- décrire la relation entre la structure des chloroplastes, telle qu'elle est représentée dans les schémas et les micrographies électroniques, et leur fonction
- expliquer que l'énergie transférée sous forme d'ATP et de NADP réduit lors de la phase dépendante de la lumière est utilisée pendant la phase indépendante de la lumière (cycle de Calvin) de la photosynthèse pour produire des molécules organiques complexes
- affirmer qu'à l'intérieur d'un chloroplaste, les thylakoïdes (membranes thylakoïdiennes et espaces thylakoïdiens), qui se présentent en amas appelés grana, constituent le site de la phase dépendante de la lumière et que le stroma est le site de la phase indépendante de la lumière
- décrire le rôle des pigments chlorophylliens (chlorophylle a, chlorophylle b, carotène et xanthophylle) dans l'absorption de la lumière au niveau des thylakoïdes
- interpréter les spectres d'absorption des pigments chlorophylliens et les spectres d'action de la photosynthèse
- décrire et utiliser la chromatographie pour séparer et identifier les pigments chlorophylliens (il convient de mentionner les valeurs $R_f$ dans l'identification des pigments chlorophylliens)
- affirmer que la photophosphorylation cyclique et la photophosphorylation non cyclique se produisent lors de la phase dépendante de la lumière de la photosynthèse
- expliquer que dans la photophosphorylation cyclique : • seul le photosystème I (PSI) est impliqué • une photoactivation de la chlorophylle se produit • de l'ATP est synthétisé
- expliquer que dans la photophosphorylation non cyclique : • le photosystème I (PSI) et le photosystème II (PSII) sont tous deux impliqués • une photoactivation de la chlorophylle se produit • le complexe libérant de l'oxygène catalyse la photolyse de l'eau • de l'ATP et du NADP réduit sont synthétisés
- expliquer que durant la photophosphorylation : • des électrons énergétiques libèrent de l'énergie lorsqu'ils passent à travers la chaîne de transport d'électrons (les détails des transporteurs ne sont pas attendus) • l'énergie libérée est utilisée pour transférer des protons à travers la membrane thylakoïdienne • les protons retournent vers le stroma depuis l'espace thylakoïdien par diffusion facilitée via l'ATP synthase, fournissant l'énergie nécessaire à la synthèse de l'ATP (les détails de l'ATP synthase ne sont pas attendus)
- exposer les trois principales étapes du cycle de Calvin : • la rubisco catalyse la fixation du dioxyde de carbone par combinaison avec une molécule de ribulose bisphosphate (RuBP), un composé à 5C, pour donner deux molécules de glycérate 3-phosphate (GP), un composé à 3C • le GP est réduit en triose phosphate (TP) dans des réactions impliquant du NADP réduit et de l'ATP • la RuBP est régénérée à partir du TP dans des réactions utilisant de l'ATP
- affirmer que les intermédiaires du cycle de Calvin sont utilisés pour produire d'autres molécules, limités à la production de certains acides aminés à partir de GP et à la production de glucides, lipides et acides aminés à partir de TP
Photosynthèse
Biologie A-Level · Sujet 13
8:58
Photosynthèse
Voici une chose étrange à propos d'un arbre. Presque aucune partie de lui ne provenait du sol. Le bois, les feuilles, les fruits — presque toute cette masse a été extraite de…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
13.1
Le chloroplaste
Programme
Source : Programme Cambridge International
La photosynthèse 光合作用 se déroule à l'intérieur du chloroplaste 叶绿体. Sa structure est adaptée à ses deux étapes :
- à l'intérieur se trouvent des empilements de sacs plats appelés thylakoïdes 类囊体. Un empilement de thylakoïdes constitue un granum (pluriel grana 基粒). Les membranes des thylakoïdes abritent les pigments captant la lumière et constituent le site de la première étape.
- le fluide entourant les thylakoïdes est le stroma 基质, site de la seconde étape.



