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Production de matière organique

oriane.aguillon

Created on February 10, 2023

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Transcript

La production de matière organique chez les Angiospermes

1. Identification de la matière organique et de ses rôles 2. Interet de la compréhension de la production de matière organique 3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique 4. Mécanismes de la production de matière organique

1. Identification de la matière organique et de ses rôles

La matière organique est la matière produite par les êtres vivants. Il s'agit de molécules carbonnées. La matière organique a la composition atomique suivante : (comparativement à de la matière minérale à droite)

1. Identification de la matière organique et de ses rôles

Chez les Angiospermes, la matière organique produite provient essentiellement, via des réactions chimiques, de la transformation du glucose :

1. Identification de la matière organique et de ses rôles

Les molécules ainsi produites peuvent être stockées :

- dans des organes de réserves chez les plantes vivaces : elles seront alors mobilisées par la plante lors de la mauvaise saison

- dans les graines et les fruits chez les plantes annuelles et vivaces : elles seront utilisées par l'embryon et participeront aussi à l'attraction des pollinisateurs

Le jeune plant n'a pas encore de feuillles, il utilise les réserves de la graine

La perte des feuilles ne permettant plus de produire de nouvelles ressources, celles stockées sont utilisées

1. Identification de la matière organique et de ses rôles

Les molécules produites peuvent aussi être utilisées directement par la plante notamment en participant à sa croissance : la production de nouvelles tiges, feuilles et racines nécessite la fabrication de nouvelles cellules végétales qui les composent. Celles-ci seront produites à l'aide de phospholipides qui forment la membrane, de cellulose et de lignine qui forment les parois pecto-cellulosique, de pigments présents dans les chloroplastes, de protéines...

2. Intérêt de la compréhension de la production de matière organique

La compréhension de la production de matière organique par les végétaux est d'intérêt général dès lors que de cette production dépendent de nombreuses industries : - agroalimentaire : pas de production de matière organique = pas de récoltes = pas de ressources alimentaires - textile : pas de production de matière organique = pas de production de coton par exemple - pharmaceutique : de nombreux médicaments ont une origine végétale comme l'aspirine ou encore l'arnica - tourisme : la gestion des environnements impacte les activités touristiques, comprendre la production de matière organique, c'est s'assurer de la durabilité des visites etc...

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

La production de matière organique chez le végétal consiste en la production de glucose qui sera transformé par la suite en d'autres molécules utiles. On cherche donc à comprendre comment est produit le glucose chez les Angiospermes. On met en évidence la présence de sucres complexes issus de la polymérisation du glucose à l'aide d'eau iodée ou lugol.

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

Le lugol est de couleur sombre initialement et devient jaune en présence d'amidon

FAUX!

Le lugol est de couleur jaune initialement et devient sombre en présence d'amidon

Le lugol est de couleur jaune initialement et devient sombre en présence de glucose

FAUX!

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

La feuille produit de l'amidon en présence de lumière

La feuille produit de l'amidon en toute situation

FAUX!

La feuille produit de l'amidon à l'oscurité

FAUX!

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

L'amidon est produit dans le cytoplasme

FAUX!

L'amidon est produit dans le noyau

FAUX!

L'amidon est produit dans les chloroplastes

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

L'amidon est produit dans les chloroplastes en toutes conditions

FAUX!

L'amidon est produit dans les chloroplastes seulement en présence de CO2

L'amidon est produit dans les chloroplastes seulement en présence d'O2

FAUX!

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

Le rouge de crésol est un réactif qui change de couleur lorsque le pH du milieu varie : c’est un indicateur coloré de Ph. Un pH acide est inférieur à 7 et provient d’une forte concentration en ions H3O+ qui dépend elle-même de la quantité de CO2 dissous dans le liquide d’après la relation : CO2 + H2O -> H2CO3 -> H3O+ + HCO3-. Au contraire, un pH basique provient d’une faible concentration en ions H3O+ donc de la raréfaction du CO2. La feuille blanche de monstera ne réagit pas au lugol tandis que la feuille verte oui

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

Quand le rouge de crésol devient jaune, c'est que le pH diminue : du CO2 est ajouté au milieu : il est produit par la feuille verte

FAUX!

