La photosynthèse et la photorespiration

Question 1

Qu’est-ce que les pigments photosynthétiques?

Answer 1

-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 2

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

Answer 2

• 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 3

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

Answer 3

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

Question 4

Pourquoi les végétaux sont-ils souvent verts?

Answer 4

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

Question 5

Qu’est-ce qu’un photosystème?

Answer 5

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

Question 6

Que permet une plus grande densité de pigments photosynthétiques?

Answer 6

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

Question 7

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

Answer 7

Utilisent la lumière dont les autres plantes ne veulent pas.

Question 8

À quoi sert l’anthocyanine SUR les feuilles?

Answer 8

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 9

Que permet l’anthocyanine SOUS les feuilles?

Answer 9

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 10

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

Answer 10

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 11

Nomme la réaction globale de la photosynthèse.

Answer 11

CO2 + H2O + Énergie —» O2 + Molécules organiques

Question 12

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

Answer 12

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

Question 13

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

Answer 13

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 14

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

Answer 14

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

Question 15

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

Answer 15

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

Question 16

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

Answer 16

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

Question 17

Comment se déroule le transport cyclique des électrons?

Answer 17

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 18

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

Answer 18

• 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 19

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

Answer 19

De l’H2O

Question 20

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

Answer 20

Le photosystème I

Question 21

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

Answer 21

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 22

Comment le carbone fixé est-il réduit en PGAL?

Answer 22

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

Question 23

Pourquoi le PGAL est-il si important?

Answer 23

• 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 24

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

Answer 24

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 25

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

Answer 25

• 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 26

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

Answer 26

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 27

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

Answer 27

• 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 28

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 28

• 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 29

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

Answer 29

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 30

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

Answer 30

• 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 31

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

Answer 31

• 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 32

Quelles sont les adaptations des plantes pour éviter la photorespiration?

Answer 32

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 33

Explique le fonctionnement de la photosynthèse C4.

Answer 33

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 34

Explique les avantages/désavantages de la photosynthèse C4.

Answer 34

• 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 35

Explique le fonctionnement de la photosynthèse CAM

Answer 35

• 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 36

Explique les avantages/désavantages de la photosynthèse CAM.

Answer 36

• 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 37

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

Answer 37

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)