Explorer le chloroplaste
Appuyez sur chaque partie. L'étape dépendante de la lumière se déroule sur les membranes thylakoïdiennes (grana) ; le cycle de Calvin a lieu dans le stroma autour d'eux.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ | 光合作用 | guāng hé zuò yòng |
| chloroplast/ˈklɔːrəʊplæst/ | 叶绿体 | yè lǜ tǐ |
| thylakoid/ˈθaɪləkɔɪd/ | 类囊体 | lèi náng tǐ |
| grana/ˈɡrɑːnə/ | 基粒 | jī lì |
| stroma/ˈstrəʊmə/ | 基质 | jī zhì |
| light-dependent stage/laɪt dɪˈpendənt steɪdʒ/ | 光反应阶段 | guāng fǎn yìng jiē duàn |
| reduce/rɪˈdjuːs/ | 还原 | huán yuán |
| light-independent stage/laɪt ˌɪndɪˈpendənt steɪdʒ/ | 暗反应阶段 | àn fǎn yìng jiē duàn |
13.1
Les deux étapes de la photosynthèse
La photosynthèse comprend deux étapes liées :
- l'étape dépendante de la lumière 光反应阶段 a lieu dans les thylakoïdes. Elle utilise l'énergie lumineuse pour produire de l'ATP et du NADP réduit 还原 NADP.
- l'étape indépendante de la lumière 暗反应阶段, aussi appelée cycle de Calvin 卡尔文循环, a lieu dans le stroma. Elle utilise l'ATP et le NADP réduit produits lors de la première étape pour construire des molécules organiques complexes à partir de dioxyde de carbone 二氧化碳.

13.1
Pigments du chloroplaste
Un pigment 色素 est une substance colorée absorbant la lumière. Les thylakoïdes contiennent plusieurs pigments qui travaillent ensemble pour capturer autant de lumière que possible :
- la chlorophylle 叶绿素 a et la chlorophylle b (qui absorbent principalement la lumière rouge et bleue),
- la carotène 胡萝卜素 et la xanthophylle 叶黄素 (qui absorbent d'autres couleurs et transmettent l'énergie).
Nous les étudions à l'aide de deux graphiques. Un spectre d'absorption 吸收光谱 montre combien de lumière chaque pigment absorbe à chaque longueur d'onde. Un spectre d'action 作用光谱 montre la vitesse de la photosynthèse à chaque longueur d'onde. Les deux graphiques correspondent étroitement, ce qui prouve que les pigments pilotent la photosynthèse.

Vous pouvez séparer les pigments par chromatographie 色谱法: les pigments migrent à des distances différentes sur le papier. Chaque pigment est identifié par sa valeur Rf 比移值 (la distance parcourue par le pigment divisée par la distance parcourue par le solvant).

| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| pigment/ˈpɪɡmənt/ | 色素 | sè sù |
| chlorophyll/ˌklɔːrəʊˈfɪl/ | 叶绿素 | yè lǜ sù |
| carotene/ˈkærəʊtiːn/ | 胡萝卜素 | hú luó bo sù |
| xanthophyll/ˈzænθəfɪl/ | 叶黄素 | yè huáng sù |
| absorption spectrum/əbˈsɔːpʃn ˈspektrəm/ | 吸收光谱 | xī shōu guāng pǔ |
| action spectrum/ˈækʃn ˈspektrəm/ | 作用光谱 | zuò yòng guāng pǔ |
| chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ | 色谱法 | sè pǔ fǎ |
| Rf value/ˌɑːˈref ˈvæljuː/ | 比移值 | bǐ yí zhí |
13.1
La phase dépendante de la lumière
Dans les thylakoïdes, la lumière est utilisée pour produire de l'ATP. C'est la photophosphorylation 光合磷酸化, qui existe sous deux formes.
Dans la photophosphorylation cyclique 循环光合磷酸化:
- seul le photosystème 光系统 I (PSI) est utilisé.
- une photoactivation 光激活 de la chlorophylle se produit (la lumière élève ses électrons 电子 à un niveau d'énergie plus élevé).
- seul de l'ATP est produit.
Dans la photophosphorylation non cyclique 非循环光合磷酸化:
- les deux photosystèmes I (PSI) et II (PSII) sont utilisés.
- une photoactivation de la chlorophylle se produit.
- le complexe libérateur d'oxygène 放氧复合体 effectue la photolyse 光解 (splitting by light) de l'eau, ce qui libère de l'oxygène 氧气.
- de l'ATP et du NADP réduit sont produits.

