Conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique

La production de la matière organique de la part des plantes chlorophyllienne nécessite de l’énergie. Le soleil est considéré comme la source naturelle de l’énergie sous deux formes: La chaleur et la lumière, alors qu’au sein de la matière organique l’énergie prend une nouvelle forme: l’énergie chimique, et donc les plantes chlorophylliennes doivent présenter des structures responsables de lu captage et de la conversion de l’énergie solaire (surtout lumineuse) et la transformer en énergie chimique (molécules chimiques riche en énergie).

• Quelles sont les structures responsables de l’absorption et puis la conversion de l’énergie lumineuse?
• Quels sont les mécanismes et réactions intervenant dans l’exploitation de l’énergie pour produire de la matière organique?

Les pigments chlorophylliens

La production de la matière organique est une caractéristique spécifique des plantes vertes ou chlorophylliennes, ce qui implique l’importance des pigments chlorophylliens.

L’extraction des pigments chlorophylliens

Manipulation:

les étapes de l’extraction de la chlorophylle brute (comportant l’ensemble des pigments) sont présentées dans la document suivant

La séparation des pigments chlorophylliens (par chromatographie)

Manipulation:

Après l’extraction de la chlorophylle brute (solution alcoolique de la chlorophylle) on y ajoute un solvant organique constitué d’un mélange de diluants. Les étapes de cette extraction sont présentées dans le document suivant:

La chromatographie permet d’identifier 4 types de pigments chlorophylliens composant la chlorophylle: La chlorophylle b; chlorophylle a, Xanthophylles, carotène.

Propriétés des pigments chlorophylliens

Absorption des rayons lumineux

• Le spectre de la lumière blanche

La lumière blanche est constituée de pliusieurs types de rayons lumineux qu’on classe en fonction de leur longueur. L’œil humain ne peut capter et identifier qu’un certain nombre des multiples radiations lumineuses: On appelle cette décomposition de la lulmière en rayonnements monochromatiques perceptibles par l’Homme: le spectre de la lumière blanche ( entre une longueur d'onde dans le vide à partir de 380 nanomètres (nm), perçue comme un violet extrêmement sombre (Ultraviolet) , et jusqu'à 780 nm, correspondant à un rouge également à peine perceptible (infrarouge).

• Le spectre d’absorption de la chlorophylle.

Dans un milieu obscure, on expose une cuvette contenant de la chlorophylle à une source de lumière blanche, la lumière passe à travers la chlorophylle, puis traverse un prisme de verre qui fait dissocier la lumière en spectre projeté sur un écran : Le spectre d’absorption de la chlorophylle

• • Analyse et déductions:

En comparant le spectre d’absorption de la chlorophylle au spectre de la lumière blanche, Les radiations de couleurs bleu et rouge (surtout) manquent du spectre de la lumière traversant la chlorophylle (spectre d’absorption).

Les pigments chlorophylliens absorbent, donc, les radiations lumineuses de longueurs d’ondes compatibles à la couleur bleue et rouge.

Les radiations absorbées confèrent à la plante chlorophyllienne l’énergie nécessaire pour l’établissement de la photosynthèse.

Le specctre d’action

• Expérience d’Engelmann (1882)

Le Bacterium termo est un type de bactériie avide de l’oxygène, on exploite cette carctéristuuque pour comprendre la relation entre l’absorption des radiations lumineuses (bleues et rouges) et la photosynthhjèse chez les plantes vertes.

On expose la spirogyre (une algue verte ) à l’action du spectre la lumière blanche, dans un milieu riche en Bacterium termo. Les résultats sont présenttés danss le document suivant:

• On remarque que les bactérie se concentrent au niveau des cellules exposées aux radiations bleues et rouges, ceci implique qu’au niveau de ces cellules la production de l’oxygène est considérable.
• Le rejet de l’O2 est l’un des aspect de la photosynthèse et donc plus la cellule produit de l’O2 et plus efficace sera la photosynthèse.
• Le Spectre d’action: L’intensité de la photosynthèse effectuée par une plante (photosynthétique) en fonction de la longueur d’onde de la lumière qu’elle reçoit.
• On remarque une concordance entre l’évolution du spectre d’action et du spectre d’absorption et ainsi les radiations les plus absorbées (bleues et rouges) sont les plus efficaces et utiles pour la photosynthèse.

Réception et conversion de l’énergie lumineuse

Les plantes chlorophylliennes reçoivent de l’énergie lumineuse qu’elles ytilisent lors de la photosynthèse mais ne peuvent la conserver et doivent ainsi la convertir en une nouvelle forme d’énergie: l’énergie chimique

- La fluorescence:

On expose l’une des faces d’une cuvette de chlorophylle brute à l’action de la lumière blanche, on observe que:

-La couleur de la face exposée à la lumière reste verte

-La couleur de la face postérieure devient rouge.

