Photosynth├Ęse

La photosynth├Ęse est le processus g├ęn├ęral qui utilise l’├ęnergie lumineuse pour synth├ętiser des compos├ęs organiques ├á partir du dioxyde de carbone. Les organismes capables de ce processus sont les plantes, les algues et certains procaryotes, comme les cyanobact├ęries.

Tous les organismes photosynth├ętiques sont photoautotrophe, cela signifie qu’ils peuvent tirer leur subsistance de la lumi├Ęre. Les produits d├ęriv├ęs de la photosynth├Ęse maintiennent la plupart des organismes autotrophes (producteurs de la cha├«ne alimentaire), ainsi que les consommateurs h├ęt├ęrotrophes.

Processus de photosynth├Ęse

La photosynth├Ęse est un processus d’oxydor├ęduction biologique, c’est-├á-dire un transfert d’├ęlectrons d’un donneur ├á un accepteur. Chez la plupart des ├¬tres photoautotrophes, le dioxyde de carbone est l’accepteur d’├ęlectrons et l’eau est le donneur:

Gras CO indice Gras 2 Gras Gras 2 Gras H Indice Gras 2 Gras O Gras Fl├Ęche droite avec lumi├Ęre grasse au-dessus du crochet ouvert Gras CH Indice gras 2 Gras OU Fermer le crochet Gras gras OU Indice gras 2 Gras gras 2 H Indice gras 2

Dans ce cas, l’eau H2O agit comme un r├ęducteur, donc elle s’oxyde, et les ├ęlectrons lib├ęr├ęs sous tension sont transf├ęr├ęs au CO2, produisant de l’oxyg├Ęne O2 et des glucides. Les plantes, les algues et les cyanobact├ęries sont capables de conduire cette r├ęaction endergonique entra├«n├ęe par la lumi├Ęre, qui a un changement d’├ęnergie libre (Ôłć G┬║ ‘) de +2840 kJ / mol pour la synth├Ęse d’un hexose (un glucide ├á six carbones, comme le glucose).

Phases de la photosynth├Ęse: d├ępendantes et ind├ępendantes de la lumi├Ęre

Dans la photosynth├Ęse, deux ├ętapes ou phases peuvent ├¬tre distingu├ęes: une phase d├ępendante de la lumi├Ęre et une autre phase ind├ępendante de la lumi├Ęre. Les deux phases se produisent simultan├ęment dans diff├ęrentes parties du chloroplaste.

Phase ou phase lumineuse d├ępendant de l’├ęnergie lumineuse

La phase de photosynth├Ęse d├ępendante de la lumi├Ęre ou de la phase lumineuse commence avec l’arriv├ęe de photons (unit├ęs d’├ęnergie lumineuse) vers le photosyst├Ęme II ou PSII. Cela provoque l’excitation des ├ęlectrons de la chlorophylle P680, qui sautent vers des orbitales ├ęnerg├ętiques plus ├ęloign├ęes du noyau atomique. Ces ├ęlectrons sont captur├ęs par l’accepteur d’├ęlectrons primaire puis vers les prot├ęines de la cha├«ne de transport d’├ęlectrons jusqu’├á ce qu’ils atteignent le centre actif du photosyst├Ęme I ou PSI.

Parce que la chlorophylle dans PSII perd des ├ęlectrons, ils sont remplac├ęs par des ├ęlectrons du photolyse de l’eau qui est effectu├ęe sur la face interne ou la lumi├Ęre du thylaco├»de. La photolyse de l’eau consiste en l’hydrolyse de l’eau produisant des protons O2, H + et deux ├ęlectrons. Les deux protons s’accumulent et de l’oxyg├Ęne est lib├ęr├ę dans l’environnement.

L’├ęnergie lumineuse est ├ęgalement absorb├ęe par les pigments d’antenne du PSI et transf├ęr├ęe ├á la chlorophylle P700 dans le centre de r├ęaction, ce qui entra├«ne l’excitation d’├ęlectrons qui sautent vers un accepteur primaire du PSI. Les ├ęlectrons perdus par la chlorophylle P700 sont remplac├ęs par des ├ęlectrons du PSII.

Depuis l’accepteur primaire, les ├ęlectrons passent par une cha├«ne de transport, c’est-├á-dire une s├ęrie de compos├ęs et de prot├ęines qui passent les ├ęlectrons de l’un ├á l’autre. Enfin, les ├ęlectrons sont transf├ęr├ęs vers la mol├ęcule NADP + qui, avec les protons stock├ęs dans le stroma, forment le NADPH, par l’action de l’enzyme ferr├ędoxine-NADP + r├ęductase FNR.

