le rôle des pigments dans la photosynthèse- P Jeanne et F Anaïs

TP3-

le rôle des pigments dans la photosynthèse

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Les plantes possèdent de grandes surfaces au niveau de la feuille afin d’optimiser la capture de la lumière, source d’énergie de la photosynthèse. La photosynthèse a lieu dans des organites spécialisés: les chloroplastes, qui contiennent des pigments responsables de la couleur verte des feuilles : « la chlorophylle ».

Quelles sont les caractéristiques et le rôle des pigments chlorophylliens?

Activité 1- montrer que les chloroplastes contiennent plusieurs catégories de pigments chlorophylliens

Un type ou plusieurs types de pigments?

Stratégie Ce que je fais: je sépare et j'identifie les pigments Comment je fais: en réalisant une chromatographie (= technique séparative de molécules selon leur taille) Résultats attendus: Si plusieurs pigments chlorophylliens sont présents alors ils seront séparés et identifiables sous forme de taches colorées à des endroits différents sur la chromatographie

Communication des résultats:

Chromatographie des pigments chlorophylliens:

xanthophylle

chlorophylle b

caroténoïdes

chlorophylle a

Résultats de la chromatographie des pigments chlorophylliens

On voit 3 pigments (mais on doit en voir 4 en géneral), qui sont situés à la suite tout au long de la chromatographie. On sait que plus le pigments est à gauche du papier à chronomatographie plus il a une faible migration à l'inverse plus il est a droite plus il a une forte migration. En effet si plusieurs pigments chlorophylliens sont présents alors ils seront séparés et identifiables sous forme de taches colorées à des endroits différents sur la chromatographie Pour conclure, on peut dire qu'il existe plusieurs type de pigments: chlorophylle b, chlorophylle a, xanthophylle et caroténoïdes.

Activité 2 - Montrer que les pigments absorbent la lumière

Stratégie

Ce que je fais: comparer le spectre de la lumière blanche traversant la solution de chlorophylle brute au spectre traversant le solvant incolore. Comment je fais: en utilisant un instrument permettant de décomposer la lumière dans ses différentes longueurs d’onde : spectroscope à main. Résultats attendus: les différences entre le spectre traversant le solvant seul et celui traversant la solution de chlorophylle brute permettra de déterminer les longueurs d’ondes absorbées.

Communication des résultats:

Comparaison du spectre de la lumière blanche (= sans la solution de chlorophylle) avec le spectre de la lumière traversant la solution de chlorophylle.

Spectre de la lumière traversant la solution de chlorophylle:

Spectre de la lumière blanche

seul couleur qu'il reste

Communication des résultats:

Spectre d’absorption d’une solution de chlorophylle brute obtenu par spectrophotométrie

Absorption en UA

pic d'absorption

Autre exemple: Ce graphique nous montre que la longueur d’onde associée à la couleur verte n’est pas absorbée, mais que les longueurs d’onde rouge et bleue le sont.

Longueur d’onde (λ) en nm

Exploitation des résultats

On voit qu'il ne reste que plus que certaines couleurs: le vert, le jaune et le orange On sait que les différences entre le spectre traversant le solvant seul et celui traversant la solution de chlorophylle brute permette de déterminer les longueurs d’ondes absorbées. Pour conclure, on peut dire que toutes les longueurs ont été absorbés sauf la verte, la jaune et la orange.

Activité 3 - Montrer que ces 2 longueurs d’ondes absorbées dans le bleu et dans le rouge permettent de réaliser la photosynthèse

L’intensité photosynthétique est caractérisée par :

Stratégie Ce que je fais: Je compare l’efficacité de la photosynthèse pour différentes longueurs d’ondes Comment je fais: en mesurant la concentration de O2 sous différentes couleurs de lumière Résultats attendus: efficacité plus forte en bleu et rouge, plus faible en vert

Une expérience historique: Engelmann (1843-1909)

En 1884, Theodor Wilhelm Engelmann place une algue photosynthétique filamenteuse dans une goutte d'eau contenant des bactéries Bacterium termo, qui sont attirées par le dioxygène. Il éclaire différentes portions de l'algue par des lumières de différentes longueurs d'onde et observe la répartition des bactéries.

