

Question 35

Que permet une forme plus ronde pour un cactus?

Answer 35

Diminuer le ratio surface/volume de la plante (plus grande réserve d’eau, moins grande peau où tu peux perdre de l’eau)

Question 36

Que permet la forme « chandelle » d’un cactus?

Answer 36

Matin/fin après-midi : lumière faible, grande surface exposée.
Midi : lumière forte, seul le dessus du cactus est fortement exposé.
- Réduit l’évapotranspiration.

Question 37

Qu’est-ce que la myrmécophilie?

Answer 37

La relation symbiotique entre une plante et des fourmis. La plante offre un abris (les fourmis vont y habiter) et des nutriments, les fourmis offrent de la protection aux plantes, contre les herbivores par exemple.

Question 38

Qu’est-ce qui caractérise la myrmécophilie dans l’acacia ; qu’apportent la plante et les fourmis?

Answer 38

• Plante : fournit l’hébergement aux fourmis, qui résident à l’intérieur des dom aties. Fournit le repas aux fourmis, sous forme de corps de Belt (riches en protéines, glucides, lipides)
• Fourmis : attaquent les herbivores (morsures douloureuses). Empêchent les plantes grimpantes de s’installer, font le ménage sous la plante pour éliminer les compétiteurs pour l’eau et les nutriments au sol.

Question 39

Pourquoi les corps de Belt sont bien adaptés aux fourmis (coévolution)?

Answer 39

• Corps de Belt : contiennent des inhibiteurs de protéase IPs (molécules qui empêchent le travail de l’élastase et la trypsine, digestion des protéines), donc, dans la plupart des animaux, les manger provoque une indigestion.
• Fourmis : utilisent surtout la chymotrypsine (pas sensibles aux IPs), elles peuvent donc digérer les corps de Belt.
• L’araignée sauteuse Bagheera Kiplingi peut voler des corps de Belt aux fourmis : elle est assez rapide et utilise aussi la chymotrypsine.

Question 40

Dans quelles conditions la rubisco fixe-elle l’O2? Quelle est la réaction globale de cette activité oxygénase (compare la à l’activité carboxylase)?

Answer 40

• Quand le ration O2/CO2 est trop fort (quand il y a trop d’O2), cela se fait au dépends de l’activité carboxylase.
• 1 RuDP + Rubisco + O2 —» 1 2-phosphoglycolate (molécule 2 c) + 1 3PG (3 c) VS 2 3PG dans l’activité carboxylase (1 X cycle de calvin)

Question 41

Comment appelle-on la réaction où la rubisco joue le rôle oxygénase et l’O2 est un réctif? Décrit-la.

Answer 41

La photorespiration :
1- Chloroplaste : avec 2 O2 et 2 RuDP, la rubisco permet la création de 2 phosphoglycolate (molécule 2 carbones X2) et de 1 seul 3PG
2- Mitochondrie : 1 molécule de CO2 provenant du phosphoglycolate est relâchée (perte nette), 1 NADH+H+ est investi dans la molécule de 2PG
3- Peroxysome : un autre NADH/H+ est investi
4- Mitochondrie : une molécule d’ATP est la dernière à être investie; en plus des transporteurs d’électrons, cela permet la formation de 2 3PG supplémentaires, ce qui nous ramène à la formation finale de 3 PG

Question 42

Pourquoi la photorespiration diminue-elle l’efficacité de la photosynthèse? Pourquoi existe-elle alors si elle est si désavantageuse?

Answer 42

• Cette réaction crée beaucoup de perte (en matière et en énergie), ce qui amène la plante à pousser plus lentement
• On pense que cette réaction est un vestige de l’évolution, car, au moment de l’évolution de la Rubisco, l’atmosphère était pauvre en O2, donc il n’y avait pas de chance d’avoir un trop gros ration O2/CO2 et il n’y adonc pas eu de sélection naturelle (le problème est inévitable aujourd’hui pcq il y a beaucoup plus d’O2 dans l’atmosphère)

Question 43

Explique l’impact d’un climat sec sur la photorespiration?

