Carboxylation du RuBP, réduction de l’APG, régénération : le cycle de Calvin fixe le CO₂ dans le stroma.
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La photosynthèse : la phase chimique
Module I : Le monde vivantSéquence 5 : La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimiqueSéance 33 : Mécanisme de la photosynthèse : la phase chimique
💡 Idée principale : la phase chimique (cycle de Calvin) se déroule dans le stroma. Le CO2 est fixé sur un sucre à 5 carbones, le RuBP, grâce à l’enzyme Rubisco : il se forme de l’APG (C3), réduit en sucres grâce à l’ATP et au NADPH de la phase claire. Le RuBP est régénéré.
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Étapes résumées
Calvin suit le carbone 14 du ¹⁴CO₂ : le premier composé marqué est l’APG (C3).
Carboxylation : RuBP (C5) + CO₂ → 2 APG (C3), catalysée par la Rubisco.
Réduction : l’APG est réduit en triose phosphate grâce à l’ATP et au NADPH.
Régénération : une partie des trioses reforme le RuBP (consomme de l’ATP).
Les trioses forment le glucose, puis l’amidon et le saccharose.
Situation problème
Au Centre de recherche agricole de Nkolbisson, on enrichit l’air d’une serre en CO2 : les plants de tomates poussent plus vite, mais seulement s’ils sont bien éclairés. Les élèves en visite se demandent comment la plante transforme un gaz de l’air en sucre, et pourquoi elle a besoin à la fois de CO2 et de lumière.
Consignes :
Relève le problème posé.
Que devient le CO₂ absorbé par la plante ?
Quel lien existe entre la lumière et la fixation du CO₂ ?
le problèmeles fuméesle dioxyde de carbone
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Compétence visée
Sensibiliser sur le rôle joué par les végétaux verts à travers la photosynthèse au sein de l’environnement.
Objectifs de la leçon
Interpréter les expériences de Calvin avec le ¹⁴CO₂.
Décrire les étapes du cycle de Calvin.
Relier la phase chimique à la phase photochimique.
Le devenir du CO₂ : les expériences de Calvin
1. Activité 1 : premiers composés radioactifs
Durée d’exposition au ¹⁴CO₂
Composés radioactifs détectés
2 secondes
APG (acide phosphoglycérique, C3) surtout
5 secondes
APG, trioses phosphates
30 secondes
APG, trioses, hexoses (glucose, fructose), RuBP
quelques minutes
saccharose, amidon, acides aminés
Le carbone du CO2 est d’abord incorporé dans l’APG, premier produit stable, puis dans des sucres de plus en plus gros.
l’objectifla bièrele dégagement d’O₂
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Activité 2 : APG et RuBP selon les conditions
Des algues (chlorelles) photosynthétisent en présence de ¹⁴CO2 jusqu’à un équilibre. On supprime ensuite soit la lumière, soit le CO2, et on mesure la radioactivité de l’APG et du RuBP.
Document 1 : variations des quantités d’APG et de RuBP.
Que se passe-t-il quand on coupe la lumière ?
Que se passe-t-il quand on supprime le CO₂ ?
Quelle relation existe-t-il entre RuBP, CO₂ et APG ?
Ce qu’il faut comprendre : sans CO2, le RuBP n’est plus transformé et s’accumule, tandis que l’APG diminue : RuBP + CO2 → APG. Sans lumière, l’APG n’est plus réduit (plus d’ATP ni de NADPH) et s’accumule, le RuBP n’est plus régénéré et diminue : la transformation de l’APG dépend des produits de la phase photochimique.
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Le cycle de Calvin
2. Les trois étapes du cycle
Document 2 : le cycle de Calvin dans le stroma du chloroplaste.
Les étapes
1
Carboxylation
La Rubisco fixe le CO2 sur le RuBP (C5) : il se forme 2 molécules d’APG (C3).
2
Réduction
L’APG est réduit en triose phosphate (aldéhyde phosphoglycérique) : il consomme de l’ATP et du NADPH.
3
Régénération
Sur 6 trioses formés, 5 servent à reformer 3 RuBP (consomme de l’ATP) ; 1 est exporté pour fabriquer les glucides.
Bilan et relation entre les deux phases
3. Bilan pour une molécule de glucose
6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH, H⁺ ⟶ C6H12O6 + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP⁺ + 6 H2OIl faut 6 tours de cycle pour fixer les 6 carbones d’un glucose.
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Deux phases couplées
Phase photochimique (thylakoïdes)
Dépend directement de la lumière ; produit O2, ATP et NADPH.
⇄
Phase chimique (stroma)
Ne dépend pas directement de la lumière, mais utilise l’ATP et le NADPH ; fixe le CO2.
Applications agricoles
Enrichir l’air des serres en CO2 augmente la photosynthèse, si la lumière est suffisante.
Un bon éclairement (espacement des plants, taille) améliore les rendements du maïs ou du cacaoyer.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La phase chimique (cycle de Calvin) se déroule dans le stroma.
La Rubisco fixe le CO₂ sur le RuBP (C5) : il se forme 2 APG (C3).
L’APG est réduit en triose phosphate grâce à l’ATP et au NADPH de la phase claire.
Le RuBP est régénéré ; les trioses exportés forment glucose, saccharose et amidon.
Les deux phases sont couplées : sans lumière, le cycle de Calvin s’arrête rapidement.
je retiensl’énergie (ATP)la lumière
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Vocabulaire à connaître
Cycle de Calvinensemble de réactions du stroma qui fixe le CO₂.RuBPribulose bisphosphate, sucre accepteur du CO₂ (C5).APGacide phosphoglycérique, premier produit stable (C3).Rubiscoenzyme qui fixe le CO₂ sur le RuBP.Carboxylationfixation d’une molécule de CO₂.
Je m’évalue
1. Quel est le premier composé radioactif formé à partir du ¹⁴CO₂ ?
2. Quelle enzyme fixe le CO₂ ?
3. Que devient le RuBP si l’on supprime le CO₂ ?
4. Que fournit la phase claire au cycle de Calvin ?
Réponses : l’APG · la Rubisco · il s’accumule · ATP et NADPH. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisle cyclele cortex
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Erreurs fréquentes
Appeler la phase chimique « phase obscure » et croire qu’elle se fait la nuit : elle a lieu le jour, dès qu’il y a de l’ATP et du NADPH.
Inverser les rôles : le RuBP est l’accepteur du CO₂ ; l’APG est le produit.
Oublier la régénération du RuBP : sans elle, le cycle s’arrête.
Méthode
Pour interpréter les courbes APG / RuBP : pour chaque condition supprimée, demande-toi quelle réaction s’arrête ; la molécule placée avant la réaction bloquée s’accumule, celle placée après diminue.
Activité d’intégration
Un chercheur de l’IRAD étudie des feuilles de cacaoyer. Il les éclaire avec du ¹⁴CO₂ pendant 10 minutes, puis les place brutalement à l’obscurité. Il observe que l’APG radioactif augmente puis se stabilise, alors que le RuBP radioactif s’effondre.
Explique l’évolution de l’APG à l’obscurité.
Explique la diminution du RuBP.
Montre que la phase chimique dépend indirectement de la lumière.