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Une souris photosynthétique ?

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N. Shubin's Votre poisson intérieur fait remarquer à plusieurs reprises qu'il existe de nombreuses similitudes fonctionnelles entre certains cousins ​​génétiques apparemment éloignés. Si cela devait être renforcé, nous avons la chèvre-araignée, dont le lait contient de la soie d'araignée, et une souris knock-in dont la vision ressemble à celle des humains.

Les deux derniers exemples sont intéressants car, si je me souviens bien, rien au-delà de l'insertion du gène (déjà un exploit) n'a dû être fait pour conférer la capacité supplémentaire/nouvelle. La machinerie au niveau cellulaire (pour que la souris perçoive une nouvelle couleur ou pour que la chèvre traite le lait d'une manière ou d'une autre) existait déjà.

Ma question est de savoir s'il n'est pas possible en théorie de créer un mammifère capable de photosynthèse ? S'il s'agit d'un trait polygénique, il serait peut-être accompli en plusieurs étapes. Je me rends compte qu'une réponse ici serait hautement spéculative, mais une réponse prudente pourrait éclairer le processus d'attribution de nouveaux traits/capacités de cette manière.

Bien que je ne vois aucun avantage évident à créer une souris de photosynthèse, au moins les factures de nourriture pour leur entretien pourraient être faibles. Cela ressemble à une blague, mais ce n'est pas un avantage insignifiant.

Merci pour toute idée.


C'est presque impossible pour les raisons suivantes :

  1. Pour la photosynthèse, vous avez besoin de chloroplastes
  2. Pour maintenir les chloroplastes, vous avez besoin de nombreux gènes dans le noyau qui soutiendront son endosymbiose

j'ai dit presque impossible car il existe des exemples naturels de ce que vous demandez. Une limace de mer appelée Elysia acquiert des choloplastes à partir d'algues vertes dont elle se nourrit. Cependant, il ne peut pas conserver les chloroplastes et les transmettre à la génération suivante, mais il en acquiert suffisamment pour apparaître vert et survivre grâce à la photosynthèse lorsqu'il n'y a pas de nourriture.

Un autre exemple est celui du protiste, Rhopalodia gibba, qui a acquis un organisme semblable à une cyanobactérie. Ce protiste avait déjà un plaste secondaire dérivé d'une algue rouge avant d'acquérir un "vert" cyanobactéries. Cette acquisition a donné à l'hôte la capacité de fixer l'azote en présence de lumière.

L'affaire de Paulinella chromatophora est très intéressant car l'acquisition d'un endosymbiote s'est produite très récemment. L'endosymbionte est proche du clade Synechococcus des cyanobactéries.

Intuitivement, on peut comprendre que ce genre d'acquisitions serait assez difficile pour un organisme multicellulaire.

ADDENDA

La photosynthèse est une réaction complexe qui nécessite un compartiment dédié qui non seulement récolte la lumière et produit de l'ATP, mais possède également des complexes enzymatiques nécessaires à l'anabolisme (fixation du carbone, etc.). Pour l'instant, nous pouvons accepter l'hypothèse qu'il ne serait pas possible pour une énorme cellule eucaryote de remplir ces fonctions en l'absence d'un organite dédié. Pour une discussion sur la raison pour laquelle il en est ainsi, vous pouvez vous référer à ce post. Cela dit, il existe un moyen facile de transmettre des capacité photosynthétique à une cellule eucaryote. Certaines archées et bactéries utilisent la rhodopsine pour pomper des protons contre son gradient, en présence de lumière ; celui-ci est couplé à l'ATP-synthase tout comme les complexes d'ETC dans les mitochondries. Dans cette étude, Hara et al ont exprimé la delta-rhodopsine dans les mitochondies de mammifères, ce qui permet maintenant aux mitochondries de générer de l'ATP en présence de lumière. De plus, ces cellules étaient immunisées contre les toxines mitochondriales qui affectent l'activité du complexe I.

PS : merci biogirl. J'ai presque oublié ça et je me suis juste rappelé quand je lisais autre chose


Résumez les résultats expérimentaux qui ont révélé des détails sur le processus de la photosynthèse.

L'histoire des études menées sur la photosynthèse remonte au XVIIe siècle avec Jan Baptist van Helmont. Il a rejeté l'idée ancienne selon laquelle les plantes tirent la majeure partie de leur biomasse du sol. Pour preuve, il a réalisé une expérience avec un saule. Il a commencé avec un saule d'une masse de 2,27 kg. En 5 ans, il est passé à 67,7 kg. Cependant, la masse du sol n'a diminué que de 57 grammes. Van Helmont est arrivé à la conclusion que les plantes doivent tirer la majeure partie de leur masse de l'eau. Il ne connaissait pas les gaz.

Joseph Priestley a mené une série d'expériences en 1772 (Figure (PageIndex<1>)). Il a testé une souris, une bougie et un brin de menthe sous un bocal hermétiquement fermé (aucun air ne peut entrer ni sortir). Il a d'abord observé qu'une souris et une bougie se comportent de manière très similaire lorsqu'elles sont couvertes, en ce sens qu'elles "pendent toutes deux" l'air. Cependant, lorsqu'une plante est placée avec la bougie ou la souris, la plante "vivre" l'air pour les deux.

Figure (PageIndex<1>): Expériences de J. Priestley (1772) démontrant que les plantes fournissaient "l'air" nécessaire pour qu'une bougie brûle ou qu'une souris respire.

D'autres idées ont été apportées à la fin de 1700&rsquos. Jan Ingenhousz et Jean Senebier ont constaté que l'air ne se renouvelle que le jour et que le CO(_2) est assemblé par les plantes. Antoin-Laurent Lavoiser a découvert que "l'air revivifié" est un gaz distinct, l'oxygène.

Mais qu'est-ce que l'oxygène & ldquomaker & rdquo ? Il existe de nombreux pigments dans les plantes, et tous acceptent et reflètent certaines parties de l'arc-en-ciel. Pour identifier le coupable, Thomas Engelmann a mené une expérience (Figure (PageIndex<2>)) en utilisant un prisme de cristal qui fait briller différentes longueurs d'onde (couleurs) de lumière visible sur les algues Spirogyre algues. Il a ensuite mesuré la production d'oxygène avec aérotactique bactéries, qui se déplacent vers les zones à forte concentration en oxygène. Une forte densité de cellules bactériennes s'est accumulée dans les parties bleue et rouge du spectre, indiquant que c'était là que le plus d'oxygène était produit et que le plus de photosynthèse était réalisée. C'était une énorme trouvaille. Il indique que le pigment photosynthétique clé doit accepter les rayons bleus et rouges, et donc refléter les rayons verts. Le pigment photosynthétique chlorophylle une correspond le mieux à cette description.

