Exercice I La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice I
A. Restitution organisée des connaissances :
Partie A : questions à choix multiples (QCM)
Chaque série d'affirmations comporte une seule réponse exacte. Repérez l'affirmation correcte et notez le numéro de la question suivi de la lettre qui désigne la réponse exacte.
1. La chlorophylle excitée cède un électron :
a) A l’ATP;
b) A l'eau ;
c) Au dioxyde de carbone;
d) A une chaîne de transporteurs d'électrons.
2. Le dioxygène rejeté au cours de la photosynthèse provient:
a) De l’ADP; c) Du dioxyde de carbone;
b) De l’ATP; d) De l'eau.
3. Le spectre d'action d'une plante correspond :
a) À l'intensité de la photosynthèse en lumière blanche;
b) Aux différentes longueurs d'ondes absorbées ;
c) À l'intensité de la photosynthèse en fonction des diverses longueurs, d'ondes
d) À une propriété des végétaux non chlorophylliens. '
4. La lumière est captée par :
a) Les enzymes des sphères pédonculées;
b) La chlorophylle;
c) Les protéines des thylakoïdes ;
d) Les pigments inter membranaires,
5. En biologie végétale, le terme photosynthèse signifie :
a) Synthèse à la lumière;
b) Synthèse des photons;
c) Synthèse par la lumière;
d) Synthèse de la lumière.
6. La photolyse de l'eau :
a) S'effectue grâce à un transporteur de \(CO_2\);
b) Est due à l'oxydation de la chlorophylle par les photons;
c) succède l'oxydation de la chlorophylle;
d) Est la fabrication d'une molécule d'eau à la lumière par la plante verte.
7. Les chloroplastes éclairés accumulent les produits de la photosynthèse sous forme de:
a) Amidon;
d) Lipides;
b) Cellulose;
e)Protéines;
c) Glycogène;
f) Glucose.
8. La phase sombre :
a) Ne débute pas par la fixation du \(CO_2\) sur un corps en \(C_5\);
b) Dépend des produits de la phase lumineuse
c) Forme l’ATP et consomme le \(NADPH_2\) de la phase claire;
d) Par ses réactions, n'est pas couplée aux réactions de la phase claire;
9.) La phase claire de la photosynthèse :
a) Assure la réduction de \(NADPH_2\) en \(NADP\)
b) Débute par l'oxydation de la chlorophylle par l’action des photons;
c) Consommé l’ATP synthétisé pendant la phase sombre.
10. La synthèse de I’ATP au cours de la photosynthèse :
a) Se fait pendant la phase sombre;
b) Se déroule dans la cavité des thylakoïdes;
c) A lieu dans les sphères pédonculées.
11. La sève élaborée est conduite par :
a) Le xylème ;
b) Le phloème;
c) Les vaisseaux ligneux.
12. La chaîne des transporteurs d'électrons est située dans :
a) La membrane des thylakoïdes ;
b) L'espace inter membranaire;
c) Le stroma;
d) Le hyaloplasme.
13. Le spectre d'absorption de la chlorophylle :
a) Est l'ensemble des radiations absorbées par la chlorophylle;
b) Est très différent du spectre d'action ;
c) Est l'ensemble des radiations efficaces par la photosynthèse ;
d) Présente une intensité photosynthétique forte dans le rouge.
14. Le \(CO_2\) indispensable à la nutrition de la plante verte vient :
a) Du sol;
b) De l'eau de pluie;
c) De l'air.
15. Le point de compensation est :
a) Le volume de \(CO_2\) absorbé qui compense le volume du dioxygène rejeté;
b) L'intensité lumineuse où l'assimilation chlorophyllienne est maximale;
c) L'intensité lumineuse où l'assimilation chlorophyllienne nette est nulle.
16. Un être autotrophe :
a) Est un être capable de synthétiser la matière organique à partir d'autres substances organiques prélevées dans le milieu ;
b) Est un être capable de synthétiser la matière organique à partir des matières minérales prélevées dans le milieu de vie ;
c) Est capable de synthétiser les substances minérales à partir de celles puisées dans le milieu.
17. Les végétaux chlorophylliens utilisent environ :
a) 1% ;
b) 10%;
c) 20% ;
d) 50% de l'énergie solaire.
18. Du point de vue énergétique, la photosynthèse est importance parce que :
a) elle permet l'utilisation de l'énergie solaire par l'Homme,
b) elle permet la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique,
c) elle diminue l'énergie solaire émise sur la planète,
d) elle libère l'énergie lumineuse.