Answer 43

• Quand le climat est trop sec, les stomates de la feuille se referment afin de limiter les pertes en eau (évapotranspiration)
• Alors, dans la feuille de la plante, le taux d’O2 augmente, tandis que le taux de CO2 diminue ; le ratio O2/CO2 est donc plus fort.
• Ainsi, dans un climat sec, le taux de photorespiration augmente et la plante doit trouver des adaptations pour régler le problème.

Question 44

Quelles sont les adaptations des plantes pour éviter la photorespiration?

Answer 44

Il faut maintenir un faible ratio O2/CO2, comment?

1- Photosynthèse de type C4 (plantes graminées ex. canne à sucre, gazon, maïs)
2- Photosynthèse de type CAM (cactus, plantes épiphytes (qui poussent sur un autre végétaux), orchidées, broméliacées (ananas))

Question 45

Explique le fonctionnement de la photosynthèse C4.

Answer 45

A- Première fixation du carbone (dans un milieu avec une forte concentration d’O2, dans une cellule du mésophylle) :
1- Le CO2 et le PEP (3C) sont fixés par l’enzyme PEP carboxylase, enzyme qui ne fait pas d’erreur et fait uniquement de la carboxylase. Le CO2 est maintenant une molécule Oxaloacétate (4 carbones).
2- Suite à plusieurs réactions, l’oxaloacétate est transformée en malate (4C), qui se décompose en une molécule de CO2 (qui va vers la deuxième fixation de carbone) et en un pyruvate (3C)
3- Le pyruvate retourne vers la première fixation de carbone; en investissant un ATP, il est transformée en une molécule de PEP (accepteur de CO2)

B- Deuxième fixation du carbone/Cycle de Calvin (dans un milieu avec une faible concentration d’O2, Cellule de la gaine fasciculaire, donc l’action de la Rubisco sera carboxylase)

Question 46

Explique les avantages/désavantages de la photosynthèse C4.

Answer 46

• Utilise une enzyme qui ne va jamais fixer l’O2, fixe le CO2 et l’envoie dans une autre cellule.
• Fait peu de photorespiration
• En milieu chaud et sec, les plantes C4 poussent plus vite que les plantes C3 parce que leur photosynthèse est plus efficace.
• Par contre, dans un climat plus frais, ce sont les plantes C3 qui poussent plus vite, considérant que la photosynthèse C4 demande plus d’ATP.

Question 47

Explique le fonctionnement de la photosynthèse CAM

Answer 47

• Pareil que dans la C4, mais les deux parties se font dans une même cellule, juste pas au même moment de la journée :
  -A- Première fixation du carbone (la nuit quand les stomates sont ouverts et que le CO2 entre en abondance, mais qu’il n’y a pas de réactions photochimiques) :
  1- Le CO2 et le PEP sont fixés par l’enzyme PEP carboxylase, enzyme qui ne fait pas d’erreur et fait uniquement de la carboxylase. Le CO2 est maintenant une molécule Oxaloacétate (4 carbones).
  2- Suite à plusieurs réactions, l’oxaloacétate est transformée en malate, qui est mis en réserve dans une vacuole.

B- Deuxième fixation du carbone/Cycle de Calvin (le jour quand les stomates sont fermés, qu’il y a un assez bon ration O2/CO2 et qu’il peut y avoir les réactions photochimiques)
1- Le malate qui avait était mis en réserve se décompose en une molécule de CO2 (qui va vers la deuxième fixation de carbone) et en un PEP.

Question 48

Explique les avantages/désavantages de la photosynthèse CAM.

Answer 48

• Permet à la plante de sauver un maximum d’eau (garder ses stomates fermés toute la journée)
• Peu de photorespiration
• Plus de CO2 autour de la Rubisco
• Permet la survie dans des milieux très secs (arrides)

Question 49

Nomme les ressemblances et les différences entre la photosynthèse C4 et CAM.

Answer 49

1- Ressemblances :
- Climats secs et arides
- Utilise la PEP carboxylase pour la première fixation du carbone
- Peu de photorespiration

2- Différences
- C4 = Séparation spatiale (mésophylle VS gaine)
- CAM = Séparation temporelle (Jour vs Nuit)