L’├ęnergie est ├ęgalement utilis├ęe par l’enzyme ATP-synth├ętase pour former de l’ATP ├á partir d’ADP et de phosphate, dans un processus appel├ę photophosphorylation. Par cons├ęquent, l’├ęnergie obtenue ├á partir de la lumi├Ęre dans cette phase de photosynth├Ęse est contenue dans le ATP et le NADPH.

Phase ind├ępendante de l’├ęnergie lumineuse ou de la phase sombre

Le NADPH et l’ATP produits dans la phase d├ępendante de la lumi├Ęre sont utilis├ęs dans cette phase ou phase de fixation du carbone. Ces r├ęactions se produisent dans le stroma du chloroplaste.

Cycle de Calvin-Benson

Le cycle de Calvin-Benson comprend un ensemble de r├ęactions qui conduisent ├á la synth├Ęse de mol├ęcules organiques. Pour chaque CO2 incorpor├ę, deux NADPH et trois ATP sont n├ęcessaires. Il se compose de trois phases:

  • Fixation du CO2– Le dioxyde de carbone atmosph├ęrique se lie ├á une mol├ęcule ├á cinq carbones, le ribulose diphosphate ou RuDP, formant un compos├ę instable ├á six carbones qui se d├ęcompose ensuite en deux mol├ęcules de phosphoglyc├ęrate de trois carbones chacune. Cette phase est r├ęalis├ęe par l’enzyme Rubisco.
  • R├ęduction fixe de CO2: le phosphoglyc├ęrate est r├ęduit en phosphate de glyc├ęrald├ęhyde (G3P), c’est-├á-dire qu’il re├žoit des ├ęlectrons du NADPH produits dans la phase d├ępendante de la lumi├Ęre. Le phosphate de glyc├ęrald├ęhyde peut ├¬tre utilis├ę pour r├ęg├ęn├ęrer RuDP ou ├¬tre utilis├ę pour la biosynth├Ęse d’hydrates de carbone, d’acides amin├ęs et de lipides.
  • R├ęg├ęn├ęration RuDP: pour fermer le cycle, il est n├ęcessaire de r├ęg├ęn├ęrer le diphosphate de ribulose initial. Pour cela, cinq des six mol├ęcules de phosphate de glyc├ęrald├ęhyde produites dans la phase pr├ęc├ędente sont utilis├ęes.

Dans le pass├ę, le cycle Calvin-Benson (du nom de ses d├ęcouvreurs Melvin Calvin et Andrew Benson) s’appelait le phase sombre de la photosynth├Ęse. Aujourd’hui, on sait que ces r├ęactions se produisent ├ęgalement pendant la journ├ęe et, en fait, certaines enzymes sont activ├ęes par la lumi├Ęre.

La r├ęaction chimique g├ęn├ęrale pour le cycle de Calvin-Benson est:

Gras 3 Gras CO Indice Gras 2 Gras Gras 6 Gras NADPH Gras Gras 5 Gras H Indice Gras 2 Gras O Gras Gras 9 Gras ATP Gras Fl├Ęche droite Gras G Gras 3 Gras P Gras Gras 2 Gras Plus H ├ęlev├ę ├á plus audacieux 6 Gras NADP augment├ę ├á gras plus audacieux 9 gras ADP gras plus gras 8 gras P indice gras i

Types de photosynth├Ęse

Il existe plusieurs types de photosynth├Ęse en fonction des m├ęcanismes de fixation du dioxyde de carbone:

  • Photosynth├Ęse C3: Se r├ęf├Ęre ├á la fixation du dioxyde de carbone dans une mol├ęcule ├á trois carbones, telle que l’acide 3-phosphoglyc├ęrate 3-PGA. Il se produit dans la plupart des plantes terrestres.
  • Photosynth├Ęse C4: fait r├ęf├ęrence ├á la fixation du dioxyde de carbone dans une mol├ęcule ├á quatre carbones, telle que l’acide oxaloac├ętique. Il se produit dans les esp├Ęces de ma├»s (Zea mays) et de canne ├á sucre (Saccharum sp.).
  • Photosynth├Ęse CAM: re├žoit ce nom de l’acronyme en anglais de m├ętabolisme acide des crassulac├ęes, qui comprend les plantes succulentes (cactus, ananas et agave).

Importance de la photosynth├Ęse

Gr├óce ├á la photosynth├Ęse, la vie sur terre pourrait s’├ętendre il y a des millions d’ann├ęes dans l’├ęvolution et se perp├ętuer ├á travers les si├Ęcles jusqu’├á aujourd’hui en:

  • Fournir de la nourriture aux organismes h├ęt├ęrotrophes.
  • Fournir de la biomasse.
  • Fournir des combustibles fossiles.
  • G├ęn├ęrer l’oxyg├Ęne n├ęcessaire ├á l’activit├ę respiratoire de tous les organismes multicellulaires et de nombreux organismes unicellulaires.

Voir ├ęgalement Glucose.