19. Le dioxyde de carbone :
a) étant présent dans l'air atmosphérique, la photosynthèse est maximale si la plante est correctement éclairée,
b) freine la photosynthèse si sa teneur est dix fois plus forte que la normale,
c) n'est pas indispensable ‘a la production végétale, '
d) ne peut pas être contrôlé dans une culture hors sol.
20. Au cours de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique, la chlorophylle a excitée cède un électron :
a) à l'eau,
b) au dioxyde de carbone,
c) au dioxygène,
d) à la chaîne de transporteurs.
21- Les réactions de la phase sombre
a) se déroulent uniquement en absence de lumière,
b) convertissent une forme d'énergie chimique en une autre forme d'énergie chimique,
c) convertissent l'oxygène et l'eau en glucose,
d) convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique.
22 Pour qu'une suspension de chloroplaste dégage du dioxygène, il faut :
a) de la lumière seulement,
b) de la lumière et un réducteur,
c) un réducteur et un oxydant,
d) de la lumière et un oxydant.
Partie B : Questions a réponses ouvertes (QRO)
1. Expliquer cette pensée de Jules Caries tirée de la collection « Que sais-je » n° 583. P 1:
«sans chlorophylle, aucun homme, aucun animal ne pourrait un jour subsister sur la terre ».
2. Citer les étapes de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique. Montrer qu'il existe une relation entre cette activité et le programme génétique du végétal.
3. Quelle est l'origine du dioxygène dégagé au cours de la photosynthèse ?
4. Quelle est l'origine de l'ATP dans le chloroplaste?
5. Quelles sont les radiations lumineuses efficaces au cours de la photosynthèse ?
6. Une feuille de haricot est exposée à la lumière blanche pendant plusieurs heures.
Plongée dans l'eau bouillante, puis dans l'alcool bouillant et après rinçage dans l'eau, elle est placée dans l'eau iodée.
a) Quelle est la couleur prise par la feuille ?
b) Quel est le constituant mis en évidence ?
c) Quel sera le résultat d'une expérience identique au cours de laquelle la lumière blanche a été remplacée par des radiations bleues ? Vertes ? Rouges ?
7. La photosynthèse se déroule au sein du chloroplaste, organite compartimenté dans lequel chaque structure correspond à une fonction. Après avoir légende un schéma de chloroplaste, indiquez les fonctions correspondantes.
8. Expression des idées importantes
Partie C Utiliser chaque groupe de trois mots (ou expressions) pour construire une ou deux phrases exprimant une idée importante présentée au cours.
a) Energie lumineuse, thylakoïdes, ATP.
b) Longueur d'onde, spectre d'absorption, spectre d'action.
c) Dégagement de dioxygène, photolyse, chlorophylle.
d) Dioxyde de carbone, stroma, transporteur réduit. .
2. Formuler une hypothèse permettant d'expliquer le fait que toutes les radiations lumineuses ne soient pas également efficaces sur la photosynthèse.
3. Quelle propriété des pigments est mise à profit pour les séparer par chromatographie?
4. Pourquoi peut-on penser que les différentes parties d'un chloroplaste sont spécialisées?
5. Lorsqu'il y a dégagement de dioxygène, le réactif de HILL, qui contient du fer à l'état oxydé subit une transformation qui peut être schématisée de la façon suivante :
\(Fe^{3+}+e^-\) \(\longrightarrow Fe^{2+}\)
a) Expliquer pourquoi on dit que la photolyse de l'eau est une réaction d’oxydoréduction.
b) Proposer une équation bilan de la réaction chimique à l'origine de la libération du dioxygène.
c) Quelles sont les structures du chloroplaste, intervenant dans cette libération du dioxygène?
Exercice II La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice II
Partie A : On suit l'évolution de la masse de matière sèche de graines de haricot au cours de la germination. Les plantes poussent sur de l'eau distillée, leur teneur en sels minéraux n'évolue donc pas. On met à germer plusieurs lots de haricots pesant chacun 100 grammes, les uns à la lumière, les autres à l'obscurité. Tous les cinq jours, on prélève deux lots qui sont déshydratés puis pesés. Les résultats de ces mesures sont regroupés dans le tableau ci-dessous, donnant les masses de matière sèche en grammes.