Figure (PageIndex<2>) : L'expérience de Thomas Engelmann (1881) consistait à séparer les longueurs d'onde de la lumière visible à l'aide d'un prisme. L'arc-en-ciel de lumière visible va d'environ 400 nm (violet) à 700 nm (rouge). Les algues Spirogyre produit le plus de bulles d'oxygène dans les parties bleues et rouges du spectre de la lumière visible, et les cellules bactériennes se sont ainsi accumulées dans ces régions.

Un autre fait important a été découvert par Frederick Blackman en 1905. Il a constaté que si l'intensité lumineuse est faible, l'augmentation de la température a en fait très peu d'effet sur le taux de photosynthèse. Cependant, l'inverse n'est pas tout à fait vrai, et la lumière est capable d'intensifier la photosynthèse même lorsqu'il fait froid.

Cela ne pourrait pas arriver si la lumière et la température sont des facteurs absolument indépendants. Si la température et la lumière sont des composants de la chaîne, la lumière était la première (&ldquoignition&rdquo) et la température la deuxième. Cela montre finalement que la photosynthèse a deux étapes (maintenant appelées étapes dépendantes de la lumière et indépendantes de la lumière). Le stade dépendant de la lumière est lié à l'intensité de la lumière. Le stade indépendant de la lumière est davantage lié à la température car il implique de nombreuses enzymes.


Méthodes de production de souris transgéniques (avec diagramme)

Il est conçu pour aider les chercheurs effectuant des recherches sur la biologie du vieillissement en créant des souris génétiquement modifiées en insérant un nouveau gène ou en supprimant un gène normal.

Cette méthode est devenue l'une des approches les plus passionnantes pour découvrir les fonctions et les interactions des gènes chez les mammifères. A l'Université de Washington, Nathan Shock Center, cette technologie transgénique est utilisée pour développer de nouveaux modèles animaux pour étudier les mécanismes génétiques du processus de vieillissement (Fig. 18.4).

Au cours de l'année précédente, la production de souris transgéniques s'est concentrée sur des constructions avec une défense renforcée contre les dommages causés par les radicaux libres au cours du vieillissement (par exemple, catalase, superoxyde dismutase, glutathion S-transférase), syndrome de Werner, diabète de l'adulte, maladie d'Alzheimer, thrombospondine et polyarthrite rhumatoïde au cours du vieillissement. Près de 4000 embryons, principalement de la souche ingred C57BL/6, ont été transférés, 498 chiots analysés et au moins 40 contenaient la construction intégrée.

En outre, ce noyau a concentré une partie appréciable des efforts dans les méthodologies de lignées souches embryonnaires (ES) pour la génération de knock-out et de ES transgéniques ciblés. Cela comprenait des travaux pour générer des modèles murins du syndrome de Werner, des modèles pour l'étude des gènes de préséniline liés à la maladie d'Alzheimer et l'étude de modèles de thrombospondine dans le vieillissement. Au cours de la dernière année, un total de 396 embryons ont été transférés et 79 chiots sont nés, dont 37 étaient chimériques.

L'isolement des gènes des mammifères est de la plus haute importance pour la biologie et la médecine du vieillissement en raison des contributions que ces études peuvent apporter à la compréhension de la physiologie et du développement. Les techniques d'introduction de gènes étrangers dans la lignée germinale de souris offrent de nouvelles approches pour modéliser les maladies génétiques et dégénératives chroniques humaines. Depuis le premier rapport de 1980 décrivant des souris transgéniques, des méthodes de microinjection directe d'ADN dans les pro-noyaux d'embryons fécondés se sont établies. Des gènes étrangers peuvent être incorporés dans les tissus somatiques de la lignée germinale, avec expression de ces éléments dans la descendance des souris fondatrices.

La création d'animaux « transgéniques » qui fabriquent un produit génique spécifié présente un éventail d'opportunités pour des études fondamentales en pathogenèse moléculaire et des investigations précliniques applicables à une grande variété de problèmes médicaux liés au vieillissement. Une technologie supplémentaire de transfert de gènes développée dans les années 1980 impliquait l'utilisation de cellules souches de l'embryon précoce, appelées cellules souches embryonnaires (ES). La capacité des cellules ES à se différencier les rend utiles pour étudier les effets des modifications génétiques du gain ou de la perte de fonction.

Ces cellules ES pluripotentes génétiquement modifiées peuvent ensuite être utilisées pour fabriquer des souris avec des gènes délétés (gene knockout) ou une mutagenèse ciblée de gènes impliqués dans le processus de vieillissement. Il est également possible de développer des lignées de souris transgéniques portant de très grandes constructions d'ADN (> 600 kb) transectées dans des cellules ES. Le programme de vieillissement de l'Université de Washington fournit un niveau ciblé d'expertise et de ressources pour améliorer et faciliter le développement de modèles animaux transgéniques à l'aide de la technologie de transfert de cellules ES.

Deux méthodes de production de souris transgéniques sont largement utilisées :

(1) Transformer des cellules souches embryonnaires (cellules ES) en culture tissulaire avec l'ADN souhaité

(2) injecter le gène souhaité dans le pro-noyau d'un œuf de souris fécondé.

Méthode 1- La méthode des cellules souches embryonnaires :

Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) sont récoltées à partir de la masse cellulaire interne (ICM) des blastocystes de souris. Ils peuvent être cultivés en culture et conservent tout leur potentiel pour produire toutes les cellules de l'animal mature, y compris ses gamètes.

1. Créez votre ADN - En utilisant des méthodes d'ADN recombinant, construisez des molécules d'ADN contenant le gène de structure que vous désirez (par exemple, le gène de l'insuline), un vecteur d'ADN pour permettre aux molécules d'être insérées dans des molécules d'ADN hôte, des séquences de promoteur et d'amplificateur pour permettre le gène à exprimer par les cellules hôtes.

2. Transformer les cellules ES en culture - Exposer les cellules cultivées à l'ADN afin que certaines l'intègrent.

3. Sélectionnez pour les cellules transformées avec succès.

4. Injecter ces cellules dans la masse cellulaire interne (ICM) des blastocystes de souris.

5. Transfert d'embryons - Préparer une pseudo souris gravide (en accouplant une souris femelle avec un mâle vasectomisé). Le stimulus de l'accouplement provoque les changements hormonaux nécessaires pour rendre son utérus réceptif. Transférez les embryons dans son utérus.

6. Testez sa progéniture – Retirez un petit morceau de tissu de la queue et examinez son ADN pour le gène souhaité. Pas plus de 10 à 20 % l'auront, et ils seront hétérozygotes pour le gène.

7. Établir une souche transgénique – Accoupler deux souris hétérozygotes et cribler leur progéniture pour le 1:4 qui sera homozygote pour le transgène. L'accouplement de ceux-ci fondera la souche transgénique.

