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Comment l'étape de la photosynthèse indépendante de la lumière obtient-elle des ions H+ ?


D'après ce que je comprends de ma biologie de 11e année :

Au cours de l'étape de la photosynthèse dépendante de la lumière, les molécules d'eau se séparent, produisant des atomes d'hydrogène et d'oxygène. Les atomes d'oxygène sont essentiellement des "déchets" - utilisés par les mitochondries pour la respiration après avoir été inhalés. Ces H+ les ions sont ensuite pris par un transporteur d'hydrogène (c'est-à-dire NADP+) pour former le NADPH (qui est nécessaire pour le stade indépendant de la lumière). D'où viennent ces H+ les ions viennent d'un coup ?

D'après ce que j'ai compris jusqu'à présent, le H+ les ions sont maintenant « dans » le NADPH.

Je ne comprends pas comment, au stade indépendant de la lumière, le dioxyde de carbone (CO2 molécules) peuvent se combiner avec le H+ ions pour former du glucose. Je pensais que ces H+ les ions s'étaient déjà « convertis » pour former le NADPH ? Ou est-ce quelque chose comme seulement certains du H+ les ions sont nécessaires pour le NADP+ pour former NADPH ?


Sommaire

La question montre une confusion sur le but de la division de l'eau dans la photosynthèse. Citation de Berg et al., dans les réactions lumineuses de la photosynthèse

« La lumière est absorbée et l'énergie est utilisé pour conduire des électrons de l'eau pour générer du NADPH et pour conduire des protons à travers une membrane. Ces protons retournent à travers l'ATP synthase pour produire de l'ATP.

Le produit utile de la division de l'eau est énergie.

Il n'y a aucun problème dans la fourniture d'ions hydrogène pour les réactions biochimiques en tant que tels - ils sont disponibles à partir de la dissociation de l'eau.

Explication

Le diagramme ci-dessus, résumant les réactions lumineuses, peut être utile, bien qu'il cache les détails et introduit la complexité de la production d'énergie. Il montre la membrane (thalcaloïde) séparant l'emplacement de la réduction de NADP+ (à l'extérieur) d'où l'eau est divisée (à l'intérieur).

  • Le produit important de la réaction des photons lumineux avec l'eau sont les électrons excités. Les produits chimiques sont relativement peu importants - certainement pour l'oxygène, et la seule importance des ions hydrogène produits est leur emplacement dans le thalcaloïde, abaissant le pH.

  • Le destin initial de l'atome d'hydrogène est complexe, et il existe de nombreux intermédiaires auxquels l'électron excité est transféré avant, finalement au NADP+:

NADP+ + H+ + 2e- → NADPH

Il est important de réaliser que l'énergie est utilisée pour réduire le NAD en NADPH, que le NADPH peut être considéré comme un type spécial de « composé à haute énergie » - pas un composé général comme l'ATP, mais un qui peut spécifiquement entraîner la réduction du carbone. squelettes nécessaires à la synthèse.

Le malentendu est que les ions hydrogène pour la réaction ci-dessus sont ceux produits lors de la division de l'eau, ou qu'il y a en général un problème pour obtenir des ions hydrogène pour les réactions biochimiques. La biologie existe dans un environnement aqueux et l'eau se dissocie en ions hydrogène et hydroxyle.

H2O H+ + OH-

Ainsi, les ions hydrogène ne sont pas pertinents pour les réactions de réduction impliquées dans la conversion du dioxyde de carbone en glucides dans les réactions indépendantes de la lumière de la photosynthèse (ils sont en fait produits dans les réductions du NADPH.). C'est le NADPH qui fournit la composante hydrogène des glucides.

ATP

Le diagramme apporte également une complexité qui nécessite un chapitre de livre pour être expliqué : le gradient d'ions hydrogène généré entre l'intérieur et l'extérieur de l'espace thalcaloïde fournit l'énergie nécessaire pour phosphoryler l'ADP en ATP. L'ATP est pertinent pour les réactions indépendantes de la lumière de la photosynthèse en ce qu'il fournit finalement l'énergie nécessaire à la formation des liaisons carbone-carbone.


Photosynthèse

Photosynthèse est le processus par lequel les plantes fabriquent de la nourriture et de l'oxygène en utilisant le dioxyde de carbone de l'atmosphère, l'eau du sol et l'énergie du soleil. C'est la nutrition autotrophe.

  • Équation équilibrée pour la photosynthèse : 6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 + 6O2.
  • Les plantes puisent l'eau du sol et le dioxyde de carbone de l'air, elles les utilisent pour fabriquer du glucose et de l'oxygène.
  • Une partie du glucose produit est utilisée dans la respiration, une partie est stockée sous forme d'amidon.
  • Une partie de l'oxygène produit est utilisé dans la respiration, une partie est libérée de la plante dans l'atmosphère.
  • Pour que la photosynthèse se produise, la lumière DOIT être présente.
  • Le pigment chlorophylle, présent dans les chloroplastes, est essentiel à la photosynthèse.
  • La majorité des chloroplastes se trouvent dans les feuilles des plantes, principalement dans la couche palissade.

Fig. 1. Coupe transversale d'une feuille montrant la couche de palissade.

