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Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR) - PowerPoint PPT Presentation


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Licence professionnelle Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR). Biologie Végétale Avancée Grandes fonctions de la Plante : La photosynthèse. Autotrophes :. Hétérotrophes :. Respiration ou fermentation.

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Presentation Transcript

Licence professionnelle

Aménagement et Gestion Écologiques des Paysages URbains (AGÉPUR)

Biologie Végétale Avancée

Grandes fonctions de la Plante : La photosynthèse


Autotrophes :

Hétérotrophes :

Respiration ou fermentation.

Transforment la matière organique végétale en matière organique animale.

1. Photosynthèse et respiration

Photosynthèse et respiration.

Fabriquent leur propre matière organique.


2. Les chloroplastes

Responsables de la photosynthèse dans les parties vertes des plantes.


Caroténoïde le plus abondant = -carotène

-carotène

2 vitamines A

1 mm2 de feuille peut contenir ~ 500,000 chloroplastes.

La membrane des thylakoïdes contient des pigments :

  • Chlorophylle a et b (vert)

  • Caroténoïdes et xantophylles (jaune à rouge)

Chaque année, toute la chlorophylle des plantes (~ 300 millions de tonnes) est synthétisée et dégradée environ trois fois.

Si la chlorophylle se dégrade plus vite qu'elle n'est synthétisée, on voit alors apparaître les autres pigments.


CO2 + H2O

CH2O + O2

Plus précisément :

6 CO2 + 6 H2O

1 C6H12O6 + 6 O2

Plus précisément encore

6 CO2 + 12 H2O

1 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Équation générale de la photosynthèse


6 CO216 + 6 H2O18

Glucose16 + 6 O218

O2 Provient de l'eau

Un arbre moyen absorbe chaque année environ 12 Kg de CO2, une quantité équivalente à celle émise par une voiture roulant sur une distance de 7,000 Km. Il rejette également suffisamment d’oxygène pour assurer la respiration d’une famille de quatre personnes pendant un an.


Absorption de la lumière

Lumière visible : 380 à 750 nm


Expérience de Thomas Engelmann (années 1880)

Bactéries attirées par l’oxygène

Le rendement de la photosynthèse n’est pas le même à toutes les longueurs d’onde (couleurs)

algue filamenteuse spirogyre


Les différents pigments n'absorbent pas la lumière de la même façon.

L'énergie absorbée par les pigments accessoires (chlorophylle b, caroté-noïdes et xantophylles) est transmise à la chlorophylle a.



La chromatographie (chroma = couleur) fut inventée en Russie par Mikhail Tswett en 1901. En utilisant une colonne remplie de carbonate de calcium et de l'éther de pétrole, il réussit à séparer 6 pigments différents à partir d'un extrait de feuille.

http://www.scienceamusante.net/wiki/index.php?title=La_chlorophylle


Résultats de la chromatographie de la solution de pigments (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

carotène

Xanthophylles (violaxanthine et néoxanthine)

Chlorophylle b

Chlorophylle a


Chromatographie sur papier (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)


3. Adaptation des plantes à l'aridité (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

  • Plantes au métabolisme C4

  • Plantes au métabolisme CAM


Gaine fasciculaire (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole) = gaine de cellules entourant les nervures de la feuille

Plantes au métabolisme C4

Ex.Canne à sucre et maïs

Coupes de feuilles C3 et C4

Notez la disposition des cellules de parenchyme (mésophylle) dans la feuille en C3 et celle en C4

Notez aussi que les cellules de la gaine fasciculaire des plantes en C4 ont des chloroplastes


Coupe d'une feuille de maïs (plante au métabolisme C (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)4)

  • Cellules du mésophylle n'ont pas les enzymes du cycle de Calvin (pas de RubisCO).

  • Ces enzymes sont dans les cellules de la gaine fasciculaire.


PEP carboxylase (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

C3 + CO2

C4

1. Le CO2 pénètre dans la feuille par les stomates.

2. Le CO2 pénètre dans les cellules du mésophylle.

3. Le CO2 se combine à un composé à 3 C (acide phosphoénolpyruvique) pour former un composé à 4 C (acide oxaloacétique). La réaction est catalysée par la PEP carboxylase.

PEP carboxylase ne peut pas se lier à l'oxygène comme la RuDP carboxylase.


C4 (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

C3 + CO2

Calvin

4. Le composé à 4C (acide oxaloacétique) migre dans les cellules de la gaine fasciculaire.

5. Le composé à 4C est converti en un composé à 3 C et en CO2 qui entre dans le cycle de Calvin.


La concentration en CO (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)2 dans les cellules de la gaine est toujours élevée.