Méthode 2 - La méthode pro-noyau :

1. L'ADN est préparé comme dans la méthode 1.

2. Transformer les œufs fécondés – Les œufs fraîchement fécondés sont récoltés avant que la tête du spermatozoïde ne devienne un pro-noyau. Le pro-noyau mâle est injecté d'ADN. Lorsque les pro-noyaux ont fusionné pour former le noyau du zygote diploïde, le zygote est autorisé à se diviser par mitose pour former un embryon à 2 cellules. Les embryons sont implantés dans une pseudo mère adoptive enceinte et précédés comme dans la méthode 1.

La figure 18.5 montre une souris transgénique (à droite) avec un compagnon de portée normal (à gauche). La souris géante s'est développée à partir d'un œuf fécondé transformé avec une molécule d'ADN recombinant contenant le gène de structure de l'hormone de croissance humaine et un puissant promoteur de gène de souris.

Les niveaux d'hormone de croissance dans le sérum de certaines des souris transgéniques étaient plusieurs centaines de fois plus élevés que chez les souris témoins.

Insertion de gène aléatoire ou ciblée :

Les premiers vecteurs utilisés pour l'insertion du gène pouvaient, et l'ont fait, placer le gène (de une à 200 copies) n'importe où dans le génome. Cependant, si vous connaissez une partie de la séquence d'ADN flanquant un gène particulier, il est possible de concevoir des vecteurs qui remplacent ce gène. Le gène de remplacement peut être un gène qui (a) restaure la fonction chez un animal mutant ou (b) annule la fonction d'un locus particulier.

Dans les deux cas, l'insertion d'un gène ciblé nécessite :

(2) Neor, un gène qui code pour une enzyme qui inactive l'antibiotique néomycine et ses proches, comme le médicament G418, qui est mortel pour les cellules des mammifères

(3) Tk, un gène qui code pour la thymidine kinase, une enzyme qui phosphoryle l'analogue nucléosidique gancyclovir.

L'ADN polymérase ne parvient pas à discriminer le nucléotide résultant et insère ce nucléotide non fonctionnel dans l'ADN fraîchement répliqué. Ainsi, le ganciclovir tue les cellules qui contiennent le gène tk. Les souris knock-out sont des outils précieux pour découvrir la ou les fonctions des gènes pour lesquels les souches mutantes n'étaient pas disponibles auparavant.

Deux généralisations ont émergé de l'examen des souris knock-out : les souris knock-out sont souvent étonnamment peu affectées par leur déficience. De nombreux gènes s'avèrent ne pas être indispensables. Le génome de la souris semble avoir une redondance suffisante pour compenser une seule paire d'allèles manquante. La plupart des gènes sont pléiotropes. Ils sont exprimés dans différents tissus de différentes manières et à différents moments du développement.

Le système Cre/loxP:

L'un des bactériophages qui infecte E. coli, appelé PI, produit une enzyme - appelée Cre - qui coupe son ADN en longueurs adaptées à l'emballage en particules virales fraîches. Cre coupe l'ADN viral partout où il rencontre une paire de séquences désignées loxP. Tout l'ADN entre les deux sites loxP est retiré et l'ADN restant est à nouveau ligaturé (l'enzyme est donc une recombinase).

À l'aide de la méthode 1 (ci-dessus), les souris peuvent être rendues transgéniques pour le gène codant Cre attaché à un promoteur qui ne sera activé que lorsqu'il est lié par les mêmes facteurs de transcription que les autres gènes requis pour la fonction unique (s) de ce type de cellule un gène “target”, celui dont la fonction est à étudier, flanqué de séquences loxP (Fig. 18.6).

Chez l'animal adulte, les cellules qui reçoivent des signaux (par exemple, l'arrivée d'une hormone ou d'une cytokine) pour activer la production des facteurs de transcription nécessaires à l'activation des promoteurs des gènes dont les produits sont nécessaires à ce type particulier de cellule sur la transcription du gène Cre. Sa protéine éliminera alors le gène “target” à l'étude. Toutes les autres cellules manqueront des facteurs de transcription nécessaires pour se lier au promoteur Cre (et/ou à tout amplificateur) de sorte que le gène cible reste intact.

Le résultat : une souris avec un gène particulier assommé dans certaines cellules seulement. Le système CrdloxP peut également être utilisé pour éliminer les séquences d'ADN qui bloquent la transcription des gènes. Dans une telle souris “knockin”, le gène “target” n'est activé que dans certaines cellules.


Priestly était très intrigué par l'air qui flottait sur le grain en fermentation dans la brasserie à côté de son église. De ses expériences, il a pu déduire que ce gaz de brasserie éteignait un copeau de bois allumé et était plus lourd que l'air normal. Il a ensuite conçu une expérience pour produire le même gaz dans son laboratoire. Il a également noté que le gaz produisait un goût piquant lorsqu'il était dissous dans l'eau, ce qui l'a conduit à inventer le premier verre d'eau gazeuse potable (eau gazeuse).

En 1794, Priestley immigre aux États-Unis avec sa famille et s'installe à Northumberland, en Pennsylvanie. Il s'est ensuite retiré à une vie paisible avec ses écrits. Il mourut tranquillement dans sa maison le 6 février 1804.


Chapitre 10 – Objectifs de la photosynthèse

1. Distinguer la nutrition autotrophe de la nutrition hétérotrophe.

2. Distinguer les photoautotrophes des chimioautotrophes.

3. Décrivez la structure d'un chloroplaste, en énumérant toutes les membranes et tous les compartiments.

Les voies de la photosynthèse

4. Écrivez une équation récapitulative pour la photosynthèse.

5. Expliquez l'hypothèse de van Niel et décrivez comment elle a contribué à notre compréhension actuelle de la photosynthèse. Expliquez les preuves qui appuient son hypothèse.

6. En termes généraux, expliquez le rôle des réactions redox dans la photosynthèse.

7. Décrivez les deux étapes principales de la photosynthèse en termes généraux.

8. Décrire la relation entre un spectre d'action et un spectre d'absorption. Expliquez pourquoi le spectre d'action de la photosynthèse diffère du spectre d'absorption de la chlorophylle a.

9. Expliquez comment les caroténoïdes protègent la cellule des dommages causés par la lumière.

10. Énumérez les longueurs d'onde de la lumière les plus efficaces pour la photosynthèse.

11. Explique ce qui se passe lorsqu'une solution de chlorophylle a absorbe des photons. Expliquez ce qui se passe lorsque la chlorophylle a dans un chloroplaste intact absorbe des photons.

