Exercices d'Application et d'Approfondissement : La Photosynthèse

Exercice 1 : Analyse d'un Spectre d'Absorption

Question : Le spectre d'absorption de la chlorophylle a présente deux pics importants. À quelles longueurs d'onde ces pics correspondent-ils et pourquoi la chlorophylle absorbe-t-elle ces longueurs d'onde spécifiques ?

Réponse détaillée :
Le spectre d'absorption de la chlorophylle a montre des pics d'absorption importants dans les régions du bleu (environ 430 nm) et du rouge (environ 660 nm) du spectre visible. L'absorption de la lumière par la chlorophylle est un processus quantique où l'énergie lumineuse est utilisée pour exciter les électrons de la molécule de chlorophylle à des niveaux d'énergie plus élevés. Ces longueurs d'onde correspondent à des niveaux d'énergie spécifiques qui peuvent exciter efficacement les électrons de la chlorophylle. Les longueurs d'onde vertes sont, quant à elles, très peu absorbées, ce qui explique la couleur verte des plantes.

Pour aller plus loin, on peut observer que les spectres d'absorption des pigments accessoires (comme la chlorophylle b et les caroténoïdes) complètent celui de la chlorophylle a, permettant ainsi une absorption plus large du spectre lumineux.

Exercice 2 : Facteurs Influencant la Photosynthèse

Question : Décrivez comment la concentration de CO2, l'intensité lumineuse et la température affectent le taux de photosynthèse. Utilisez des graphiques pour illustrer vos réponses.

Réponse détaillée :

• Concentration de CO2 : À faible concentration, le taux de photosynthèse augmente linéairement avec l'augmentation de CO2. Cependant, au-delà d'un certain seuil, l'augmentation du CO2 n'entraîne plus d'augmentation significative du taux de photosynthèse, car d'autres facteurs deviennent limitants (comme la disponibilité de la lumière ou l'activité des enzymes impliquées dans le cycle de Calvin).
• Intensité lumineuse : De même, le taux de photosynthèse augmente avec l'intensité lumineuse jusqu'à un point de saturation. Au-delà de ce point, une augmentation de l'intensité lumineuse peut même entraîner une photoinhibition, c'est-à-dire une diminution du taux de photosynthèse due à des dommages causés aux photosystèmes.
• Température : La température a un impact significatif sur l'activité enzymatique impliquée dans la photosynthèse. Le taux de photosynthèse augmente généralement avec la température jusqu'à un optimum, au-delà duquel l'activité enzymatique diminue rapidement, entraînant une baisse du taux de photosynthèse. Les températures trop élevées peuvent dénaturer les enzymes et endommager les structures cellulaires.

Exercice 3 : Le Devenir du Glucose

Question : Expliquez les différentes voies par lesquelles le glucose produit lors de la photosynthèse peut être utilisé par la plante. Donnez des exemples concrets pour chaque voie.

Réponse détaillée :
Le glucose produit lors de la photosynthèse est une source d'énergie et de carbone essentielle pour la plante. Il peut être utilisé de différentes manières :

• Respiration cellulaire : Une partie du glucose est oxydée lors de la respiration cellulaire pour fournir de l'énergie (ATP) nécessaire aux activités métaboliques de la plante. Par exemple, l'énergie produite par la respiration cellulaire est utilisée pour le transport actif des nutriments, la synthèse de protéines, etc.
• Synthèse d'autres molécules organiques : Le glucose peut être utilisé comme précurseur pour la synthèse d'autres molécules organiques, telles que le saccharose (sucre de transport), l'amidon (forme de stockage du glucose), la cellulose (principal composant des parois cellulaires), les lipides (constituants des membranes cellulaires) et les acides aminés (constituants des protéines). Par exemple, la cellulose est essentielle pour la croissance et la rigidité de la plante, tandis que l'amidon permet de stocker le glucose en excès pour une utilisation ultérieure.
• Croissance et développement : Une partie du glucose est utilisée pour la croissance et le développement de la plante, en fournissant les éléments constitutifs nécessaires à la formation de nouvelles cellules, de nouveaux tissus et de nouveaux organes. Par exemple, le glucose est utilisé pour synthétiser les composants des nouvelles feuilles, des racines et des tiges.

Ce qu'il faut retenir

• Spectre d'absorption : La chlorophylle absorbe principalement les longueurs d'onde du bleu et du rouge.
• Facteurs limitants : La concentration de CO2, l'intensité lumineuse et la température influencent le taux de photosynthèse.
• Devenir du glucose : Le glucose est utilisé pour la respiration cellulaire, la synthèse d'autres molécules organiques et la croissance de la plante.