Jours | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
Lot à lumière | 100 | 80 | 70 | 80 | 125 |
Lot à l’obscurité | 100 | 80 | 65 | 50 | 45 |
1. Placer sur un même graphique les courbes des quantités de matière sèche en fonction du temps à la lumière et à l'obscurité.
2. Expliquer l'évolution de la masse de matière sèche des plantules placées à la lumière à partir du dixième jour.
3. Même question pour les plantules placée à l'obscurité.
4. Comment expliquer les résultats observés au début du développement du lot exposé à la lumière ?
Partie B :
La photosynthèse se déroule en deux phases.
1. La phase lumineuse (claire) au cours de laquelle l'énergie lumineuse est captée par la plante verte.
a) Quel nom donne-t-on aux particules qui constituent la lumière ?
b) Quelle est la substance qui permet ‘a la plante de capter l'énergie lumineuse ?
L'énergie ainsi absorbée peut être soit stockée sous forme d’ATP soit utilisée pour la dissociation des molécules d'eau.
c) Quel nom donne-t-on au processus de formation de l'ATP ?
d) Comment nomme-t-on la dissociation de l'eau par la lumière ? d'où provient l'eau dissociée ?
e) Quels sont les corps formés pendant la phase lumineuse ?
2. La phase obscure ou sombre au cours de laquelle le \(CO_2\) est fixé aux molécules organiques (comme le glucose).
a) Cette phase ne peut-elle se développer qu'à l'obscurité ? Qu'en est-il exactement ?
b) Les molécules fabriquées sont utilisées en partie par la plante; l'autre partie est stockée. Quelles sont les zones de stockage les plus fréquentes de ces substances ?
Exercice III La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice III
Notre dépendance à l'égard de la photosynthèse est dramatique: nous en dépendons à la fois par de dioxygène que nous respirons et par la nécessité en tant que hétérotrophes de consommer les substances organiques que nous sommes incapables d'élaborer, et pourtant nous sommes en train de scier cette branche qui nous porte, par exemple en déversant chaque année plus de 5 millions de tonnes de pétrole dans les océans, ce qui détruit les phytoplanctons et perturbe le taux de \(CO_2\) atmosphérique.
Par ailleurs en tant que carnivores mangeant les herbivores, l'homme se livre à un gaspillage insensé des produits de la photosynthèse (sciences et vie 1978).
1. a) Équilibrer l'équation suivante de la photosynthèse.
\(CO_2+H_2O + \) lumière \(\longrightarrow (C_6H_{10}O_5)_n+O_2\)
b) cette équation montre que l'homme dépend de la photosynthèse par deux éléments. Lesquels ?
2. Expliquer en quoi la destruction des phytoplanctons perturbe le taux de \(CO_2\) atmosphérique.
3. L'homme est aujourd'hui fortement dépendant de la photosynthèse. Donnez-en quelques exemples.
Exercice IV La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice IV
Expérience 1
Des chlorelles sont cultivées dans un milieu nutritif constitué d'eau (\(H_2._{.}^{16}\textrm{O}\)) et de substances minérales. Dans ce milieu barbote un mélange gazeux de dioxygène ordinaire \(_{.}^{16}\textrm{O}_2\) et de dioxygène lourd \(_{.}^{18}\textrm{O}_2\) . Au moment où débutent les mesures figurées dans le graphique (instant initial), on stoppe l'arrivée de ce mélange gazeux. La culture est alors alternativement placée à l'obscurité et à la lumière.
1. En analysant le graphique, montrez que l'on peut distinguer l'origine du dioxygène utilisé par la respiration de celle du dioxygène rejeté par la photosynthèse.
Expérience 2
Des chlorelles sont éclairées en présence d'eau enrichie en isotope lourd du dioxygène ((\(H_2._{.}^{18}\textrm{O}\)) et d'air normal, contenant \(_{.}^{16}\textrm{O}_2\) et \(C_{.}^{16}\textrm{O}_2\). Le dioxygène dégagé contient l'isotope lourd \(_{.}^{18}\textrm{O}_2\) dans une proportion voisine de celle de l'eau fournie dans le milieu.