12. Dressez la liste des composants d'un photosystème et expliquez la fonction de chaque composant.

13. Tracer le mouvement des électrons dans un flux d'électrons non cyclique. Tracez le mouvement des électrons dans un flux d'électrons cyclique.

14. Expliquer les fonctions du flux d'électrons cyclique et non cyclique.

15. Décrire les similitudes et les différences dans la chimiosmose entre la phosphorylation oxydative dans les mitochondries et la photophosphorylation dans les chloroplastes.

16. Énoncez la fonction de chacune des trois phases du cycle de Calvin.

17. Décrivez le rôle de l'ATP et du NADPH dans le cycle de Calvin.

18. Décrivez ce qui arrive au rubisco lorsque la concentration en O2 est beaucoup plus élevée que la concentration en CO2.

19. Décrivez les principales conséquences de la photorespiration. Expliquez pourquoi on pense qu'il s'agit d'une relique de l'évolution.

20. Décrivez deux adaptations photosynthétiques importantes qui minimisent la photorespiration.


F.F. Blackman

L'équation ci-dessus montre la relation entre les substances utilisées et produites par le processus. Il ne nous dit rien sur les étapes intermédiaires. Que la photosynthèse implique au moins deux processus tout à fait distincts est devenu évident d'après les expériences du physiologiste britannique des plantes F. F. Blackman. Ses résultats peuvent facilement être dupliqués en utilisant la configuration sur la gauche. La plante aquatique verte Élodée (disponible partout où des fournitures d'aquarium sont vendues) est l'organisme d'essai. Lorsqu'un brin est placé à l'envers dans une solution diluée de NaHCO3 (qui sert de source de CO2) et éclairée par une lampe à projecteur, des bulles d'oxygène se dégagent bientôt de la partie coupée de la tige. On compte alors le nombre de bulles émises dans un intervalle de temps fixe à chacune de plusieurs intensités lumineuses. Le tracé de ces données produit un graphique comme celui ci-dessous.

Étant donné que le taux de photosynthèse ne continue pas d'augmenter indéfiniment avec une illumination accrue, Blackman a conclu qu'au moins deux processus distincts sont impliqués : l'un, une réaction qui nécessite de la lumière et l'autre, une réaction qui n'en nécessite pas. Cette dernière est appelée réaction "sombre" bien qu'elle pouvez continuer dans la lumière. Blackman a théorisé qu'à des intensités lumineuses modérées, la réaction "légère" limite ou "rythme" l'ensemble du processus. En d'autres termes, à ces intensités, la réaction sombre est capable de traiter toutes les substances intermédiaires produites par la réaction lumineuse. Avec des intensités lumineuses croissantes, cependant, un point est finalement atteint lorsque la réaction sombre fonctionne à sa capacité maximale. Tout autre éclairage est inefficace et le processus atteint un rythme constant.

Cette interprétation est renforcée en répétant l'expérience à une température un peu plus élevée. La plupart des réactions chimiques se déroulent plus rapidement à des températures plus élevées (jusqu'à un certain point). À 35°C, le taux de photosynthèse ne se stabilise pas tant que des intensités lumineuses plus importantes ne sont pas présentes. Cela suggère que la réaction sombre fonctionne maintenant plus rapidement. Le fait qu'à de faibles intensités lumineuses le taux de photosynthèse ne soit pas plus élevé à 35°C qu'à 20°C soutient également l'idée qu'il s'agit d'une réaction lumineuse qui limite le processus dans cette plage. Les réactions lumineuses dépendent non pas de la température, mais simplement de l'intensité de l'éclairage.

L'augmentation du taux de photosynthèse avec l'augmentation de la température ne se produit pas si l'apport de CO2 est limité. Comme le montre la figure, le taux global de photosynthèse atteint une valeur stable à des intensités lumineuses inférieures si la quantité de CO2 disponible est limité. Ainsi CO2 la concentration doit être ajoutée comme troisième facteur régulant la vitesse à laquelle la photosynthèse se produit. En pratique, cependant, la concentration disponible pour les plantes terrestres est simplement celle trouvée dans l'atmosphère : 0,035%.


Chercheurs La photosynthèse d'images en action

À l'aide de la source de lumière cohérente Linac du SLAC National Accelerator Laboratory (le laser à rayons X le plus puissant au monde), un groupe multinational de scientifiques a pu prendre des instantanés détaillés de la photosynthèse en action alors qu'elle divise l'eau en oxygène, protons et électrons.

Le complexe évoluant de l'oxygène (OEC) du photosystème II passe par cinq états, où quatre électrons sont extraits séquentiellement de l'OEC dans quatre événements de séparation de charge entraînés par la lumière. Les ellipses montrent des instantanés de l'amas métallique observé dans l'étude. Crédit image : Mary Zhu.

La photosynthèse, un processus catalysé par les plantes, les algues et les cyanobactéries, est l'un des processus fondamentaux de la vie sur Terre. Il convertit la lumière du soleil en énergie, soutenant ainsi toute vie supérieure sur Terre.

Deux grands complexes protéiques, appelés photosystèmes I et II, agissent en série pour catalyser les réactions induites par la lumière dans la photosynthèse.

Le photosystème II produit l'oxygène que nous respirons, ce qui nous maintient en vie.

La révélation du mécanisme de ce processus est essentielle pour le développement de systèmes artificiels qui imitent et surpassent l'efficacité des systèmes naturels.

"Les organismes photosynthétiques savent déjà comment faire cela, et nous devons connaître les détails de la façon dont la photosynthèse effectue le processus en utilisant du manganèse et du calcium abondants", a déclaré le professeur Devens Gust de l'Arizona State University, qui n'était pas impliqué dans la recherche.

Lors de la photosynthèse, l'oxygène est produit sur un site métallique spécial contenant quatre atomes de manganèse et un atome de calcium, reliés entre eux en un amas métallique.

Cet amas d'oxygène est lié au photosystème II qui catalyse le processus de division de l'eau entraîné par la lumière. Il faut quatre éclairs lumineux pour extraire une molécule d'oxygène de deux molécules d'eau liées au cluster métallique.

Il y a deux inconvénients majeurs à obtenir des informations structurelles et dynamiques sur ce processus par une technique traditionnelle appelée cristallographie aux rayons X : (i) les images que l'on peut obtenir avec les méthodes standard de détermination structurelle sont statiques (ii) la qualité des informations structurelles est défavorable affecté par les dommages causés par les rayons X.

« L'astuce consiste à utiliser le laser à rayons X le plus puissant au monde, la source de lumière cohérente Linac de SLAC. Des impulsions femtosecondes extrêmement rapides enregistrent des instantanés des cristaux du photosystème II avant qu'ils n'explosent dans le faisceau de rayons X, un principe appelé diffraction avant destruction. De cette façon, des instantanés du processus de fractionnement de l'eau sont obtenus sans dommage. Le but ultime du travail est d'enregistrer des films moléculaires de la division de l'eau », a expliqué le professeur Petra Fromme de l'Arizona State University, l'auteur principal de l'article publié dans la revue. La nature.