Dans les deux formes, l'énergie est libérée de la même manière:
- des électrons énergétiques passent le long d'une chaîne de transport d'électrons 电子传递链, libérant de l'énergie au passage.
- cette énergie est utilisée pour pomper des protons 质子 à travers la membrane des thylakoïdes.
- les protons retournent dans le stroma via l'ATP synthase ATP合酶, et ce flux fournit l'énergie nécessaire à la production d'ATP.
L'étape dépendante de la lumière
Étape par étape. La lumière excite les électrons et scinde l'eau ; le résultat est de l'ATP, du NADP réduit et de l'oxygène.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| photophosphorylation/ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ | 光合磷酸化 | guāng hé lín suān huà |
| cyclic photophosphorylation/ˈsaɪklɪk ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ | 循环光合磷酸化 | xún huán guāng hé lín suān huà |
| photosystem/ˌfəʊtəʊˈsɪstəm/ | 光系统 | guāng xì tǒng |
| photoactivation/ˌfəʊtəʊˌæktɪˈveɪʃn/ | 光激活 | guāng jī huó |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | 电子 | diàn zi |
| non-cyclic photophosphorylation/nɒn ˈsaɪklɪk ˌfəʊtəʊˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ | 非循环光合磷酸化 | fēi xún huán guāng hé lín suān huà |
| oxygen-evolving complex/ˈɒksɪdʒn ɪˈvɒlvɪŋ ˈkɒmpleks/ | 放氧复合体 | fàng yǎng fù hé tǐ |
| photolysis/fəʊˈtɒləsɪs/ | 光解 | guāng jiě |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ | 电子传递链 | diàn zi chuán dì liàn |
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ | ATP合酶 | hé méi |
13.1
Le cycle de Calvin
La phase indépendante de la lumière construit des sucres en trois étapes principales:
- fixation 固定 — l'enzyme 酶 rubisco lie le dioxyde de carbone à une molécule à 5 carbones, la RuBP (ribulose bisphosphate). Cela forme deux molécules d'un composé à 3 carbones, le GP (glycérate 3-phosphate).
- réduction — le GP est réduit en TP (triose phosphate) en utilisant du NADP réduit et de l'ATP provenant de la phase dépendante de la lumière.
- régénération — la plupart du TP est utilisé pour régénérer 再生 la RuBP (en utilisant davantage d'ATP), afin que le cycle puisse continuer.

Une partie du TP quitte le cycle pour former des molécules utiles. Le GP peut servir à fabriquer certains acides aminés 氨基酸, et le TP peut être utilisé pour produire des hydrates de carbone 碳水化合物, des lipides 脂质 et des acides aminés.
Le cycle de Calvin
Parcourez le cycle. Le CO₂ est fixé sur la RuBP, réduit en sucre en utilisant l'ATP et le NADP de l'étape lumineuse, et la RuBP est régénérée.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| Calvin cycle/ˈkælvɪn ˈsaɪkl/ | 卡尔文循环 | kǎ ěr wén xún huán |
| carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ | 二氧化碳 | èr yǎng huà tàn |
| fixation/fɪkˈseɪʃn/ | 固定 | gù dìng |
| enzyme/ˈenzaɪm/ | 酶 | méi |
| regenerate/riːˈdʒenəreɪt/ | 再生 | zài shēng |
| amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ | 氨基酸 | ān jī suān |
| carbohydrate/ˌkɑːbəʊˈhaɪdreɪt/ | 碳水化合物 | tàn shuǐ huà hé wù |
| lipid/ˈlɪpɪd/ | 脂质 | zhī zhì |
13.2
Facteurs limitants
Programme
- affirmer que l'intensité lumineuse, la concentration en dioxyde de carbone et la température sont des exemples de facteurs limitants de la photosynthèse
- expliquer les effets des variations d'intensité lumineuse, de concentration en dioxyde de carbone et de température sur le taux de photosynthèse
- décrire et réaliser des investigations utilisant des indicateurs redox, y compris le DCPIP et le bleu de méthylène, ainsi qu'une suspension de chloroplastes pour déterminer les effets de l'intensité lumineuse et de la longueur d'onde de la lumière sur le taux de photosynthèse
- décrire et réaliser des investigations utilisant des plantes entières, y compris des plantes aquatiques, pour déterminer les effets de l'intensité lumineuse, de la concentration en dioxyde de carbone et de la température sur le taux de photosynthèse
Source : Programme Cambridge International
Un facteur limitant 限制因素 est celui qui est le moins abondant et qui ralentit le taux de photosynthèse. Les trois principaux sont l'intensité lumineuse 光照强度, la concentration en dioxyde de carbone 浓度, et la température 温度.
- augmenter l'intensité lumineuse accélère la photosynthèse, jusqu'à ce qu'un autre facteur devienne limitant.
- augmenter la concentration en dioxyde de carbone l'accélère, jusqu'à ce qu'un autre facteur devienne limitant.
- augmenter la température l'accélère, mais seulement jusqu'à un optimum; si elle est trop élevée, les enzymes se dénaturent.

