[PDF] TP 3 : La phase photochimique de la photosynthèse

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Partie 1 : Energie et cellule vivanteTS Spé SVT TP 3 : La phase photochimique de la photosynthèse

Mise en situation et recherche à mener

Une partie de la photosynthèse se déroule obligatoirement en présence de lumière : c'est la phase photochimique de la photosynthèse. Elle conduit

entre autre à la production de molécules d'O2, par oxydation de molécules d'eau, H20.

Robert Hill montra en 1937 que le dégagement d'O2 peut être obtenu avec des chloroplastes isolés exposés à la lumière à condition que le milieu

contienne une substance chimique capable de fixer des électrons, molécule qualifiée donc d'oxydant. Ainsi, les réactions chimiques qui se produisent

lors de la photosynthèse correspondent à des réactions d'oxydoréduction.

Pour certains chercheurs, l'oxydant est la molécule de CO2 alors que d'autres pensent qu'il s'agit d'une autre molécule. C'est ainsi que R. Hill utilise du

ferrocyanure de potassium en envisageant que cette molécule joue le rôle d'oxydant au cours de la photosynthèse.

On cherche à déterminer le nom de la molécule qui joue le rôle d'oxydant, élément indispensable à la réalisation de la photosynthèse.

Ressources

Couplage de l'oxydation de l'eau et de la réduction d'une molécule au sein des chloroplastes (thylacoïdes) à la lumière - R est l'oxydant : il passe de l'état oxydé (R) à l'état réduit (RH2)

- H20 est le réducteur : il passe de l'état réduit à l'état oxydéMatériel disponible:

- végétal chlorophyllien frais

Matériel envisageable :

- de laboratoire (verrerie, instruments ...) - d'observation (microscope, loupe binoculaire...) - de mesure et d'expérimentation (balance, chaine ExAO...) - informatique et d'acquisition numérique Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème

Réfléchir à une démarche d'investigation permettant de déterminer si, dans les chloroplastes éclairés, le CO2 est le composé réduit lors de l'oxydation

de l'eau.

Conseil : Rédiger une courte réponse en précisant : 1). ce que vous voulez réaliser ; 2). comment vous allez le réaliser ; 3). quels sont les résultats que vous

attendez.2 R2 RH2 Partie 1 : Energie et cellule vivanteTS Spé SVT Etape 2 : Mettre en oeuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables

Mettre en oeuvre le protocole ExAO afin de montrer que, dans une suspension de fragments de chloroplastes éclairés et malgré la présence de CO2,

un oxydant intermédiaire (réactif de Hill) est nécessaire pour que la réaction d'oxydation de l'eau ait lieu.

Appeler l'enseignant pour vérifier, puis évaluer la réalisation des 3 étapes de votre protocole et les résultats obtenus

- étape 1 : préparation de la solution de chloroplastes - étape 2 : préparation du dispositif de mesure - étape 3 : réalisation des mesures dans les 4 conditions expérimentales successives Etape 3 : Présenter des résultats pour les communiquer Sous la forme de votre choix, traiter les résultats obtenus pour les communiquer.

Conseil : il s'agit ici de présenter les résultats obtenus sous une forme claire, scientifique et rigoureuse. Vous avez le choix de la présentation en veillant à

choisir une forme pertinente.

Etape 4 : Exploitation des données

Exploiter les résultats obtenus pour déterminer si le CO2 est le composé qui est réduit lors de l'oxydation de l'eau au cours de la phase photochimique.

Partie 1 : Energie et cellule vivanteTS Spé SVT Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel

Matériel:

- des végétaux chlorophylliens frais - des ciseaux, un mortier contenant du sable, et un pilon - deux solutions tampons (tris- saccharose pH 10,5 ; phosphate saccharose pH 6,5) - un entonnoir avec coton, + béchers, glaçons et papier d'aluminium - une chaîne d'acquisition ExAO comprenant une sonde à O2 et un logiciel d'acquisition avec sa fiche technique - une lampe - une pipette munie de la propipette - une seringue de 1mL - une seringue de 20 mL - du papier absorbant - un oxydant = réactif de Hill - des gants et une blouseEtape 1 : préparation de la solution de chloroplastes

- Découper 10g de feuilles d'épinard (sans les nervures) en petits morceaux et les déposer dans le mortier sorti du réfrigérateur.

- Ajouter un peu de sable, puis verser 3 mL de solution tampon tris-saccharose pH 10,5 et broyer.

- En poursuivant le broyage, ajouter progressivement 20mL de solution tampon phosphate saccharose pH 6,5. Le broyage doit être

réalisé avec modération pendant au moins 2 minutes.