Le professeur Fromme et ses collègues ont réalisé les expériences de cristallographie femtoseconde résolues en temps sur des nanocristaux du photosystème II, qui sont si petits qu'on peut à peine les voir, même au microscope.

Les cristaux sont frappés par deux éclairs laser verts avant que les changements structurels ne soient élucidés par les impulsions de rayons X femtosecondes.

L'équipe a découvert d'importants changements structurels de la protéine et du cluster métallique qui catalyse la réaction.

L'amas s'allonge considérablement, laissant ainsi la place à une molécule d'eau pour se déplacer.

Christophe Kupitz et al. Cristallographie en série résolue en temps du photosystème II à l'aide d'un laser à rayons X femtoseconde. La nature, publié en ligne le 09 juillet 2014 doi : 10.1038/nature13453


Photosynthèse ICSE Class-10 Concise Selina Biology Solutions Chapitre-6

A. TYPE À CHOIX MULTIPLE Photosynthèse ICSE Classe 10 Concise Selina Biologie

La production d'amidon, et non de glucose, est souvent utilisée comme mesure de la photosynthèse dans les feuilles car

(a) l'amidon est le produit immédiat de la photosynthèse

(b) le glucose formé lors de la photosynthèse est rapidement converti en amidon

(c) l'amidon est soluble dans l'eau

Réponse 1

(b) le glucose formé lors de la photosynthèse est rapidement converti en amidon

Question 2

Le nombre de molécules d'eau nécessaires dans les réactions chimiques pour produire une molécule de glucose pendant la photosynthèse est

Réponse 2

Question 3

Le taux de photosynthèse n'est pas affecté par

Réponse 3

Question 4

La chlorophylle dans une feuille est nécessaire pour

(a) décomposer l'eau en hydrogène et oxygène

(d) stocker l'amidon dans les feuilles

Réponse 4

Question 5

Si le taux de respiration devient supérieur au taux de photosynthèse, les plantes :

(a) continuer à vivre, mais ne sera pas en mesure de stocker de la nourriture

(c) croître plus vigoureusement car plus d'énergie sera disponible

(d) arrêter de grandir et mourir progressivement de faim

Réponse 5

(a) continuer à vivre, mais ne sera pas en mesure de stocker de la nourriture

Question 6

Quelle réaction chimique se produit pendant la photosynthèse ?

(a) Le dioxyde de carbone est réduit et l'eau est oxydée

(b) L'eau est réduite et le dioxyde de carbone est oxydé

(c) Le dioxyde de carbone et l'eau sont oxydés

(d) Le dioxyde de carbone et l'eau sont réduits

Réponse 6

(a) Le dioxyde de carbone est réduit et l'eau est oxydée

Question 7

La fonction spécifique de l'énergie lumineuse dans le processus de photosynthèse est de

Réponse 7

Question 8

Une plante est conservée dans une armoire sombre pendant 48 heures avant toute expérience sur la photosynthèse afin de

(a) éliminer la chlorophylle des feuilles

(b) retirer l'amidon des feuilles

(c) s'assurer qu'aucune photosynthèse n'a eu lieu

(d) s'assurer que les feuilles sont exemptes d'amidon

Réponse 8

(d) s'assurer que les feuilles sont exemptes d'amidon

Question 9

Lors de la photosynthèse, l'oxygène contenu dans le glucose provient de

Réponse 9

B. TYPE DE RÉPONSE TRÈS COURTE Photosynthèse ICSE Classe 10 Concise Selina Biologie

Question 1

(a) La catégorie d'organismes qui préparent leur propre nourriture à partir de matières premières de base.

(b) Le type de plastes trouvés dans les cellules du mésophylle de la feuille.

(c) Le composé qui stocke l'énergie dans les cellules.

(d) La première forme de substance alimentaire produite lors de la photosynthèse.

(e) Les organismes qui peuvent être appelés « purificateurs naturels » de l'air.

(f) La source de dioxyde de carbone pour les plantes aquatiques.

(g) La partie du chloroplaste où se déroule la réaction sombre de la photosynthèse.

(h) Le tissu qui transporte le type d'amidon fabriqué des feuilles vers toutes les parties des plantes.

Réponse 1

(c) ATP (Adénosine triphosphate)

(f) Dioxyde de carbone dissous dans l'eau

C. TYPE DE RÉPONSE COURTE pour ICSE Class-10 Chapitre 6 Photosynthèse

Question 1

Mentionnez une différence entre les éléments suivants sur la base de ce qui est indiqué entre parenthèses.

(a) Respiration et photosynthèse (gaz libéré)

(b) Réactions à la lumière et à l'obscurité (produits formés)

(c) Producteurs et consommateurs (mode de nutrition)

(d) Herbe et sauterelle (mode de nutrition)

(e) Chlorophylle et chloroplaste (partie de la cellule végétale)

Réponse 1

Respiration Photosynthèse
Le gaz libéré lors de la respiration est le dioxyde de carbone. Le gaz libéré lors de la photosynthèse est l'oxygène.

Réaction légère Réaction sombre
L'hydrogène et l'oxygène sont produits ici, ainsi que la libération d'électrons, qui convertit l'ADP en ATP. Le glucose est le principal produit formé lors de la réaction à l'obscurité.

Herbe Sauterelle
L'herbe verte étant un producteur est capable de produire sa propre nourriture par photosynthèse. La sauterelle est un consommateur primaire (herbivore) et se nourrit directement de producteurs comme l'herbe.

Chlorophylle Chloroplaste
La chlorophylle est le pigment vert présent dans les organites cellulaires appelés chloroplastes. Les chloroplastes sont des organites cellulaires, situés dans le cytoplasme des cellules végétales. Ils sont présents principalement dans les cellules du mésophylle et dans les cellules de garde des stomates.

Question 2

Identifiez les fausses déclarations et réécrivez-les correctement en ne changeant que le premier ou le dernier mot.

(a) La réaction sombre de la photosynthèse se produit pendant la nuit.

(b) Le produit immédiat de la photosynthèse est le glucose.

(c) L'amidon produit dans une feuille y reste stocké pendant 2-3 semaines avant d'être utilisé par d'autres parties de la plante.

(d) La photosynthèse nécessite des enzymes.

(e) Les plantes vertes sont des consommateurs.

(f) La photosynthèse entraîne une perte de poids sec des plantes.

(g) La photosynthèse s'arrête à une température d'environ 35 o C.

(h) La photosynthèse ne se produit que dans les cellules contenant des chloroplastes.