Vous pouvez mesurer le taux de la phase dépendante de la lumière avec un indicateur redox 指示剂 tel que le DCPIP ou le bleu de méthylène et une suspension de chloroplastes: le colorant perd sa couleur lorsque les chloroplastes fonctionnent, et vous pouvez tester différentes intensités lumineuses ou différents longueurs d'onde 波长. Avec une plante aquatique entière, vous pouvez compter les bulles d'oxygène dégagées pour comparer les taux dans différentes conditions.
Exemple résolu. Une plante qui photosynthétise régulièrement est subitement privée de dioxyde de carbone. Que devient le niveau de GP et de RuBP? Suivez le cycle étape par étape. Le dioxyde de carbone est fixé quand la RuBP le combine, catalysée par la rubisco, pour former le GP. Retirez le dioxyde de carbone et cette réaction s'arrête, donc le GP n'est plus produit - alors que le GP continue d'être consommé, réduit en TP en utilisant l'ATP et le NADP réduit. Donc GP diminue. Pendant ce temps, la RuBP est encore régénérée à partir du TP mais n'est plus consommée, donc RuBP augmente. La méthode ne change jamais: trouvez la réaction qui s'arrête, puis demandez pour chaque substance si elle est toujours produite et toujours utilisée. Remplacer la lumière donne l'image miroir: sans ATP ni NADP réduit, le GP ne peut pas être réduit, donc GP augmente et RuBP diminue.
Ce qui limite la photosynthèse
Changez la lumière et le CO₂. Le taux est fixé par le facteur qui est le plus rare ; augmenter les autres n'aidera pas.
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| limiting factor/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfæktə/ | 限制因素 | xiàn zhì yīn sù |
| light intensity/laɪt ɪnˈtensɪti/ | 光照强度 | guāng zhào qiáng dù |
| concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ | 浓度 | nóng dù |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | 温度 | wēn dù |
| indicator/ˈɪndɪkeɪtə/ | 指示剂 | zhǐ shì jì |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | 波长 | bō cháng |
| aquatic plant/əˈkwætɪk plænt/ | 水生植物 | shuǐ shēng zhí wù |
13.2
Conseils d'examen
- Séparez les deux étapes : dépendante de la lumière (thylakoïde — photolyse, ATP, NADP réduit, O2) et le cycle de Calvin (stroma — CO2 fixé par la rubisco, GP → TP).
- Lisez les graphiques de facteur limitant : le plateau est là où un facteur différent (lumière, CO2 ou température) limite la vitesse.
- Interprétez la chromatographie avec la valeur $R_f$ pour identifier les pigments.
- Reliez la structure des chloroplastes à leur fonction (empilements de thylakoïdes pour les réactions lumineuses; stroma pour le cycle de Calvin).
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.