photosynthèses plantes C4

Question 1

différences anatomiques plantes C4 par rapport aux C3

Answer 1

• présence de composés C4 (malate ou aspartate)
• 2 types de cellules chloroplastiques (les C3 n’en ont qu’une)
  => cellules mésophylliennes (similaires aux C3)
  => cellules de la gaine périvasculaire
  => coopération entre les deux types de cellules via les plasmodesmes
• phase claire identique chez les deux types de plantes mais différences ultrastructurales au niveau des chloroplastes (granas, PSII)

Question 2

Photosynthèse des plantes C4

Answer 2

i) incorporation du CO2 sur 1 C3 dans les cellules du mésophylle pour former un C4
ii) transport du C4 vers les cellules de la gaine périvasculaire
iii) Décarboxylation du composé en C4 pour former un C3
iv) Retour du composé en C3 vers les cellules du mésophylle
=> prélèvement du CO2 dans les cellules du mésophylle afin de fournir aux enzymes de la RubisCO une concentration très élevée en CO2

Question 3

1) incorporation primaire du CO2

Answer 3

_ CO2 –> HCO3(-)
_ HCO3(-) + Phospho-énol-pyruvate –> Acide oxaloacétique + H3PO4
=> Enzyme PEPc
—> forte affinité pour HCO3(-)
—> incorporation de CO2 6 à 12 fois supérieur que C3
—> affinité nulle pour O2

Question 4

Types de plantes C4

Answer 4

• maïs, canne à sucre, … => transformation de l’acide oxaloacétique par enzyme malique à NADP(+)
• plantes désertiques, millet, … => transformation de l’acide oxaloacétique par enzyme malique à NAD(+)
• certaines graminées => transformation de l’acide oxaloacétique par PEPCK

Question 5

Utilisation AOA par plantes ayant enzyme malique à NADP(+)

Answer 5

• dans chloroplaste:
  AOA + NADPH –> Malate + NADP(+)
  => ensyme: malate désydrogénase à NADPH chloroplastique

Question 6

Transfert des C4 vers les cellules de la gaine PV

Answer 6

• plantes ayant enzyme malique à NADP(+)
• dans le chloroplaste
  Malate + NADP(+) –> Pyruvate + CO2 + NADPH
  => enzyme malique à NADP(+)

Question 7

Utilisation du CO2 libéré dans les cellules de la gaine PV

Answer 7

Pour les 3 types de plante C4:
=> utilisation du CO2 dans les chloroplastes via le cycle réducteur des pentoses phosphates (via notamment la RubisCO) <==> cycle C3

Question 8

Retour des composés en C3 vers les cellules du mésophylle

Answer 8

• plantes ayant enzyme malique à NADP(+)
  => le pyruvate est transporté des chloroplastes de la gaine vers ceux du mésophylle
  Pyruvate + ATP + Pi –> PEP + AMP +PPi
  => ensyme pyruvate-ortho-phosphate dikinase

Question 9

Intérêt du cycle C4

Answer 9

• PEPc : uniquement dans les cellules du mésophylle
• RubisCO uniquement dans les cellules de la gaine PV

=> pas de compétion entre CO2 et O2 au niveau de la RubisCO <==> photorespiration quasiment inexistante chez les plantes C4

Question 10

Régulation du cycle C4

Answer 10

• rôle de la lumière sur les systèmes-enzymatiques
  => activté PEPc, MdH, Pyruvate Pi di kinase proportionnelles à l’intensité lumineuse
• PEPc sensible à la concentration en malate (baisse d’efficacité quand augmentation de la concentration) mais phosphorylation de PEPc à la lumière (= devient insensible à la concentration de malate)
• Pyruvate Pi-dikinase
  => phosphorylée à l’obscurité –> inactive
  => non phosphorylée à la lumière –> active

Question 11

rendement photosynthèse plantes C4

Answer 11

• cellules du mésophylle
  => HCO3(-) + PEP –> AOA + H3PO4
  => regénération du PEP à partir du pyruvate
• Pour formation d’un C6 besoin d’incorporer 6 HCO3(-) donc régénération de 6 PEP
  => besoin de 12 ATP
• cellules de la gaine PV : utilisation de 6 CO2 via le cycle de Calvin
  => 18 ATP + 12 NADPH
• Total : 12 ATP + 18 ATP + 12 NADPH <==> 30 * 7.3 kcal + 12 *103.9/2 kcal = 842.8 kcal
• rendement: 686 / 842.4 = 81%

=> valeur inférieure à celle des C3 “pures”
=> mais rendement très supérieur des C4 par rapport aux C3 qui font la phosphorylation

• Le rendement de la phase claire est la m^me chez les C3 et les C4