(i) Les plantes vertes effectuent la photosynthèse.

Réponse 2

Déclaration correcte : La réaction sombre de la photosynthèse est indépendante de la lumière et se produit simultanément avec la réaction lumineuse.

Déclaration correcte : L'amidon produit dans une feuille est stocké temporairement dans la feuille jusqu'au processus de photosynthèse. La nuit, il est reconverti en sucre soluble et transféré dans différentes parties du corps, soit pour l'utilisation, soit pour le stockage.

Déclaration correcte : Les plantes vertes sont productrices.

Déclaration correcte : La respiration entraîne une perte de poids sec des plantes.

Déclaration correcte : La photosynthèse s'arrête à une température supérieure à 40 o C.

Question 3

Complétez les blancs avec la réponse appropriée parmi les choix donnés entre parenthèses.

(a) Le site de la réaction lumineuse dans les cellules d'une feuille est le …………… (cytoplasme, stroma, grana)

(b) La substance chimique utilisée pour tester la présence d'amidon dans la cellule d'une feuille est ……………. (CaCl2, solution d'iode, solution de Benedict)

(c) Le stroma est la substance fondamentale dans ……………. (cytoplasme, chloroplaste, ribosomes)

(d) La réaction sombre de la photosynthèse est connue sous le nom de ………….. (réaction de Hill, phosphorylation cyclique, cycle de Calvin)

(e) Dans les plantes à fleurs, la nourriture est transportée sous forme de ……………… (saccharose, glucose, amidon)

Réponse 3

(a) Le site de la réaction lumineuse dans les cellules d'une feuille grand-mère

(b) La substance chimique utilisée pour tester la présence d'amidon dans la cellule d'une feuille est solution iodée

(c) Le stroma est une substance fondamentale dans chloroplaste.

(d) La réaction sombre de la photosynthèse est connue sous le nom cycle de Calvin

(e) Dans les plantes à fleurs, la nourriture est transportée sous forme de saccharose

Question 4

Les énoncés suivants sont-ils vrais ou faux? Donnez une raison à l'appui de votre réponse.

(a) The rate of photosynthesis continues to rise as long as the intensity of light rises.

(b) The outside atmospheric temperature has no effect on the rate of photosynthesis.

(c) If you immerse a leaf intact on the plant in ice cold water, it will continue to photosynthesise in bright sunshine.

(d) Destarching of the leaves of a potted plant can occur only at night.

(e) The starting point of carbon cycle is the release of carbon dioxide by animals during respiration.

(f) If a plant is kept in bright light all the 24 hours for a few days, the dark reaction (biosynthetic phase) will fail to occur.

(g) Photosynthesis is considered as a process supporting all life on earth.

Answer 4

Photosynthesis increases with the light intensity up to a certain limit only and then it gets stabilized.

The atmospheric temperature is an important external factor affecting photosynthesis. The rate of photosynthesis increases up to the temperature 35 o C after which the rate falls and the photosynthesis stops after 40 o C.

Ice cold water will hamper the process of photosynthesis in the immersed leaf, even if there is sufficient sunshine because the temperature is an important factor for the rate of photosynthesis.

For destarching, the potted plant can kept in a dark room for 24-48 hours.

There is no start point or end point in the carbon cycle, the carbon is constantly circulated between the atmosphere and the living organisms.

If a plant is kept in bright light all the 24 hours for a few days, the dark reaction (biosynthetic phase) will continue to occur because the dark reaction is independent of light and it occurs simultaneously with the light dependent reaction.

Question 5

Given below are five terms. Rewrite the terms in the correct order so as to be in logical sequence with regard to photosynthesis: (i) water molecules, (ii) oxygen, (iii) grana, (iv) hydrogen and hydroxyl ions, (v) photons.

Answer 5

Photons, grana, water molecules, hydrogen and hydroxyl ions, oxygen

Question 6

State any four differences between photosynthesis and respiration.

Answer 6

Photosynthèse Respiration
Carbon dioxide is used up and oxygen is released. Oxygen is used up and carbon dioxide is released.
Photosynthesis occurs in plants and some bacteria. Respiration occurs in all living organisms.
Photosynthesis results in gain of dry weight of the plants. Respiration results in loss of dry weight of the plants.
Glucose is produced which is utilized by the plants. Glucose is broken down to obtain energy.
The raw materials for the photosynthesis are water, carbon dioxide and sunlight. The raw material for respiration is glucose.

Question 7

“Oxygen is a waste product of photosynthesis.” Comment.

Answer 7

Oxygen is released during photosynthesis. Some of this oxygen may be used in respiration in the leaf cells, but the major portion of it is not required and it diffuses out into the atmosphere through the stomata. However, in a sense, even this oxygen is not a waste because all organisms require it for their existence including the plants.

Question 8

Why is it necessary to place a plant in the dark before starting an experiment on photosynthesis? Expliquer.

Answer 8

The presence of starch is regarded as evidence of photosynthesis. Hence before starting an experiment on photosynthesis, the plant should be placed in the dark for 24-48 hours to destarch the leaves. During this period, all the starch from the leaves will be sent to the storage organs and the leaves will not show the presence of starch. So the various experiments on photosynthesis can be carried out effectively.

Question 9

Why is it not possible to demonstrate respiration in a green plant kept in sunlight?

Answer 9

If a green plant is kept in bright light, it tends to use up all the CO2 produced during respiration, for photosynthesis. Thus, the release of CO2 cannot be demonstrated. Hence, it is difficult to demonstrate respiration as these two processes occur simultaneously.

Question 10

Most leaves have the upper surface more green and shiny than the lower one. Pourquoi?

Answer 10

The chloroplasts are concentrated in the upper layers of the leaf which helps cells to trap the sunlight quickly. Also the epidermis is covered by a waxy, waterproof layer of cuticle. This layer is thicker on the upper surface than the lower one. Hence most leaves have the upper surface more green and shiny than the lower one.

Question 11

How would you demonstrate that green plants release oxygen when exposed to light?

Answer 11

  • Place hydrilla plant (a water plant) in a beaker containing pond water and cover it by a short-stemmed funnel. (Make sure the level of water in the beaker is above the level of the stem of the funnel)
  • Invert a test tube full of water over the stem of the funnel.
  • Place the set up in the sun light for a few hours

Bubbles appear in the stem which rise and are collected in the test tube. When sufficient gas gets collected, a glowing splinter will be introduced in the test tube, which will burst into flames.

The splinter glows due the presence of oxygen in the test tube which proves that the gas collected in the test is released by hydrilla during photosynthesis.

Question 12

Describe the main chemical changes which occur during photosynthesis in:

Answer 12

(je) Light Reaction:

The light reaction occurs in two main steps:

(1) Activation of chlorophyll – On exposure to light energy, chlorophyll becomes activated by absorbing photons.