DONC

Très peu de photorespiration.

Le métabolisme C4 est une adaptation à l'aridité. Même si le taux de photosynthèse est élevé (chaleur, température élevée, lumière abondante) la photorespiration est minimisée.


~ 95% des 260,000 espèces connues de plantes = C (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)3

~ 5% = C4

Pourquoi les plantes au métabolisme C4 ne sont-elles pas plus répandues?

  • C3 :Il faut 18 ATP pour produire un glucose (3 ATP par CO2)

  • C4 :Il faut 30 ATP pour produire un glucose (5 ATP par CO2)

Pourquoi les plantes au métabolisme C4 sont-elles surtout des plantes qui poussent sous des climats chauds et arides?


Plantes au métabolisme CAM (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)

CAM =CrassulaceanAcidMetabolism

= métabolisme découvert chez des plantes appartenant à la famille desCrassulaceae.

Ce type de métabolisme est présent dans de nombreuses autres familles de plantes (~ 20 familles).

Ex. Cactus, Ananas, Orchidées

Plus répandu que le métabolisme C4

  • Les plantes CAM ouvrent leurs stomates la nuit.

  • L'acidité de leurs feuilles augmente la nuit (pH peut baisser jusqu'à 4) et diminue le jour.


CO (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)2 + C3

C4 (acide malique)

La nuit :

  • Ouverture des stomates.

  • Absorption de CO2.

  • CO2 réagit avec un composé à 3 C pour former un composé acide à 4C (acide malique).

  • L'acide malique s'accumule dans les cellules au cours de la nuit (ce qui fait baisser le pH).

Le jour :

  • Les stomates se ferment (ce qui limite les pertes d'eau).

  • L'acide malique est converti en un composé à 3C et en CO2.


Métabolisme CAM (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)


  • Chez les plantes C (phase stationnaire = amidon, phase mobile = éther de pétrole)4, la photosynthèse se déroule àdeux endroits différentsde la feuille.

  • Chez les plantes CAM, la photosynthèse se déroule àdeux moments différents.

Les plantes au métabolisme C4 et CAM sont particulièrement bien adaptées aux climats chauds et secs. Pourquoi?


Distribution de plantes C3, C4 et CAM dans l'environnement semi-aride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude.

Comment expliquez-vous ces courbes?


RuBisCO semi-aride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude.

RuBisCO

Représentation schématique des métabolismes C3 et C4

(Cx) : nombre de carbones

Métabolisme C4

Métabolisme C3

CO2 et O2

CO2 et O2

CO2 O2

O2 CO2

PEP (C3)

Oxaloacétate

(C4)

PEP

carboxylase

PEP :

Phosphoenolpyruvate

ATP

Cytoplasme

RibuloseBP (C5)

Mésophylle

C3

C4

C3

Cycle de Calvin

Gaine

périvasculaire

CO2

Carboxylase

(Photosynthèse)

Oxygénase

(Photorespiration)

RibuloseBP (C5)

1 PGA (C3)

1 Phosphoglycolate (C2)

2 PGA (C3)

Cycle de

Calvin

PGA :

Phosphoglycerate

2 PGA (C3)

Saccharose

CO2

Saccharose

12


Photographies (MET) de chloroplastes semi-aride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude.

A

B

C


RuBisCO (C4-Gaine périvasculaire) semi-aride du Parc National Big Bend au Texas selon un gradient en température et humidité lié à l'altitude.

PEPc (C4-Gaine périvasculaire)

RuBisCO (C4- Mésophylle)

PEPc (C4-Mésophylle)

RuBisCO (C3)

PEPc (C3)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

mg CO2assimilé/dm2 /h

Affinité de la RuBisCO et de la PEPc pour le CO2 et l’O2

T

e

m

pér

at

ure

s

S

o

l

ub

i

l

it

é

M

)

Rapport

O2

/

CO2

(°C)

  • Pour la RuBisCO (C3 et C4)

  • - Km (CO2) = 17,5 M

  • Km (O2) = 196 M

  • Pour la PEPc

  • - Km (CO2) équivalent à 4M

  • - pas d’affinité pour l’O2

21

%

d

O2

C

O2

0,035%

10

348

17

20

,

5

20

299

13

23

30

230

9

25

,

5

40

224

8

28

Assimilation du CO2

Solubilité de l’oxygène et du gaz carbonique dans l’eau en équilibre avec l’air à différentes températures


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