Exploitation des résultats

On voit qu'à l'obsucurité les bactéries sont dispercés tout autour des algues. Par contre à la lumière blanche les bactéries se disposent tout autour des algues (assez proche/collé) . Et enfin à la lumière décomposée toute les bactéries restent dans la même position que à la lumière blanche sauf au niveau de la couleur verte.( ) On sait que les algues la photosynthètique produisent du dioxygène en présence de lumière. Les bactéries sont attirés par le dioxygène et que lorsque les bactéries sont en nombre très faible ou qu'elles disparaissent ont a affaire à une absorption des bactéries. Pour conclure, lorsque l'activité photosynthétique est importante plus il y a une absorption des bactéries.

Vous élèves de terminales comment feriez-vous avec le matériel du lycée?

Expérience: montage ExAO permettant de tester l’efficacité des différentes longueurs d’onde

Résultat:

Concentration en dioxygène (en mg/L) dans une enceinte contenant des euglènes , en fonction du temps (en min)

Noire:

Noire:

Noire:

Noire:

Noire

Exploitation des résultats

On voit quand il fait noir (zones Noire), la concentration en dioxygène diminue, seule la respiration a lieu.Quand la lumière est allumée :

• Blanche : forte augmentation d’O2.
• Verte : légère augmentation d'O2, elle est constente.
• Rouge : augmentation nette d'O2 mais un peu moins forte que la blanche.
• Bleue : augmentation importante d'O2.

On sait que la photosynthèse produit du dioxygène en présence de lumière. Les pigments chlorophylliens absorbent surtout la lumière bleue et rouge, beaucoup moins la verte. Pour conclure, la photosynthèse est très efficace sous lumière bleue et rouge, moins sous lumière verte. La lumière blanche, qui contient toutes les couleurs, permet la production maximale d’oxygène. Les euglènes utilisent donc préférentiellement la longueur d'onde bleu et la longueur d'onde rouge pour la photosynthèse.

Problèmes à résoudre :

Exploiter les expériences afin de répondre aux 2 problèmes posés.

Problème 1- Origine du dioxygène?

« Expérience de RUBEN et KAMEN (1940) » Des algues vertes sont mises en suspension dans de l’eau dont les molécules sont « marquées » : l’atome d’oxygène des molécules d’eau est l’isotope 18O (isotope normal est 16O). Le dispositif est fortement éclairé. Le dioxygène produit lors de la photosynthèse est récupéré : il est « marqué » ; les atomes constituant les molécules de dioxygène sont des isotopes 18O.

Exploitation des documents

On voit que le Des algues vertes sont placées dans de l’eau lourde contenant l’isotope ¹⁸O (H₂¹⁸O). Quand on éclaire les algues, il y a dégagement de dioxygène (O₂). Le dioxygène libéré est marqué avec l’isotope ¹⁸O (donc c’est du ¹⁸O₂). Quand les algues sont mises à l’obscurité, aucun dégagement de dioxygène marqué n’est observé. Or je sais que la photosynthèse se déroule uniquement à la lumière. Elle produit du dioxygène (O₂) à partir d’une source d’oxygène. Dans l’eau, les atomes d’oxygène proviennent des molécules de H₂O. Les isotopes comme ¹⁸O servent à repérer l’origine des atomes dans les réactions chimiques Donc je peux conclure que le dioxygène (O₂) libéré pendant la photosynthèse provient de l’eau (H₂O) et non du dioxyde de carbone (CO₂). La présence de l’isotope ¹⁸O dans le dioxygène prouve que les atomes d’oxygène libérés viennent de l’eau utilisée par la plante.

Problème 2- Devenir du carbone du dioxyde de carbone absorbé?

Exploitation des documents

On voit que la seule la partie de la feuille exposée à la lumière noircit la pellicule et que l’amidon extrait est radioactif. Or je sais que le noircissement est dû à la présence de carbone 14 issu du CO₂ absorbé et que l’amidon est un produit de la photosynthèse fabriqué à partir de ce carbone. Je peux donc en conclure que le carbone du dioxyde de carbone absorbé à la lumière est incorporé dans l’amidon, montrant que la photosynthèse permet la production de matière organique à partir du CO₂.