[GÉNÉTIQUE BOTANIQUE GUIDE CULTURE] [BIOLOGIE VEGETALE] [COURS UNIVERSITAIRE] les Chloroplastes des plantes supérieures

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Olif06
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[GÉNÉTIQUE BOTANIQUE GUIDE CULTURE] [BIOLOGIE VEGETALE] [COURS UNIVERSITAIRE] les Chloroplastes des plantes supérieures

#1 Message non lu par Olif06 »

Salut la compagnie !!!


Aujourd'hui, je vais vous causer des chloroplastes. Je vous souhaite une bonne lecture.
Bien, on y va :mrgreen: :



les Chloroplastes des plantes supérieures               
                                                                           


I- Préambule :

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Les premières recherches ont été entreprises par Joseph Priestley en 1771.

Joseph Priestley (1733-1804), chimiste et physicien, philosophe et pasteur dissident, révolutionnaire et défenseur jusqu’à sa mort de la théorie du phlogistique, fut et reste une figure fascinante d’un XVIIIe siècle qui n’en fut pas avare ! Il fut théologien et passionnément intéressé par l’éducation et la politique, et, de son propre aveu, ses travaux scientifiques étaient au second plan de ses préoccupations.


https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des ... yPeale.jpg



II- Définition :

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Le chloroplaste est un organite autotrophe de la cellule végétale chlorophyllienne. On en compte environ un demi-million par millimètre carré de feuille. Cet organite est présent dans le cytoplasme des cellules eucaryotes photosynthètique (plantes, algues).

Les chloroplastes se situent pour la plus grande partie dans le mésophylle ( tissu interne ) de la feuille.

Le chloroplaste est un organite remarquable qui assure la photosynthèse donc permet l'autotrophie (L'autotrophie est la production, par un organisme vivant, de toute la matière organique nécessaire par réduction de matière minérale. Ce mode de nutrition caractérise les végétaux chlorophylliens (verts), les cyanobactéries et les bactéries sulfureuses) . L'air que nous respirons est composé essentiellement d'azote (78,08 %) et de dioxygène (20,95 %). L' oxygène est produit en grande majorité par les océans et mers grace aux algues marines, une autre partie nettement plus faible sera produit par les forets. En tout, les organismes photosynthétiques assimilent chaque année entre 100 et 115 milliards de tonnes de carbone en biomasse.

Il y a de 20 à 50 Chloroplastes par cellule.


https://fr.wikipedia.org/wiki/Chloropla ... on)-fr.svg


Le chloroplaste dans la cellule végétale :
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https://fr.wikipedia.org/wiki/Chloropla ... ellen.jpeg


https://www.youtube.com/watch?v=uw6JibeqfVg


Pour simplifier et imaginer comment ce tas de cellules forment par exemple une feuille,  je la comparerais à un mur de briques, empilées les unes sur les autres de manière ordonnée les unes collées aux autres. Regardons ensemble au microscope comment tout ce système est établi :


https://www.aquaportail.com/definition- ... laste.html


https://www.aquaportail.com/definition- ... laste.html


III- Origines :

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Cet organite a une origine endosymbiotique. On pense qu'il provient de l'absorption par une cellule hétérotrophe d'une Cyanobactérie. Il garde de son origine une semi-autonomie. En effet, il conserve de l'ADN codant pour certains de ses constituants et des ribosomes permettant leur synthèse.

Chaque chloroplaste provient d'un chloroplaste préexistant. Ses divisions se réalisent pendant l'interphase, indépendamment de la mitose.

Les cellules méristématiques contiennent des plastes indifférenciés, les proplastes. Dans les cellules de racine (ou autres cellules hétérotrophes), les proplastes se différencient en amyloplastes qui mettent en réserve sous forme d'amidon les hydrates de carbone produits par la photosynthèse des cellules foliaires et véhiculés par les cellules du phloème.