Les atomes des pigments chlorophylliens reçoivent  l’énergie lumineuse sous forme de photons, les électrons entourant le noyau reçoivent une nouvelle energie (Ex: photon bleu), deviendront instables et vont changer d’orbite. Ces mêmes electrons, en recuperant leur etat initail (orbite initial) dégagent de l'Energie reçue traduite par des photons de longueur d’onde plus grande (photon rouge): L’energie lumineuse est donc captée par les pigments chlorophylliens qui vont pouvoir la transporter et aussi la convertir en energie chimique utilisable dans la producrtion de la matière organique. On appelle les structures responsables du captage des photons: les photosystèmes.

Un photosystème (soit I ou II) est composé de deux centres:

• Une antenne collectrice composée des diffrents types de pigments et responsable de la recéption des photons
• Un centre réactionnel composé des molécules de la chlorophylle « a » qui en recevant les photons de la part de l’antenne collectrice vont s’exciter et devenir instable. La chlorophylle « a » excité perd un éléctron vers des molécules acceptrices d’électrons et devient ainsi oxydée et donc instable. Le retour à l’état stable exige la réduction de la chlorophylle « a » oxydée en recevant un électrons de la part d’autres molécules (donneurs d’électrons)

L’ensemble de ces réaction s’effectuent au niveau du chloroplaste: l’organite renfermant les pigments chlorophylliens.

Le chloroplaste:

Afin de mettre en évidence le role du chloroplaste danss la photosynthèse, on réalise la manipulation présentée par la figure suivante:

Analyse et déductions:

L’apparition de la couleur noire (indice de la synthèse de l’amidon) n’est possible que dans les conditions suivantes:

• Présence de la lumière
• Présence du CO2

Le chloroplaste est donc le siège de la synthèse de la matière organique en absorbant le CO2 du milieu extérieur avec l’exploitation de l’énergie lumineuse (les photons) captés par les pigments chlorophylliens ou photosystèmes dont le siège s’avère aussi le chloroplaste.

structure et ultrastructure du chloroplaste

Le chloroplaste est un organite ovoïde de couleur verte composé de deux compartiments importants:

• Les thylakoïdes: petits « sacs » renferment les pigments chlorophylliens. Les thylakoïdes s’associent pour former un agrégat appelé Granum.
• Le stroma: l’espace interne du chloroplaste ouu baigne l’ensemble des constituants.

La production de la matière organique de la part des plantes chlorophyllienne nécessite de l’énergie. Le soleil est considéré comme la source naturelle de l’énergie sous deux formes: La chaleur et la lumière, alors qu’au sein de la matière organique l’énergie prend une nouvelle forme: l’énergie chimique, et donc les plantes chlorophylliennes doivent présenter des structures responsables de lu captage et de la conversion de l’énergie solaire (surtout lumineuse) et la transformer en énergie chimique (molécules chimiques riche en énergie)

• Quelles sont les structures responsables de l’absorption et puis la conversion de l’énergie lumineuse?
• Quels sont les mécanismes et réactions intervenant dans l’exploitation de l’énergie pour produire de la matière organique?

Les pigments chlorophylliens

La production de la matière organique est une caractéristique spécifique des plantes vertes ou chlorophylliennes, ce qui implique l’importance des pigments chlorophylliens.

L’extraction des pigments chlorophylliens

Manipulation: les étapes de l’extraction de la chlorophylle brute (comportant l’ensemble des pigments) sont présentées dans la document suivant

La séparation des pigments chlorophylliens (par chromatographie)

Après l’extraction de la chlorophylle brute (solution alcoolique de la chlorophylle) on y ajoute un solvant organique constitué d’un mélange de diluants. Les étapes de cette extraction sont présentées dans le document suivant:

 

 

 

 

 

 

 

La chromatographie permet d’identifier 4 types de pigments chlorophylliens composant la chlorophylle: La chlorophylle b; chlorophylle a, Xanthophylles, carotène.

 Propriétés des pigments chlorophylliens

 Absorption des rayons lumineux

• • Le spectre de la lumière blanche

La lumière blanche est constituée de pliusieurs types de rayons lumineux qu’on classe en fonction de leur longueur. L’œil humain ne peut capter et identifier qu’un certain nombre des multiples radiations lumineuses:

On appelle cette décomposition de la lulmière en rayonnements monochromatiques perceptibles par l’Homme: le spectre de la lumière blanche ( entre une longueur d'onde dans le vide à partir de 380 nanomètres (nm), perçue comme un violet extrêmement sombre (Ultraviolet) , et jusqu'à 780 nm, correspondant à un rouge également à peine perceptible (infrarouge).

• • Le spectre d’absorption de la chlorophylle.

