Photosynthèse

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi chaque automne, les feuilles des arbres passent du vert aux nuances de jaune, d’orange et de rouge ? Qu’est-ce qui donne aux feuilles leurs couleurs vives en premier lieu ? La réponse réside dans les organites végétaux appelés chloroplastes, qui contiennent des pigments qui absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière du soleil et en réfléchissent d’autres. Un pigment particulier, la chlorophylle, est le plus abondant en été. Il absorbe les longueurs d’onde à haute énergie, violettes, bleues et rouges de la lumière du soleil et réfléchit les longueurs d’onde vertes donnant aux feuilles leur aspect vert. Il existe d’autres pigments dans les feuilles, tels que les caroténoïdes, qui réfléchissent la lumière rouge et jaune. À l’automne, les feuilles cessent de reconstituer leurs pigments. Comme la chlorophylle se dégrade plus rapidement que les autres pigments, les couleurs de ces caroténoïdes sont démasquées.

La présence de différents pigments dans une feuille verte peut être démontrée avec du papier de chromatographie, un polymère hydrophile qui sépare les molécules en fonction de leur solubilité dans un solvant particulier. Tout d’abord, l’extrait de feuille est chargé sur le papier. Lorsque le papier est plongé dans un solvant hydrophobe organique, le solvant se déplace le long du papier en raison de l’action capillaire et en cours de route, il sépare différents pigments dans l’extrait de feuille. Les pigments les plus hydrophobes sont transportés plus haut dans le papier. Alors que les pigments hydrophiles se lient à la cellulose, ce qui entrave leur mouvement. Une fois que tous les pigments sont triés en fonction de leur hydrophobie, nous pouvons calculer le facteur de rétention ou les valeurs Rf. La valeur Rf est le rapport entre la distance parcourue par un pigment et la distance parcourue par le solvant. Chaque pigment a une valeur Rf unique et nous pouvons facilement identifier les pigments en comparant les valeurs calculées aux normes. La photosynthèse, le processus par lequel les plantes convertissent le dioxyde de carbone, l’eau et l’énergie lumineuse en énergie chimique et en oxygène, est réalisée principalement dans les feuilles d’une plante, et la chlorophylle joue un rôle essentiel dans ce processus. Les chloroplastes contiennent des dizaines de molécules de chlorophylle, chacune effectuant une tâche spécifique et interagissant de manière complexe. En fin de compte, l’énergie lumineuse amène les molécules de chlorophylle à céder des électrons qui sont utilisés dans d’autres processus métaboliques. Par conséquent, la chlorophylle a besoin d’un apport continu d’électrons pour remplacer ceux qu’elle perd. Ces électrons de remplacement proviennent de la division des molécules d’eau en protons, électrons et molécules d’oxygène. À des taux élevés de photosynthèse, l’eau se divise plus rapidement pour reconstituer les électrons et l’oxygène est généré rapidement.

Ce phénomène nous aide à évaluer le taux de photosynthèse en laboratoire en suspendant simplement des disques de feuilles dans une solution de bicarbonate où le bicarbonate agit comme une riche source de carbone. Au début de l’expérience du disque foliaire, les gaz sont expulsés des disques foliaires en appliquant une pression négative avec un vide dans une seringue. Les disques des feuilles, avec leurs gaz expulsés, deviennent plus lourds et coulent au fond de la solution de bicarbonate lorsqu’ils sont transférés dans un bécher. Lorsque la photosynthèse a lieu, l’eau de l’environnement est divisée afin de reconstituer les électrons de chlorophylle. L’oxygène qui en résulte rend les disques plus légers, ce qui les fait flotter à la surface au fil du temps. Les environnements qui permettent des taux de photosynthèse plus élevés ont des disques qui flottent plus vite.

Dans cet atelier, vous allez d’abord séparer et identifier les pigments des feuilles d’épinards à l’aide de papier de chromatographie. Ensuite, vous évaluerez le taux de photosynthèse dans l’eau et dans une solution bicarbonatée avec une expérience de disque foliaire.