2. Expliquez en quoi ce résultat confirme ceux de l'expérience précédente.
Expérience 3
On fragmente des chloroplastes, stroma et thylakoïdes étant séparés. Les thylakoïdes sont laissés à la lumière, le stroma, laissé à l'obscurité, est alimenté en \(_{}^{14}\textrm{C}O_2\) radioactif. On effectue alors diverses expériences consignées dans le tableau :
Conditions expérimentales | Quantité de \(_{}^{14}\textrm{C}O_2\) présente dans le stroma (coups/min) |
stroma à l'obscurité | 4.000 |
Stroma à l'obscurité, thylakoïdes éclairés puis l'ensemble est placé à l'obscurité | 96.000 |
stroma à l'obscurité + ATP + \(TH_2\) | 97.000 |
Remarque : dans le milieu contenant le stroma, la radioactivité est de l'ordre de 4000 coups par minute.
3. Montrez que ces résultats permettent de déterminer les conditions dans lesquelles il y a fixation de dioxyde de carbone et d'établir le rôle des thylakoïdes en présence de lumière.
Exercice V La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice V
1. Des chloroplastes isolés placés dans un milieu liquide assurant leur survie, sont successivement exposés à différentes radiations monochromatiques. Les deux graphiques suivants (fig. 1 et fig. 2) expriment, en fonction de la longueur d'onde des radiations, d'une part le pourcentage de lumière absorbée par les chloroplastes et, d'autre part, l'intensité de la photosynthèse, exprimée en quantité de dioxygène dégagé (les unités sont arbitraires).
Après avoir identifié le spectre d'action de la lumière et le spectre d'absorption par la chlorophylle, les comparer pour établir une relation entre ces deux types de constats expérimentaux.
2. Des chloroplastes isolés sont éclairés par différentes radiations monochromatiques, dans un milieu riche en phosphates inorganiques (Pi), rendus radioactifs par l’isotope \(_{.}^{16}\textrm{P}\). Ils seront placés successivement à la lumière blanche puis dans l'obscurité. On observe les résultats suivants :
Pour une exposition à la lumière blanche ou à des radiations voisines de 700 ou 450 nm, les chloroplastes sont radioactifs ;
Pour une exposition à l'obscurité ou à des radiations voisines de 560 nm, il n'y a pratiquement pas de radioactivité dans les chloroplastes.
a) Expliquer la cause de la radioactivité constatée dans les chloroplastes, dans certaines conditions.
b) Expliquer pourquoi l'exposition des chloroplastes à certaines radiations seulement provoque l'apparition de la radioactivité constatée.
Exercice VI La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice VI
Le document ci-dessous présente le bilan énergétique d'une plante verte cultivée ( d'après HALL 1979). Le rendement global de la photosynthèse met en relation d'une part l'énergie stockée dans les matières organiques et d'autre part l'énergie lumineuse incidente, toujours plus importante. Le rendement photosynthétique brut est le pourcentage de l'énergie lumineuse stockée par les chloroplastes dans les molécules organiques produites et le rendement photosynthétique net est le pourcentage de l'énergie réellement disponible pour le consommateur des plantes vertes cultivées.
1- Nommer les organites A et B et préciser leur rôle dans une cellule.
2- Pourquoi dit-on que la feuille joue un rôle de filtre et un rôle d'écran vis-à-vis du rayonnement solaire absorbé par l’organite A?
3- Déterminer:
a) La valeur de l'énergie dépensée pour la photosynthèse.
b) La valeur de l'énergie perdue par la respiration.
c) Le rendement photosynthétique brut.
d) Le rendement photosynthétique net.
4- Quelle relation fonctionnelle existe-t-elle entre les deux organites A et B?
Exercice VII La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice VII
N.B : les parties A et B sont totalement indépendantes
Partie A : On expose un jeune plant de haricot à la lumière blanche pendant 12h et on cueille une des feuilles qui ont été bien éclairées. Cette dernière est plongée soit dans l’eau bouillante, puis dans l’alcool bouillant, soit directement dans l’alcool bouillant, Après rinçage dans l’eau pure, elle est mise au contact de l’eau iodée et se colore en noir bleuté
1- Que traduit cette coloration ?
2- Quel est le rôle des liquides bouillants?
3- Quel est le second rôle de l’alcool?
4- Le même traitement est appliqué à une feuille éclairée par la lumière blanche qui traverse une cuve contenant une solution de chlorophylle brute. Quels sont les résultats obtenus. Justifiez votre réponse.