(2) Splitting of water – The absorbed energy is used in splitting the water molecule into hydrogen and oxygen, releasing energy. This reaction is known as photolysis of water.

2H2O 4H + + 4e – + O2

The fate of H + , e – and (O) component are as follows:

The hydrogen ions (H + ) obtained from above are picked up by a compound NADP (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) to form NADPH.

The oxygen (O) component is given out as molecular oxygen (O2).

The electrons (e – ) are used in converting ADP into energy rich ATP by adding one inorganic phosphate group Pje.ADP + Pje ATP. This process is called photophosphorylation. (ii) Dark reaction: The reactions in this phase does not require light energy and occur simultaneously with the light reaction. The time gap between the light and dark reaction is less than one thousandth of a second. In the dark reaction, ATP and NADPH molecules (produced during light reaction) are used to produce glucose (C6H12O6) from carbon dioxide. Fixation and reduction of carbon dioxide occurs in the stroma of the chloroplast through a series of reactions. The glucose produced is either immediately used up by the cells or stored in the form of starch.

Question 13

Complete the following food chains by writing the names of appropriate organisms in the blanks:

Answer 13

Complete the following food chains by writing the names of appropriate organisms in the blanks:

(i) Grass → Rabbit. → Snake → faucon

(ii) Grass/Corn → Mouse → Snake → Peacock

Question 14

How do non-green plants such as fungi and bacteria obtain their nourishment?

Answer 14

Non-green plants such as fungi and bacteria obtain their nourishment from decaying organic matter in their environment. This matter comes from dead animals and plants. Fungi and bacteria break down the organic matter to obtain the nourishment and they release carbon dioxide back in the atmosphere.

Question 15

All life owes its existence to chlorophyll. Give reason.

Answer 15

Chlorophyll is the foundation site for the photosynthesis in green plants. The initiation of photosynthesis takes place when the chlorophyll molecule traps the light energy. The light energy is then converted into chemical energy in the form of glucose using carbon dioxide (CO2) from the atmosphere, and water (H2O) from the soil. All other organisms, directly or indirectly depend on this food for their survival. The starting point of any food chain is always a plant. If green plants were to suddenly disappear, then so would virtually all life on Earth. Thus, we can say that all life owes its existence to chlorophyll.

Question 16

Complete the following by filling the blanks 1 to 5 with appropriate words/ terms/ phrases:

To test the leaf for starch, the leaf is boiled in water to …………… (1). It is next boiled in methylated spirit to ……………(2). The leaf is placed in warm water to soften it. It is then placed in a dish and ………….(3) solution in added. The region, which contains starch, turns ……………. (4) and the region, which dose not contain starch, turns ………………(5)

Answer 16

To test the leaf for starch, the leaf is boiled in water to kill the cells. It is next boiled in methylated spirit to remove chlorophyll. The leaf is placed in warm water to soften it. It is then placed in a dish and iodine solution in added. The region, which contains starch, turns blue-blackand the region, which does not contain starch, turns brown.

D. STRUCTURED / APPLICATION / SKILL TYPE for ICSE Class-10 Chapter 6 Photosynthesis Concise Selina Biology

Question 1

A candidate studied the importance of certain factors in photosynthesis. He took a potted plant and kept in the dark for over 24 hours. In the early hours of the next morning, he covered one of the leaves with black paper in the centre only. Then he placed the plant in sunlight for a few hours and tested the leaf which was covered with black paper for starch.

une. What aspect of photosynthesis was being investigated?

b. Is there any control in this experiment? If so, state it.

c. Why was the plant kept in the dark before the experiment?

ré. Describe step by step, how the candidate proceeded to test the leaf for the presence of starch?

Answer 1

(a) The student wanted to show that sunlight is necessary for photosynthesis. / The role of sunlight in photosynthesis is being investigated.

b. Oui. The other uncovered leave of the potted plant act as a control.

c. Destarching ensures that any starch present after the experiment has been formed under experimental conditions. Therefore, the plant was kept in the dark before the experiment.

d.The student dipped the leaf in boiling water for a minute to kill the cells.

Then he boiled the leaf in alcohol / methylated spirit over a water bath to remove chlorophyll. The leaf becomes hard and brittle.

He then places the leaf in hot water to soften it.

Next the student spreads the leaf in a dish and pours iodine solution on it. The presence of starch is indicated by a blue-black colour.

The uncovered portion (exposed to sunlight) turned blue-black colour and the covered portion showed brown colour. The difference in the colours of covered and uncovered part of leaves indicates the importance of sunlight in photosynthesis.

Question 2

Photosynthesis in green plants is directly and indirectly dependent on so many plant structures. Explain briefly the role of the following structures in this process.

(d) Xylem tissue in the leaf veins

(e) Phloem tissue in the leaf veins

Answer 2

(une) Guard cells: They regulate the opening and closing of stomata and thus regulate the entry of carbon dioxide through the stomata.

(b) Cuticle: Cuticle is transparent and water proof due to which light can penetrate this later easily.

(c) Mesophyll cells: Mesophyll cells are the main sites for photosynthesis. Chloroplasts are mainly contained in the mesophyll cells. When sunlight falls on the leaf, the light energy is trapped by the chlorophyll of the upper layers of mesophyll, especially the palisade cells.

(ré) Xylem Tissue in the Leaf Veins: Water is essential for photosynthesis to occur. Water is taken up by the roots from the soil, sent up through the stem and finally brought to the leaves (site of photosynthesis) through the xylem tissue. The water is then distributed in the mesophyll tissue.

(e) Phloem Tissue in the Leaf Veins: The prepared food is transported from leaves to all parts of the plant by the phloem tissue. The glucose is converted into insoluble starch and later into soluble sugar i.e. sucrose, which is transported in solution through the phloem in the veins of the leaf and down through the phloem of the stem.

(F) Stomata: The main function of stoma is to let in carbon dioxide from the atmosphere for photosynthesis. Also most of the oxygen produced during photosynthesis diffuses out into the atmosphere through the stomata.

Question 3

Given below is a schematic diagram to illustrate some aspects of photosynthesis.

(a) Fill up the gaps, in blank spaces (1-4), by writing the names of the correct items.

(b) What phenomenon do the thick arrows A and B indicate?

Answer 3 (a)

(b) A – Transpiration

Question 4

Given below is the representation of a certain phenomenon in nature. With four organisms 1-4.

(a) Name the phenomenon represented.

(b) Name any one organism that could be shown at No .5

(c) Name the biological process which was the starting point of the whole chain.

(d) Name one natural element which all the organisms 2-4 and even 5 are getting from No. 1 for their survival.

