Photosynthèse, respiration, et photorespiration

Question 1

Qu’est-ce que la photorespiration?

Answer 1

La photorespiration = dégagement de CO2 dépendant de la lumière

Question 2

Quels inconvénients a la photorespiration?

Answer 2

La photorespiration, quand elle est rapide, diminue significativement l’efficacité de la fixation de CO2 dans la photosynthèse puisqu’elle implique le relargage d’une partie du CO2 fixé par la Rubisco. Cela fait autant de carbones qui ne peuvent être utilisés pour fabriquer les glucides et la matière cellulaire qui en dérive.

Question 3

D’où provient la photorespiration?

Answer 3

La réaction initiatrice de la photorespiration est catalysée par la Rubisco
- Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygénase

Question 4

Decrire la voie de recyclage du carbone photorespiratoire

Answer 4

• implique trois organites de la cellule photosynthétique: Chloroplaste, péroxysomes, mitochondrie
  -Le phosphoglycolate est converti en glycolate dans le chloroplaste
  -Le glycolate est recyclé en PGA, voie qui implique le relargage de CO2 dans les mitochondries

Question 5

Une activité de photorespiration typique______1. la fixation de ____2. de presque la moitié par rapport à sa valeur s’il n’y avait pas de photorespiration
(de 7 à 4).

Answer 5

1. diminue
   2.CO2

Question 6

Plus la température monte, plus la photorespiration est _____1. par rapport à la fixation du CO2
A mesure que la température monte:
- la préférence de la Rubisco pour le CO2 _____2. (effet biochimique)
- la solubilité du CO2 diminue davantage que celle de l’O2 (effet physico-chimique)
Ces deux facteurs font que le rapport carboxylation du RuBP: ________3. du RuBP diminue avec la température

Answer 6

1. favorisée
2. diminue
3. oxygénation

Question 7

Il y a deux grandes possibilités pour diminuer l’oxygénation du RuBP
et donc la perte de carbone dans la photorespiration, lesquelles?

Answer 7

1. Améliorer les propriétés catalytiques de la Rubisco pour qu’elle fasse plus de
   carboxylation par rapport à l’oxygénation (augmenter sa spécificité pour le CO2)

• Stratégie qui a une incidence assez limitée dans la nature, à cause sans doute de
  l’improbabilité de mutations ayant un tel effet
• Stratégie qui s’est d’ailleurs avérée peu fructueuse lors des tentatives des chercheurs à
  améliorer la Rubisco par génie génétique

2. Modifier le rapport [CO2]:[O2] autour de la Rubisco
   - Stratégie de certaines bactéries fixatrices de CO2 qui renferment la Rubisco dans des
   carboxysomes, structures enrichies en CO2
   - Chez les plantes: Evolution de la photosynthèse en C4 chez plusieurs grands groupes d’Angiospermes

Question 8

Photosynthese en C4: caractéristiques

Answer 8

Chez ces plantes (notamment des graminées tropicales ou sub-tropicales comme
la canne à sucre et le maïs) le 3-PGA n’est pas le tout premier composé qui est formé lors de l’incorporation du CO2; le CO2 est d’abord incorporé dans des acides C4

Question 9

La première carboxylation chez les plantes en C4 n’est pas catalysée
par la Rubisco mais par la _____1. carboxylase (PEPc)

Answer 9

phosphoénolpyruvate

Question 10

Quelles sont les différences structurales dans les feuilles d’espèces céréalières C3 et C4?

Answer 10

La Rubisco se trouve dans les cellules du mésophylle chez les C3, alors qu’elle est limitée aux cellules de la gaine perivasculaire chez les C4

Question 11

Plantes en C4 et en C3: résumé
Fonction physiologique du cycle C4
- Permet d’enrichir beaucoup la ___ _ _ 1 au voisinage de la Rubisco
- L’augmentation de la concentration en CO2 supprime largement la ____2
Chez les espèces en C4, le cycle s’ajoute aux autres aspects du métabolisme photosynthétique.
Les plantes en C4 ont tous les éléments de l’appareil photosynthétique mais elles ont le cycle C4 en plus, ce qui leur permet de faire
très peu de photorespiration.

Answer 11

1.concentration en CO2
2.photorespiration

Question 12

Quelles sont les avantages et désavantages de la photosynthèse en C4?

Answer 12

Avantages:
-La photosynthèse en C4 permet une meilleure utilisation du CO2, donc une
meilleure utilisation de l’eau au niveau foliaire

Desavantages:
-Elle nécessite plus d’énergie parce que le cycle C4 exige du pouvoir assimilateur en plus sous forme de l’ATP

Question 13

La photorespiration a des conséquences ______________1. à cause de
son importance potentielle mais aussi parce que cette importance est très
dépendante de la ______2.
Plus la température monte, plus la photorespiration est ______ 3. par rapport à la fixation du CO2
A mesure que la température monte:
- la préférence de la Rubisco pour le CO2 ________4. (effet biochimique)
- la solubilité du CO2 ______5 davantage que celle de l’O2 (effet chimique)
Ces deux facteurs font que le rapport carboxylation du RuBP:oxygénation du RuBP diminue avec la température

Answer 13

1. écophysiologiques
2. température
3. favorisée
4. diminue
5. diminue

Question 14

A quels intervalles de température les plantes en C3 sont plus efficaces que les C4?

Answer 14

L’efficacité de la photosynthèse est beaucoup plus dépendante de la température chez les plantes C3

Température moyenne ou faible
=>C3 sont plus efficaces
=>Il y a peu de photorespiration à des températures faibles, donc le métabolisme C4 coûteux en
énergie est plutôt désavantageux

Température élevée
=>Les plantes en C4 sont plus efficaces
=>dépense en ATP supplémentaire vaut le coup afin de supprimer la photorespiration, qui est forte sous ces conditions

Question 15

Où se trouvent les plantes C4? les C3?

Answer 15

C3–>climat tempéré
C4–>regions chaudes sèches à forte lumière

Question 16

Pourquoi les plantes font-elles la photorespiration? (d’un point de vue de l’évolution)

Answer 16

La Rubisco a evoluée chez les bactéries à photosynthèse non oxygénique
– >atmosphère était alors très pauvre en O2 ––> la réaction secondaire de l’oxygénation du RuBP a dû
être quasi nulle

• l’absence de l’O2=> pas de
  sélection pour favoriser l’évolution
  d’une enzyme avec une plus grande
  spécificité pour le CO2 par rapport à l’O2

==> après l’apparition du PSII
chez les cyanobacteries et puis la conquête de la terre par les plantes terrestres que l’O2 a
atteint les niveaux favorisant une activité photorespiratoire importante

Question 17

Qu’est ce qui explique l’évolution récente de la photosynthèse en C4?

Answer 17

La photosynthèse en C4 a évolué chez plusieurs groups d’angiospermes distinctes dans les dernières
dizaines de millions d’années

L’évolution récente de la photosynthèse en C4 est donc une réponse adaptative aux changements climatiques globaux (diminution du CO₂ et augmentation des températures), aux contraintes environnementales (aridité et faible disponibilité en eau) et aux pressions sélectives dans des habitats ouverts. Aujourd’hui, les plantes en C4 représentent environ 3% des espèces végétales mais 23% de la productivité primaire terrestre, ce qui illustre leur succès évolutif dans des environnements spécifiques.