Partie B : Le graphe ce la figure ci-dessous traduit, pour deux plantes différentes (maïs et betterave), l'intensité de la photosynthèse en fonction dé la teneur dé l'atmosphère en \(CO_2\). Sachant qu'il y a 21% d'oxygène dans l’air avec un éclairement de 200 w/m2
1. Quelle est la plante dont l’intensité photosynthèse est la plus élevée lorsqu’elle est cultivée dans une atmosphère normale (teneur normale de l’air en \(CO_2\) : 330 ppm) ?
2-Si l'on maintient chacune de ces deux plantes dans de bonnes conditions d'humidité, d’éclairement et de nutrition minérale, mais dans une enceinte dont l'atmosphère n'est pas renouvelée, on constate que les betteraves meurent les premières ;
Comment peut-on expliquer cette observation ?
3-On fournit à une plante verte du \(CO_2\) avec de l’\(O_\) radioactif.
Après avoir écrit l’équation de la photosynthèse des polyholosides, précisez si ce \(O_2\) radioactif se retrouvera dans la molécule d'amidon ou sera dégagé.
Exercice VIII La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice VIII
1. Pour mesurer l’intensité photosynthétique dans diverses conditions de luminosité et de température, on utilise fréquemment des plantes aquatiques car il est facile de compter les bulles d'oxygène qui se dégagent dans l'eau. Un groupe d'élèves se propose de mesurer l'intensité photosynthétique d'une planté aérienne. Le dispositif qu’il a trouvé est représenté sur la figuré 1 ci-dessous.
L’analyseur de gaz mesuré la quantité d'oxygène et de gaz carbonique de l’air sortant. Expliquez ce dispositif et notamment le rôle de a et b.
1- On peut à l'aide du dispositif précédent évaluer l'intensité de la photosynthèse (IP) pour deux plantes A et B en fonction de l'intensité lumineuse. (On rappelle que l'intensité de la photosynthèse est évaluée en mesurant lé dégagement d'oxygène). Les courbes A et B représentent les résultats: (fig 2). On noté positivement une augmentation de la quantité d'oxygène dans l'enceinte et négativement une absorption d'oxygène.
a-Pourquoi les courbes A et B présentent-elles une partie située sous l'axe des abscisses?
b-Que représentent alors les points de compensation ?
c-Comment varie l'intensité de la photosynthèse pour la plante A et pour la plante B quand l'intensité lumineuse augmenté ?
d-A est une figure, B un plant de coton, sachant où l'on rencontre ces plantes, expliquez la différence entre les deux courbes.
3 -On peut aussi faire varier la teneur en gaz carbonique qui environne la plante. La courbe de la figure 3 représente les résultats.
a- Interprétez cette courbe.
b- Sachant qu'il existe en fait 0.03% de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, que pouvez-vous en conclure ?
Exercice IX La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice IX
Un pied de mais, d’une masse de 1,8 g est placé dans une enceinte dans laquelle on mesure les variations du volume d'oxygène. La température est constante (bain thermostatique pendant toute l'expérience). Les mesurés sont faites avec la plante placée alternativement à l'obscurité et à la lumière (lampe de 60 watts à 30 cm) les résultats sont donnés par le graphe de la figure ci-dessous.
1- Expliquez les résultats obtenus
1. Qu’appelle-t-on :
a- Intensité photosynthétique nette ?
b- Intensité photosynthétique brute ?
c- Intensité respiratoire ?
3-Evaluez graphiquement ;
a. L’intensité respiratoire ;
b. L’intensité photosynthétique nette ;
c. L’intensité photosynthétique brute
Les résultats seront exprimes en microlitres d’\(O_2\) /mm/100g de matière végétale fraîche.
Exercice X La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique
Exercice X
Dans les différents milieux, on peut mettre en évidence des chaînes alimentaires qui se présentent toutes ainsi :
Végétal autotrophe \(\longmapsto\) animal herbivore A \(\longmapsto\) animal carnivore.
Qu'ils soient autotrophes ou hétérotrophes, ces différents organismes utilisent et produisent de l’énergie.
La cellule représentée sur le document 1 est le siège de nombreuses réactions métaboliques dont celles qui sont résumées de façon schématique sur le document 2.
1 Annotez le document 1 en utilisant les chiffres.
2. S'agit-il d’une cellule animale ou végétale?
Justifiez votre réponse.
3. Faites un schéma soigneusement annoté des ultra structures 3 et 11 du document 1.
4 a) Nommez les voies métaboliques l et II.
b) Précisez où se déroulent dans la cellule les principales étapes des voies métaboliques I et II (document 2) et écrivez les équations chimiques des doux phénomènes.