Dans les cellules du parenchyme foliaire (cellules chlorophylliennes autotrophes), les proplastes se différencient en chloroplastes en acquerrant un système complexe de lamelles, les thylacoïdes.

Cette différenciation nécessite de la lumière. Lorsque des germinations sont effectuées à l'obscurité (jeunes plantules étiolées) les feuilles sont jaunes et ne possèdent pas de chlorophylle. Les plastes se présentent avec une structure particulière (étioplastes). Ils ne possèdent pas de thylacoïde mais un corps prolamellaire. Lorsque les plantules étiolées sont éclairées, elles verdissent (synthèse de chlorophylle). Leurs étioplastes se différencient progressivement en chloroplastes.


IV- Roles des Chloroplastes :

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Le chloroplaste est le siège de la photosynthèse. Il absorbe l’énergie lumineuse pour la transformer en énergie chimique sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Il intervient dans la phase photochimique de la photosynthèse qui est un Processus biologique permettant d’utiliser l’énergie lumineuse afin de réduire le dioxyde de carbone en carbohydrates, réaction se déroulant chez les plantes dans les chloroplastes. Durant cette première phase nommée parfois phase lumineuse, l’énergie solaire est transformée en énergie chimique. Les réactions photochimiques comprennent le transport d’électrons et la chimiosmose. Chaque photosystème comprend une antenne et un centre réactionnel. Les Eucaryotes possèdent 2 types de photosystèmes que l’on distingue par la longueur d’onde absorbée : le P700 (PI) et le P680 (PII).

La première phase du phénomène (phase lumineuse ou photochimique) convertit les radiations lumineuses en énergie, la seconde étape (phase obscure) utilise ce potentiel électrochimique et thermochimique afin de réduire le CO2 selon l’équation-bilan du processus ==>


   6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2



(Soit : Gaz Carbonique + Eau -> Hydrates de carbone + Oxygène)



V- Structure du Chloroplaste :
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Les chloroplastes ont deux membranes (interne et externe) bordant une zone aqueuse appelée stroma (siège de la phase sombre de la photosynthèse).

Le stroma contient la membrane thylakoïde (siège de la phase diurne). Cette membrane est plissée en un réseau de nombreuses vésicules aplaties qui 
prend la forme :

 
* soit d'empilements compacts appelés grana (granum);

* soit de vésicules isolées et libres dans le stroma et réunissant plusieurs grana.

 
Les parties de membrane thylacoïde :
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* situées au sein des grana et sans contact avec le stroma sont les lamelles des grana ;

* accessibles au stroma sont les lamelles du stroma.


L'espace interne enclos par la membrane thylacoïde est le "lumen" :
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https://www.istockphoto.com/fr/photo/r% ... 7-57473140


Le pyrénoïde est une structure cellulaire interne aux chloroplastes de certaines lignées, qui concentre les enzymes responsables de la photosynthèse notamment la RUBISCO. La carboxylation (c'est à dire la fixation du CO2 et son oxygénation) se fait grâce à une enzyme appelée la Ribulose Bisphosphate Carboxylase Oxygénase. La Rubisco est une enzyme contenu dans les chloroplastes des cellules végétales, plus précisement sur la surface stromale des membranes des thylacoïdes.


https://fr.wikipedia.org/wiki/Rubisco#/ ... ubisco.png


Molécules de Rubisco du tabac :
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https://fr.wikipedia.org/wiki/Rubisco#/ ... ubisco.png


V- Les pigments photosynthétiques :

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*** Les végétaux possèdent trois types de pigments photosynthétiques ( Ensemble des phénomènes qui participent à la production de glucides par les végétaux verts à partir de l'eau et du gaz carbonique de l'air :


* Les chlorophylles ;

* Les caroténoïdes présents chez tous les végétaux autotrophes au carbone ;

* Les phycobilines présents exclusivement chez les algues et les cyanobactéries.