Answer 4

Question 5

Enumerate the steps involved in testing a green leaf for the presence of starch.

Answer 5

Test to determine the presence of starch in a leaf:

  • Dip a leaf in boiling water for a minute to kill the cells.
  • Boil the leaf in methylated spirit in a water bath to remove the chlorophyll, till the leaf turns pale blue and becomes hard and brittle.
  • Now place the leaf in hot water to soften it.
  • Place the leaf in a Petri dish and pour iodine solution over it.
  • The appearance of a blue-black colour on the leaf is indicative of the presence of starch.
  • The absence of starch is indicated by a brown colouration.

Question 6

Given alongside is the diagram of an experimental set-up:

(a) What is the objective of this experiment?

(b) Will it work satisfactorily? Given reason.

(c) What alteration (s) will you make in it for obtaining expected result?

(d) Would you take any step before starting the experiment? Describe this step and explain its necessity.

Answer 6

(a) To demonstrate the importance of carbon dioxide in photosynthesis

(b) No, the experiment will not work satisfactorily, as the beaker contains lime water and not potassium hydroxide to absorb CO­2.

(c) Place potassium hydroxide in the beaker instead of lime water

(d) Before starting the experiment, it is necessary to destarch the leaves of the plant by keeping the plant in complete darkness for 48 hours. This is because if the plant is not destarched, then the experiment will give false results because starch stored previously may be detected in the leaf placed in the beaker even if no starch is produced during the experiment.

Question 7

Draw a neat diagram of the stomatal apparatus found in the epidermis of leaves and label the Stoma, Guard cells, Chloroplast, Epidermal cells, Cell wall and Nucleus.

Answer 7

Question 8

A potted plant was taken in order to prove a factor necessary for photosynthesis. The potted plant was kept in the dark for 24 hours. One of the leaves was covered with black paper in the centre. The potted plant was then placed in sunlight for a few hours.

(a) What aspect of photosynthesis was being tested?

(b) Why was the plant placed in the dark before beginning the experiment?

(c) During the starch test, why was the leaf

(1) boiled in water (2) boiled in methylated spirit

(d) Write a balanced chemical equation to represent the process of photosynthesis.

(e) Draw a neat diagram of a chloroplast and label its parts.

Answer 8

(a) Light is required for photosynthesis.

(b) Before beginning the experiment, the plant was kept in dark in order to destarch it, i.e. to remove the pre-existing starch from the storage organs.

(1) The leaf was boiled in water to destroy enzymes so that further chemical changes do not take place in the leaf.

(2) The leaf was boiled in methylated spirit to dissolve chlorophyll.

(3) Chemical equation for the process of photosynthesis:

Question 9

The diagram below shows two test-tubes A and B. Test-tube A contains a green water plant. Test-tube B contains both a green water plant and a snail. Both test-tubes are kept in sunlight. Answer the questions that follow:

(a) Name the physiological process that releases the bubbles of oxygen.

(b) Explain the physiological process as mentioned above in (a).

(c) What is the purpose of keeping a snail in test-tube B?

(d) Why does test-tube B have more bubbles of oxygen?

(e) Give an example of a water plant that can be used in the above experiment.

(f) Write the overall chemical equation for the above process.

Answer 9

(a) Photosynthesis releases bubbles of oxygen.

(b) Photosynthesis is a physiological process by which plant cells containing chlorophyll produce food in the form of carbohydrates by using carbon dioxide, water and light energy. Oxygen is released as a by-product.

(c) Carbon dioxide released by the snail during respiration is used by the plant for photosynthesis. This increases the rate of photosynthesis in the plant placed in test tube B. This also suggests that both respiration and photosynthesis are complementary processes to maintain the concentration of oxygen and carbon dioxide in the atmosphere.

(d) A plant and a snail are kept in test tube B. The plant in test tube B has more concentration of CO2 available because the snail releases CO2 during respiration. This increases the rate of photosynthesis in the plant placed in test tube B which leads to the release of more amount of oxygen.


Stages in the Process of Photosynthesis

Light-dependent Reactions

This is the first stage of the photosynthetic process. These reactions take place in the presence of sunlight, and use light energy from the sun to produce ATP molecules and other molecules known as NADPH. These molecules are used as the energy source to carry out the chemical changes in the next stage of photosynthesis.

Light-independent Reactions (Calvin Cycle)

In this stage of photosynthesis, energy-containing sugar molecules are synthesized. The ATP and NADPH produced are used to fuel the reactions in this stage. Here, CO2 molecules are broken down and converted into sugars and other compounds. The Calvin Cycle is repeated twice in order to yield one molecule of glucose.

Respiration cellulaire

Cellular respiration takes place in the same way in both plants and animals. Living cells obtain the products of photosynthesis (sugar molecules) and undergo cellular respiration to produce ATP molecules. Some cells respire aerobically, using oxygen, while others undergo anaerobic respiration, without using oxygen. The process involves a set of chemical reactions to convert chemical energy from the glucose molecules into ATP molecules.

Chemical reaction in Cellular Respiration

Glucose + Oxygen → Carbon dioxide + Water + Energy (ATP)


Tips for Teaching Photosynthesis

Photosynthesis… there was something about it that stumped me as a teacher. It was important to me that my kids understood the big picture and that they were able to answer their questions, but teaching it didn’t come naturally, because, well… photosynthesis. For you life science and bio teachers out there my BIGGEST piece of advice would be to focus on the “big picture”. Do not teach light reactions, followed by dark reactions. Teach them ensemble, and then go back and fill in the details where you can.

I’ve compiled 5 helpful tips for teaching photosynthesis:

1. Photosynthesis can be a complex subject for students to learn. Scaffolding will provide optimal success: start off with the big picture and then work your way into the nooks and crannies.

2. Students should be able to comprehend energy flow in photosynthesis, from sunlight to sugar, and everything in between. Use my Mouse Trap game analogy to help!

3. Dark reactions and light reactions are dependent on each other through the ATP –> ADP and NADPH –> NADP pathway.

4. Teach the basic steps of the electron transport chain. There are two separate ones, each associated with a photosystem: one for ATP (indirectly through hydrogen ions) and one for NADPH.

5. Visuals. Visuals. Visuals. Keep the diagrams simple at first! Labs will help all learner types, too!

To help with this, I’m offering a libre Photosynthesis Graphic Organizer!

What is the mouse trap analogy referenced in #2? Just like in the game “Mouse Trap”, each step depends directly on the previous step. If one of the processes stopped, the next step would not be able to go on (energy flow). Ask your students what they think the marble and the foot that kicks the marble out of the bucket represent!

For more photosynthesis resources that I offer, check out my photosynthesis interactive notebook, or other types of materials you’ll find in my store (scroll down to see all the resources I have to offer in the photosynthesis category).