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L’équation-bilan de la photosynthèse résume de manière très simplifiée ce que réalisent les cellules chlorophylliennes :
Rappel de l’équation bilan de la photosynthèse.
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Dioxyde de carbone + Eau → Glucose + Dioxygène
Remarque : le glucose produit par la photosynthèse permet la production d'amidon.
Cependant, cette équation n’est qu’un bilan global : elle ne décrit pas directement les nombreuses réactions chimiques qui se déroulent à l’intérieur de la cellule.
En réalité, la photosynthèse est un enchaînement de grandes 2 étapes (= phases) qui mettent en jeu différentes molécules, enzymes et formes d’énergie.
Phase 1 : Eau → ??
Phase 2 : Dioxyde de carbone → ??
Pour identifier :
dans quelles conditions se déroulent la phase 1 et la phase 2 ;
ainsi que les produits de la phase 1 et de la phase 2 ;
nous allons analyser les expériences historiques de Ruben et Kamen (1938–1941) et celles de Calvin, Benson et Bassham (1952–1959).
Consigne
Consigne
À partir de l'analyse des différentes expériences identifier :
les produits de la phase 1 et de la phase 2 ;
si la lumière est nécessaire à la réalisation de la phase 1 et si la lumière est nécessaire à la réalisation de la phase 2.
Document 1 : Expérience 1 de Ruben et Kamen (1938–1941).
Problématique : d’où provient l’oxygène libéré par les plantes lors de la photosynthèse : de l’eau ou du dioxyde de carbone ?
Protocole expérimental : des euglènes (plantes aquatiques) sont éclairées en présence d’eau lourde (H₂¹⁸O), c’est-à-dire de l’eau dont l’oxygène est marqué avec un isotope (¹⁸O) servant de traceur.
Résultat : on observe un dégagement d’O₂ contenant l’isotope ¹⁸O.
Document 2 : Expérience 2 de Ruben et Kamen (1938–1941).
Problématique : la production d’oxygène par les plantes nécessite-t-elle la lumière ?
Protocole expérimental : des euglènes (plantes aquatiques) sont placées à l’obscurité en présence d’eau lourde (H₂¹⁸O) — une eau dont l’oxygène est marqué par l’isotope ¹⁸O, servant de traceur pour repérer l’origine de l’oxygène dégagé.
Résultat : on n’observe aucun dégagement d’¹⁸O₂.
Document 3 : Expérience 3 de Calvin, Benson et Bassham (1952–1959).
Problématique : comment le dioxyde de carbone (CO₂) est-il utilisé par les cellules chlorophylliennes ?
Protocole expérimental : des chlorelles (algues unicellulaires chlorophylliennes) sont éclairées en présence de CO₂ marqué au carbone radioactif (¹⁴C). Ce marqueur permet de suivre le trajet du carbone dans les substances produites par la cellule.
Résultat : on observe la présence importante d’amidon radioactif dans les cellules éclairées.
Document 4 : Expérience 4 de Calvin, Benson et Bassham (1952–1959).
Problématique : la lumière est-elle indispensable à la fixation du dioxyde de carbone (CO₂) par les cellules chlorophylliennes ?
Protocole expérimental : des chlorelles (algues vertes microscopiques) sont placées dans l’obscurité et exposées à du CO₂ marqué au carbone radioactif (¹⁴C). Le marqueur permet de détecter si le CO₂ est incorporé dans des composés organiques comme l’amidon.
Résultat : aucune trace de radioactivité n’est détectée dans les molécules organiques : → pas de formation d’amidon.
Document 5 : Expérience 5 de Calvin, Benson et Bassham (1952–1959).
Problématique : la fixation du CO₂ peut-elle se poursuivre sans lumière ?
Protocole expérimental : des chlorelles sont d’abord éclairées sans CO₂ radioactif. Elles sont ensuite placées dans l’obscurité, cette fois en présence de CO₂ marqué au carbone ¹⁴C.
Résultat : on détecte une faible radioactivité dans l’amidon produit.
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