V-I Les chlorophylles sont :
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* Constituées d'un noyau tétrapyrrolique. Les pyrroles I, II, III et IV sont reliés par des ponts méthènyles (- CH -);

* Chaque pyrolle possède différents substituants : dans le cas de la chlorophylle a, le pyrrole II possède un -CH3 qui est remplacé par un -CHO dans le cas de
la chlorophylle b ;

* Les atomes d'azote sont liés à un atome de magnésium par deux liaisons ioniques et deux liaisons de coordination ;



* Contre le noyau III se trouve un cycle supplémentaire (V) avec une fonction carboxyle estérifiée par le méthanol ;



* La fonction carboxyle associée au noyau IV est estérifiée par un alcool à très longue chaîne en C20 : le phytol ;



* L'ensemble de la molécule de chlorophylle est amphiphile ;



* Dans la membrane des thylacoïdes, les chlorophylles sont associées à des protéines et forment des complexes protéines - pigments.



Spectre d'absorption des pigments bruts :
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http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photos ... xp232.html


Les chlorophylles et les caroténoïdes absorbent certaines radiations dites actives pour la photosynthèse, dans la gamme de longueurs d'onde visibles comprises entre 500 et 700 nm.
____________

A partir d'une solution de pigments, on peut donc mesurer les caractéristiques d'absorption de la lumière en réalisant un spectre d'absorption à l'aide d'un spectrophotomètre UV visible classique, qui permet de mesurer l'absorption (A) en fonction de la longueur d'onde.


V-II Les caroténoïdes sont :
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Les caroténoïdes sont des molécules constituées de 40 carbones formés de 8 unités isoprènes.

Ils possèdent des extrémités cyclisées.

Le précurseur des caroténoïdes est le phytoètre (molécule linéaire à 40 carbones) qui est synthétisé par condensation de 2 molécules de géramyl pyrophosphate (molécules à 20 C) elles-mêmes synthétisées par condensation de 4 molécules d'isoprène pyrophosphate (molécule à 5 C).

Le phytoètre subit ensuite des désaturations, des cyclisations à ses extrémités pour former les carotènes. Les carotènes peuvent être ensuite hydroxylés pour donner des xanthophylles.

pigment des algues bleues et des algues rouges (phycocyanine et phycoérythrine)


V-IV- Les phycobilines sont :
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des pigments des algues bleues et des algues rouges (phycocyanine et phycoérythrine).


VI- Distribution spectrale de l'énergie lumineuse :

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Les pigments photosynthétiques absorbent la lumière visible, c'est à dire un ensemble de radiations électromagnétiques qui ont des longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 nm.

Le domaine visible ne constitue qu'une faible partie de l'ensemble des radiations reçues à la surface terrestre.

Si on se limite à la lumière visible et à l'infrarouge (gamme de longueurs d'onde comprises entre 400 et 1400 nm), le spectre du rayonnement solaire direct est constant et présente un maximum se situant alentour de 600 nm (couleur jaune) tandis que le spectre du rayonnement diffus résultant de la diffusion du rayonnement direct sur les particules et certains gaz (ozone, etc.) de l'atmosphère, présente un maximum se situant dans le bleu.

Les radiations lumineuses correspondent ainsi à un ensemble de photons qui interviennent par leur nombre et leur énergie (donnée par la relation E = h? , conception quantique dans laquelle h est la constante de Planck et ? la fréquence de la radiation lumineuse). Dans le domaine de la photosynthèse on utilise cette conception bien adaptée aux phénomènes photochimiques qui caractérisent ce processus.

L'énergie émise par la source lumineuse est alors exprimée comme un flux de photons.

L'énergie lumineuse reçue par la surface éclairée (éclairement) s'exprime alors en moles de photons s-1 et m-2.


VII- Comportement des chlorophylles vis à vis de la lumière :

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* Excitation :



Ce sont les électrons des doubles liaisons conjuguées (électrons délocalisés) du noyau tétrapyrrolique qui sont excités par la lumière.