Quand le rouge de crésol devient jaune, c'est que le pH augmente : du CO2 est retiré du milieu : il est absorbé par la feuille verte

FAUX!

Quand le rouge de crésol devient foncé, c'est que le pH augmente : du CO2 est retiré du milieu : il est absorbé par la feuille verte

Quand le rouge de crésol devient foncé, c'est que le pH diminue : du CO2 est ajouté du milieu : il est produit par la feuille verte

FAUX!

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

La production de matière organique par le végétal peut être visible : la croissance et la formation de nouvelles feuilles en sont les témoins.

La plante a besoin d'eau pour produire de la matière organique

La plante a besoin d'huile pour produire de la matière organique

FAUX!

La plante n'a besoin ni d'eau ni d'huile pour produire de la matière organique

FAUX!

3. Mise en évidence des besoins des Angiospermes pour la production de matière organique

La production de matière organique par le végétal peut être visible : la croissance et la formation de nouvelles feuilles en sont les témoins.

La plante absorbe l'eau par les tiges

FAUX!

La plante absorbe l'eau par les racines

FAUX!

La plante absorbe l'eau par les poils absorbants des racines

Besoins des végétaux

Le développement des racines permet à la plante de s'ancrer dans le substrat et d'y prélever de l'eau

Le développement des tiges et feuilles permet de capter le CO2 dans le milieu

La production de matière organique se poursuit et permet la croissance du végétal. Les feuilles permettent de capter la lumière

La matière organique est distribuée depuis les orgaes sources (feuilles) vers les organes puits (racines) et appareils puits (lfeurs)

La graine contient de la matière organique stockée qu'elle peut utliser pour assurer sa croissance

4. Mécanismes de la production de matière organique

En 1884, Theodor Engelman souhaite savoir si toutes les λ de la lumière visible permettent la réalisation de la photosynthèse. Il réalise alors un montage basé sur les résultats d’expériences de J. Ingehousz et T. Saussure qui avaient montré que la photosynthèse se caractérise par la production d’O2. Engelman place alors une algue filamenteuse dans de l’eau avec des bactéries Bacterium termo qui ont la particularité d’être attirées par l’O2. Il observe la répartition des bactéries par rapport à l’algue placée soit à l’obscurité (résultat 1), soit à la lumière visible (résultat 2) soit à la lumière décomposée par un prisme (résultat3) :

4. Mécanismes de la production de matière organique

L'algue émet de l'O2 qui attire les bactéries

L'algue émet de l'eau qui attire les bactéries

FAUX!

L'algue émet du CO2 qui repousse les bactéries

FAUX!

4. Mécanismes de la production de matière organique

Les lumières permettant l'émission maximale d'O2 sont le vert et le jaune

FAUX!

Les lumières permettant l'émission maximale d'O2 sont le vert et le violet

FAUX!

Les lumières permettant l'émission maximale d'O2 sont le bleu et le rouge

4. Mécanismes de la production de matière organique

On utilise un spectroscope sur différents pigments issus de l'algue. Ce spestroscope permet d'identifier les longueurs d'ondes les + absorbées et les - absorbées.

4. Mécanismes de la production de matière organique

Les longueurs d'ondes les + absorbées sont le vert et le jaune

FAUX!

Les longueurs d'ondes les + absorbées sont le vert et le violet

FAUX!

Les longueurs d'ondes les + absorbées sont le bleu et le rouge

4. Mécanismes de la production de matière organique

Ruben et Kamen tentent de déceler en 1941 l’origine de l’O2 dégagé par la photosynthèse. Ils marquent le CO2 puis l’H2O avec un isotope lourd de l’oxygène, le 18O. L’eau et le dioxyde de carbone sont alors mis en contact de petites algues photosynthétiques nommées les chlorelles :

4. Mécanismes de la production de matière organique

L'O2 est produit à partir du CO2

FAUX!