- Filtrer dans un entonnoir pourvu de coton, disposé au-dessus du bécher lui-même installé dans la glace.

- Conserver la suspension de chloroplastes ainsi obtenue à l'obscurité et au froid (bécher conservé dans la glace et refermé avec du

papier d'aluminium) jusqu'au moment de la mesure.

Remarque : le broyage des feuilles a pour effet de détruire les cellules et ainsi " libérer » les chloroplastes. Les molécules R qui

assurent naturellement le rôle d'oxydant dans les chloroplastes sont rapidement détruites et donc absentes de la solution de

chloroplastes. Etape 2 : Réalisation des mesures de concentration d'O2

Vous rechercherez si la solution de chloroplastes dégagent de l'O2 dans les conditions suivantes :

- à l'obscurité : pendant 3 minutes (de t0 à t = 3 min) - à la lumière : pendant 3 minutes (de t = 3 min à t = 6 min)

- à la lumière, en présence d'un oxydant fort (réactif de Hill) : pendant 3 minutes (de t = 6 min à t = 9 min)

- à l'obscurité, en présence d'un oxydant fort : pendant 3 minutes (de t = 9 min à t = 12 min)

Protocole à suivre :

- Préparer la petite seringue d'injection en la remplissant de 0.5 mL de Réactif de Hill (½ seringue) - veiller à éliminer des éventuelles

bulles d'air qui apporteraient de l'O2 dans la solution !

- Remplir le bio-réacteur avec environ 12 ml de votre solution de chloroplastes (à prélever avec la pipette munie d'une propipette)

- Remplir l'enceinte thermostatique (qui entoure la cuve du bioréacteur) avec de l'eau froide

- Vérifier l'installation correcte des capteurs (oxymètre et luxmètre) sur le couvercle de l'enceinte

- Préparer le dispositif d'éclairage et paramétrer, sur le logiciel, l'expérience sur 12 minutes

- Mettre l'agitateur en fonction et attendre l'homogénéisation de la suspension par l'agitateur

- Lancer les mesures en respectant les conditions des 4 étapes indiquées au-dessus. Partie 1 : Energie et cellule vivanteTS Spé SVT

Correction proposée

Etape 1 : Stratégie proposée

Je cherche à déterminer si le CO2 est le composé qui est réduit lors de l'oxydation de l'eau au cours de la phase photochimique de la photosynthèse.

Pour cela, je vais réaliser des expérimentations en utilisant des solutions de chloroplastes placées à la lumière, donc dans les conditions de la phase

photochimique. Je vais alors vérifier, à l'aide d'une sonde à O2 (ou oxymètre), que cette solution de chloroplastes peut produire de l'O2 ce qui

indiquera que les molécules d'H2O sont oxydées et donc qu'un composé a été réduit, phénomène obligatoirement couplé à la production d'O2.

Je vais utiliser plusieurs solutions de chloroplastes : •solution 1 : une solution de chloroplastes dépourvue de CO2 et de tout composé oxydant ; •solution 2 : une solution de chloroplastes contenant en plus du CO2 ;

•solution 3 : une solution de chloroplastes dépourvue de CO2 mais contenant un autre oxydant.

Si on observe un dégagement d'O2 avec la solution 2 mais aucun dégagement d'O2 avec les deux autres solutions, je pourrai en déduire que le CO2

est le composé qui est réduit au cours de cette étape.

Si on observe au contraire un dégagement d'O2 avec la solution 3 mais aucun dégagement d'O2 avec les deux autres solutions, je pourrai en

déduire que le CO2 n'est pas le composé qui est réduit au cours de cette étape. Normalement, aucun dégagement d'O2 ne doit être mesuré avec la

solution 1.

Etape 3 : évolution de la production de O2 d'une solution de chloroplastes placées dans différentes conditions

source : http://labopathe.free.fr/hill.html Partie 1 : Energie et cellule vivanteTS Spé SVT

Etape 4 : Exploitation des résultats

Je constate que en présence de CO2 et de lumière, les chloroplastes n'ont pas produit d'O2. La production d'O2 est observée

uniquement si la solution de chloroplastes se trouve à la lumière et en présence du réactif de Hill.

Or nous savons que la production d'O2 se réalise par oxydation des molécules d'H2O qui est couplée à la réduction de composés.

On en déduit donc que ce n'est pas le CO2 qui est réduit car dans ce cas nous aurions mesuré un dégagement d'O2 lorsque la solution

de chloroplastes était placée à la lumière (soit entre 120 et 240 secondes). Nous pouvons préciser que le composé réduit est ici assuré

par le réactif de Hill.quotesdbs_dbs22.pdfusesText_28

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