A l'obscurité, les électrons sont dans un état non excité (dit fondamental). Ils sont associés par paires, à l'état singulet (spins antiparallèles) et sur une orbitale de faible énergie.

Il existe 2 états excités principaux de la molécule de chlorophylle, correspondant à des transitions électroniques provoquées par l'absorption d'un photon qui fait passer un électron de l'état fondamental soit à l'état excité supérieur (Sa), soit à l'état inférieur (Sb) selon l'énergie du photon.

Sa correspond à l'absorption de photons "bleu".

Sb correspond à l'absorption de photons "rouge".


* Désexcitation :


Il existe plusieurs façons pour la molécule de chlorophylle de revenir à l'état fondamental :


* émettant de la chaleur;

* émettant de la lumière (fluorescence);

* transférant son énergie à une molécule très proche (résonnance);

* en perdant un électron (photochimie).


VIII- Le Cycle de Calvin :

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La fixation du CO2, par les plantes et sa réduction en glucides, correspond à une chaîne endergonique ( réaction chimique nécessitant un apport d'énergie pour pouvoir se réaliser ) de réactions au cours de laquelle sont utilisés les équivalents énergétiques produits par les réactions photochimiques. On appelle l'ensemble de ce processus, "Assimilation photosynthétique du CO2".



Ce processus comporte quatre phases essentielles :
___________________________________________


* La fixation du CO2 (Carboxylation);

* La réduction du carbone fixé ;

*La régénération de l'accepteur du CO2 ;

* La synthèse des produits finaux de l'assimilation du CO2.



Ces quatre phases essentielles font parties d'un enchaînement cyclique de reactions appelé "Cycle de CALVIN" :



6 CO2 + 12 NADPH + 12 H2O + 18 ATP ==> C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi





Le cycle de Calvin utilise l'énergie chimique qui a été produite lors de la phase lumineuse de la P/S. Dans les phases lumineuses l'énergie solaire est convertie en énergie chimique qui est entreposée dans les molécules d'ATP (produites par la force proton-motrice et l'ATP synthétase) et les molécules de NADPH :



* Chacun de trois CO2 (3x 1C) se fixe à une molécule de Ribulose DiPhosphate (RuDP)(3X 5C). Ceci forme trois molécules à 6C qui sont instables et se font scinder en 6 molécules a 3C, le PGA.


* Les 6 molécules de PGA (6X 3C) se font réduire par 6 NADPH et 6ATP pour produire 6 PGAL (6 X 3C).


* Une de ces 6 molécules de PGAL (Phosphoglycéraldéhyde) va vers la synthèse du glucide. Les cinq autres molécules de PGAL (5X 3C) restent dans le cycle et se font convertir en trois molécules à cinq carbones (3X 5C) qui se font réduire par 3 ATP pour donner le RuDP qui est le réactif initial du cycle.


S'il n'y a pas d'accepteur d'électrons (NADP+) pour la phosphorylation acyclique, la plante fera la phosphorylation cyclique donc elle produira seulement l'ATP. Ceci se passe quand la plante ferme ses stomates pour éviter la perte d'eau par transpiration. Si les stomates sont fermés le CO2 ne peut entrer dans les cellules photosynthétiques et donc ne peut être fixé et donc le NADPH ne peut être oxydé.


Voili, voilou, je sais des passages peuvent vous paraitre "barbant" mais les végétaux sont trés complexes et méritent que l'on s'y attarde.
Prenez ce qui vous interesse et essayez par vous même de faire vos propres recherches, car le savoir et les connaissances sont la clef pour chercher à s'améliorer ( je philosophe :petard: ).

Je vais répondre aux posteurs, c'est la moindre des politesses :respect: .

++ Olif.

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#2 Message non lu par growbienf »

yo !

:merci:

La discussion ICI :topcool:



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