Le CO2 est produit à partir de l'O2

FAUX!

L'O2 est produit à partir de l'H2O

4. Mécanismes de la production de matière organique

Nous avons vu que : - la plante produit du glucose et de l'O2 en consommant de l'eau et du CO2 - la production du glucose a lieu dans les chloroplastes - la plante produit de l'O2 en présence de lumière notamment de lumière rouges et bleues

Nous proposons que : - la réaction eau + CO2 -> glucose + O2 a lieu dans les chloroplates - la réaction nécessite de l'énergie pour se produire - les longueurs d'ondes efficaces sont celles les + absorbées par la plante notamment par la chlorophylle

4. Mécanismes de la production de matière organique

Dans les années 1950, Calvin et Benson réalisent à leur tour des expériences sur les algues. Ils construisent un dispositif permettant d’incorporer du CO2 radioactif (marqué au 14C) à différents endroits puis de bloquer la réaction grâce à de l’éthanol bouillant. Le but est ainsi de découvrir quelles molécules incorporent successivement le carbone.

4. Mécanismes de la production de matière organique

Les molécules produites en 1er sont en haut à gauche de la chromatographie bidimensionnelle

FAUX!

Les molécules produites en 1er sont en bas à droite de la chromatographie bidimensionnelle

Les molécules produites en dernier sont en bas à droite de la chromatographie bidimensionnelle

FAUX!

4. Mécanismes de la production de matière organique

Le carbone présent dans le CO2 est incorporé dans le cycle de Calvin où il permettra la production de glucose :

3 molécules à 3C

3 molécules à 5 C = 15C

6 molécules à 3 C = 18C

6 molécules à 3 C = 18C

6 molécules à 3 C = 18C

5 molécules à 3 C = 15C

1 molécule à 3 C

4. Mécanismes de la production de matière organique

Le carbone présent dans le CO2 est incorporé dans le cycle de Calvin où il permettra la production de glucose :

3 molécules à 3C

3 molécules à 5 C = 15C

6 molécules à 3 C = 18C

6 molécules à 3 C = 18C

NADPH,H+

NADP+

6 molécules à 3 C = 18C

5 molécules à 3 C = 15C

1 molécule à 3 C

4. Mécanismes de la production de matière organique

Au final, le cycle de Calvin-Benson permet la production de 1 molécule de glucose à partir de 6 molécules de CO2. Néanmoins, ces réactions consomment de l’ATP et des composés réduits comme le NADPH qui devra être regénéré afin que le cycle se poursuive.

4. Mécanismes de la production de matière organique

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

e-

e-

4 électrons

e-

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

4. Mécanismes de la production de matière organique

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

e-

e-

4 électrons

e-

H+

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4. Mécanismes de la production de matière organique

H+

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

H+

e-

e-

4 électrons

e-

H+

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4. Mécanismes de la production de matière organique

H+

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

NADPH,H+

NADP+

H+

e-

e-

4 électrons

e-

H+

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4. Mécanismes de la production de matière organique

H+

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

NADPH,H+

NADP+

H+

H+

H+

H+

e-

e-

4 électrons

e-

H+

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4. Mécanismes de la production de matière organique

H+

Transfert d'électron non spontané : nécessite un apport d'énergie

NADPH,H+

NADP+

ATP

ADP + Pi

H+

e-

e-

4 électrons

e-

H+

2H2O

O2

4H+

PHOTOLYSE DE L'EAU

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

4. Mécanismes de la production de matière organique

Le carbone présent dans le CO2 est incorporé dans le cycle de Calvin où il permettra la production de glucose :

3 molécules à 3C

3 molécules à 5 C = 15C

6 molécules à 3 C = 18C

ATP

6 molécules à 3 C = 18C

6 molécules à 3 C = 18C

5 molécules à 3 C = 15C

GLUCOSE

1 molécule à 3 C

4. Mécanismes de la production de matière organique

Chez les Angiospermes, la matière organique produite provient essentiellement, via des réactions chimiques, de la transformation du glucose :

GLUCOSE

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