Dans un milieu obscure, on expose une cuvette contenant de la chlorophylle à une source de lumière blanche, la lumière passe à travers la chlorophylle, puis traverse un prisme de verre qui fait dissocier la lumière en spectre projeté sur un écran : Le spectre d’absorption de la chlorophylle

Analyse et déductions:

En comparant le spectre d’absorption de la chlorophylle au spectre de la lumière blanche, Les radiations de couleurs bleu et rouge (surtout) manquent du spectre de la lumière traversant la chlorophylle (spectre d’absorption).
Les pigments chlorophylliens absorbent, donc, les radiations lumineuses de longueurs d’ondes compatibles à la couleur bleue et rouge.

Les radiations absorbées confèrent à la plante chlorophyllienne l’énergie nécessaire pour l’établissement de la photosynthèse.

Le spectre d’action

• • Expérience d’Engelmann (1882)

Le Bacterium termo est un type de bactériie avide de l’oxygène, on exploite cette carctéristuuque pour comprendre la relation entre l’absorption des radiations lumineuses (bleues et rouges) et la photosynthhjèse chez les plantes vertes.

On expose la spirogyre (une algue verte ) à l’action du spectre la lumière blanche, dans un milieu riche en Bacterium termo. Les résultats sont présenttés danss le document suivant:

On remarque que les bactérie se concentrent au niveau des cellules exposées aux radiations bleues et rouges, ceci implique qu’au niveau de ces cellules la production de l’oxygène est considérable.

Le rejet de l’O2 est l’un des aspect de la photosynthèse et donc plus la cellule produit de l’O2 et plus efficace sera la photosynthèse.

Le Spectre d’action: L’intensité de la photosynthèse effectuée par une plante (photosynthétique) en fonction de la longueur d’onde de la lumière qu’elle reçoit.

 

 

 

 

 

On remarque une concordance entre l’évolution du spectre d’action et du spectre d’absorption et ainsi les radiations les plus absorbées (bleues et rouges) sont les plus efficaces et utiles pour la photosynthèse.

Réception et conversion de l’énergie lumineuse

Les plantes chlorophylliennes reçoivent de l’énergie lumineuse qu’elles ytilisent lors de la photosynthèse mais ne peuvent la conserver et doivent ainsi la convertir en une nouvelle forme d’énergie: l’énergie chimique

• • La fluorescence:

On expose l’une des faces d’une cuvette de chlorophylle brute à l’action de la lumière blanche, on observe que:

• La couleur de la face exposée à la lumière reste verte
• La couleur de la face postérieure devient rouge.

Les atomes des pigments chlorophylliens reçoivent  l’énergie lumineuse sous forme de photons, les électrons entourant le noyau reçoivent une nouvelle energie (Ex: photon bleu), deviendront instables et vont changer d’orbite. Ces mêmes electrons, en recuperant leur etat initail (orbite initial) dégagent de l'Energie reçue traduite par des photons de longueur d’onde plus grande (photon rouge): L’energie lumineuse est donc captée par les pigments chlorophylliens qui vont pouvoir la transporter et aussi la convertir en energie chimique utilisable dans la producrtion de la matière organique. On appelle les structures responsables du captage des photons; les photosystèmes.

Un photosystème (soit I ou II) est composé de deux centres:

• Une antenne collectrice composée des diffrents types de pigments et responsable de la recéption des photons
• Un centre réactionnel composé des molécules de la chlorophylle « a » qui en recevant les photons de la part de l’antenne collectrice vont s’exciter et devenir instable. La chlorophylle « a » excité perd un éléctron vers des molécules acceptrices d’électrons et devient ainsi oxydée et donc instable. Le retour à l’état stable exige la réduction de la chlorophylle « a » oxydée en recevant un électrons de la part d’autres molécules (donneurs d’électrons)

L’ensemble de ces réaction s’effectuent au niveau du chloroplaste: l’organite renfermant les pigments chlorophylliens

Le chloroplaste:

Afin de mettre en évidence le role du chloroplaste danss la photosynthèse, on réalise la manipulation présentée par la figure suivante:
Analyse et déductions:

L’apparition de la couleur noire (indice de la synthèse de l’amidon) n’est possible que dans les conditions suivantes:

• Présence de la lumière
• Présence du CO2

Le chloroplaste est donc le siège de la synthèse de la matière organique en absorbant le CO2 du milieu extérieur avec l’exploitation de l’énergie lumineuse (les photons) captés par les pigments chlorophylliens ou photosystèmes dont le siège s’avère aussi le chloroplaste.

e- structure et ultrastructure du chloroplaste

Le chloroplaste est un organite ovoïde de couleur verte composé de deux compartiments importants:

• Les thylakoïdes: petits « sacs » renferment les pigments chlorophylliens. Les thylakoïdes s’associent pour former un agrégat appelé Granum.
• Le stroma: l’espace interne du chloroplaste ouu baigne l’ensemble des constituants.

Les principales réactions de la photosynthèse