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Phase photochimique et cycle de Calvin – transport d’électrons, ATP synthase, RuBP/APG/PGAL et expérience au ¹⁴C

BiologiePhysiologie végétale16–17 ans

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Une membrane de thylakoïde avec les photosystèmes II et I, la photolyse de l’eau, une chaîne de transport d’électrons qui pompe des H⁺ dans le lumen, l’ATP synthase qui produit de l’ATP et le NADP⁺ réduit en NADPH ; dans le stroma, le cycle de Calvin fixe le CO₂ grâce à la RuBisCO, réduit l’APG en PGAL et régénère le RuBP. Coupez la lumière ou le CO₂ pour voir évoluer RuBP, APG et PGAL, et faites varier la lumière, le CO₂ et la température pour trouver le facteur limitant. Un mode impulsion-chasse reproduit l’expérience de Calvin au ¹⁴C : ajoutez du H¹⁴CO₃⁻, prélevez à différents temps, lisez le chromatogramme et notez le pourcentage de ¹⁴C dans chaque composé.

Leçon : Photosynthèse : phase photochimique (photolyse de l’eau, transport d’électrons, photophosphorylation, NADPH) et phase chimique ou cycle de Calvin (fixation du carbone, réduction, régénération du RuBP)

Ce qu’elle montre

La photosynthèse se déroule en deux phases liées dans le chloroplaste. Pendant la phase photochimique, sur la membrane du thylakoïde, la lumière excite les photosystèmes II et I, l’eau est décomposée en O₂, H⁺ et électrons, et la chaîne de transport d’électrons pompe des H⁺ dans le lumen ; en revenant par l’ATP synthase, les H⁺ produisent de l’ATP, et le NADP⁺ est réduit en NADPH. Le cycle de Calvin, dans le stroma, utilise cet ATP et ce NADPH : la RuBisCO fixe le CO₂ sur le RuBP pour former de l’APG, l’APG est réduit en PGAL et la plupart du PGAL régénère le RuBP.

Mode d’emploi

Réglez Lumière, CO₂ et Température avec les curseurs et observez les électrons, les H⁺ et les réserves du cycle de Calvin. Cliquez sur Éteindre ou Couper le CO₂ et lisez sur le graphique comment varient RuBP, APG et PGAL ; cliquez à nouveau pour revenir. En mode Traceur ¹⁴C, choisissez Prélever après et une chasse, puis cliquez sur Un prélèvement ou Série 2–120 s, et lisez le chromatogramme et le tableau.

Paramètres modifiables

  • Mode Voie de la photosynthèse (phase photochimique + cycle de Calvin), Expérience de Calvin au ¹⁴CO₂
  • Intensité lumineuse 0–2000 µmol photons m⁻² s⁻¹
  • Concentration en CO₂ 0–1500 ppm
  • Température 5–45 °C

Questions à explorer

  1. Pourquoi l’APG s’accumule-t-il et le RuBP diminue-t-il quand on éteint la lumière ?
  2. Que deviennent le RuBP et l’APG quand on supprime le CO₂, et pourquoi ?
  3. Quel composé est marqué en premier dans l’expérience au ¹⁴C, et qu’est-ce que cela montre ?

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