Facteurs qui affectent la photosynth├Ęse

Parmi les facteurs environnementaux qui ont la plus grande incidence sur la photosynth├Ęse, nous avons:

  • l├á l’intensit├ę lumineuse: la vitesse de la photosynth├Ęse augmente ├á mesure que l’intensit├ę lumineuse augmente jusqu’├á 600 watts, valeur ├á partir de laquelle elle reste constante.
  • La temp├ęrature: ├á mesure que la temp├ęrature augmente, le taux de photosynth├Ęse augmente, jusqu’├á 30 ┬░ C ├á partir duquel il diminue.
  • Concentration de CO2: ├á mesure que la concentration de CO2 augmente, le taux de photosynth├Ęse augmente en fonction de la temp├ęrature ambiante.

O├╣ a lieu la photosynth├Ęse?

Chez les eucaryotes, les r├ęactions de photosynth├Ęse ont lieu dans un plaste sp├ęcialis├ę: chloroplaste. Les plastes sont des organites uniques de plantes, constitu├ęs de deux membranes, externe et interne.

Le chloroplaste est h├ęmisph├ęrique ou en forme de lentille dans les plantes vasculaires, mesurant entre 5-8 ┬Ám de long et 3-4 ┬Ám d’├ępaisseur. L’├ęquipement photosynth├ętique du chloroplaste est contenu dans le syst├Ęme membraneux des thylaco├»des.

Les membranes chloroplastiques, contrairement aux autres membranes des eucaryotes, sont pauvres en phospholipides (lipides li├ęs ├á des groupes phosphate) et riches en galactolipides (lipides li├ęs aux mol├ęcules de galactose).

Voir aussi Cell

Machines de photosynth├Ęse: photosyst├Ęmes

Les photosyst├Ęmes sont deux complexes prot├ęiques associ├ęs ├á des pigments, c’est-├á-dire qu’ils sont un ensemble de plusieurs prot├ęines qui se lient ├á des mol├ęcules qui absorbent l’├ęnergie lumineuse. Deux photosyst├Ęmes sont connus: le photosyst├Ęme I (PSI) et le photosyst├Ęme II (PSII).

Dans chaque syst├Ęme, il y a deux composants:

  • l’antenne: compos├ę de pigments photosynth├ętiques qui ne peuvent capter que l’├ęnergie lumineuse et la transf├ęrer vers le centre de r├ęaction;
  • le centre de r├ęaction: voici les pigments cibles capables de transf├ęrer des ├ęlectrons et d’initier la cha├«ne de r├ęactions chimiques de la photosynth├Ęse.

PSI PSII
Plage d’absorption lumineusePigment d’antennePigments du centre de r├ęaction

Inf├ęrieur ou ├ęgal ├á 700 nminf├ęrieur ou ├ęgal ├á 680 nm
Chlorophylle alpha et chlorophylle bêtaChlorophylle alpha, bêta et xanthophylle
Chlorophylle P700Chlorophylle P680

Pigments de photosynth├Ęse

Les mol├ęcules qui absorbent la lumi├Ęre sont appel├ęes pigments. Lorsqu’un pigment absorbe un photon, il passe de son ├ętat d’├ęnergie le plus bas ├á un ├ętat excit├ę. L’├ętat excit├ę n’est rien d’autre que le saut d’un ├ęlectron d’une position proche du noyau ├á un niveau d’├ęnergie plus ├ęlev├ę dans le cas des atomes. Dans les mol├ęcules, il existe deux types d’├ętats excit├ęs: l’├ętat singulet et l’├ętat triplet.

Tous les organismes photoautotrophes contiennent une forme de pigment connue sous le nom de chlorophylle. Les mol├ęcules de chlorophylle ont un anneau de porphyrine qui se fixe ├á un atome de magn├ęsium Mg au centre. Les diff├ęrentes chlorophylles varient dans certaines parties de leur structure chimique qui affectent les propri├ęt├ęs d’absorption de la lumi├Ęre.

Les membranes thylaco├»des des plantes et des algues contiennent deux types de chlorophylles. La chlorophylle alpha se trouve dans tous les centres de r├ęaction et toutes les antennes, tandis que la chlorophylle b├¬ta se trouve dans les antennes. Chaque centre de r├ęaction peut contenir jusqu’├á 250 mol├ęcules de chlorophylle.

La chlorophylle est verte car elle absorbe la lumi├Ęre dans la gamme bleue (430 nm) et rouge (680 nm) du spectre visible. La lumi├Ęre verte n’est pas absorb├ęe et est plut├┤t r├ęfl├ęchie.

Les autres pigments des plantes sont carot├ęno├»des (responsable de la couleur jaune-orange) et le anthocyanes (responsable des couleurs rouge et violet).

 

Étiquettes:

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publi├ęe. Les champs obligatoires sont indiqu├ęs avec *