PREMIÈRE ÉTAPE DE LA PHOTOSYNTHÈSE : (L'étape lumière/dépendant de la lumière).

  • Le premier stade de la photosynthèse est le stade dépendant de la lumière ou stade lumineux. Cela se passe dans le grana du chloroplaste.
  • Au cours de la phase légère, du NADPH et de l'ATP sont produits et l'eau est divisée, libérant de l'oxygène gazeux.
  • La chlorophylle est composée d'un certain nombre de pigments différents. Ces pigments sont regroupés dans une structure en forme d'entonnoir. Lorsque la lumière atteint le chloroplaste, les molécules de pigment au sommet de l'entonnoir reçoivent de l'énergie et deviennent excitées.
  • L'énergie lumineuse est ensuite transmise de molécule à molécule à travers l'entonnoir jusqu'à ce qu'elle atteigne une molécule de chlorophylle (a).
  • L'électron excité peut alors emprunter deux voies :
  1. L'électron quitte la molécule de chlorophylle (a), il traverse un système porteur avant de retourner dans la chlorophylle. Pendant que l'électron se déplace à travers le système porteur, il fournit de l'énergie pour la formation d'ATP à partir d'ADP + P.
  2. Dans la deuxième voie possible, l'électron est transmis à une molécule acceptrice et sur NADP+. L'électron qui quitte la chlorophylle n'est pas renvoyé à la chlorophylle et donc plus d'électrons sont obtenus par la division de l'eau. (H20 --> 2H+ + 2e- + 1/2O2). NADP+ reçoit deux électrons pour devenir NADP-. Les ions H+ d'un pool de protons dans le chloroplaste sont attirés par le NADP- et forment ainsi le NADPH. (NADP+ + 2e- + H+ --> NADPH). Le pool de protons ne manque pas de protons car il est constamment reconstitué par les protons produits lors de la division de l'eau.

Produits de la Scène Lumière :

  • ATP - Utilisé dans la deuxième étape de la photosynthèse.
  • Oxygène Gaz - Utilisé dans la respiration ou diffuse des stomates dans l'atmosphère.
  • NADPH - Utilisé dans le deuxième stade de la photosynthèse.

DEUXIÈME ÉTAPE DE LA PHOTOSYNTHÈSE : (Le stade indépendant de la lumière/obscurité).

  • Cette étape de la photosynthèse peut se produire en présence ou en absence de lumière.
  • L'ATP et le NADPH fabriqués au stade léger sont nécessaires ici.
  • L'hydrogène est ajouté au dioxyde de carbone (c'est-à-dire que le CO2 est réduit) par le NADPH, en utilisant l'énergie de l'ATP.
  • Il se forme un glucide de formule générale Cx(H2O)y, tel le glucose (C6H12O6).

Produits du Dark Stage :

  • Glucose - Utilisé dans la respiration ou stocké sous forme d'amidon.
  • NADP+ - Renvoyé l'étage lumineux à réutiliser.
  • ADP + P - Retourné à l'étage lumineux pour être réutilisé.

REMARQUE: La vitesse du stade sombre est contrôlée par des enzymes et est affectée par la vitesse à laquelle le stade lumineux produit ses produits et indirectement par les niveaux de lumière et de dioxyde de carbone disponibles.


Le cycle de Calvin

Le cycle de Calvin est organisé en trois étapes fondamentales : la fixation, la réduction et la régénération.

Objectifs d'apprentissage

Décrire le cycle de Calvin

Points clés à retenir

Points clés

  • Le cycle de Calvin fait référence aux réactions indépendantes de la lumière dans la photosynthèse qui se déroulent en trois étapes clés.
  • Bien que le cycle de Calvin ne dépende pas directement de la lumière, il dépend indirectement de la lumière puisque les vecteurs énergétiques nécessaires (ATP et NADPH) sont des produits de réactions dépendantes de la lumière.
  • Lors de la fixation, première étape du cycle de Calvin, des réactions indépendantes de la lumière sont initiées. Le CO2 est fixé d'une molécule inorganique à une molécule organique.
  • Dans la deuxième étape, l'ATP et le NADPH sont utilisés pour réduire le 3-PGA en G3P, puis l'ATP et le NADPH sont convertis en ADP et NADP +, respectivement.
  • Dans la dernière étape du cycle de Calvin, RuBP est régénéré, ce qui permet au système de se préparer à plus de CO2 à réparer.

Mots clés

  • réaction indépendante de la lumière: réactions chimiques au cours de la photosynthèse qui convertissent le dioxyde de carbone et d'autres composés en glucose, se produisant dans le stroma
  • rubisque: (ribulose bisphosphate carboxylase) une enzyme végétale qui catalyse la fixation du dioxyde de carbone atmosphérique lors de la photosynthèse en catalysant la réaction entre le dioxyde de carbone et RuBP
  • ribulose bisphosphate: une substance organique impliquée dans la photosynthèse, réagit avec le dioxyde de carbone pour former du 3-PGA

Le cycle de Calvin

Dans les plantes, le dioxyde de carbone (CO2) pénètre dans les feuilles par les stomates, où il diffuse sur de courtes distances à travers les espaces intercellulaires jusqu'à ce qu'il atteigne les cellules du mésophylle. Une fois dans les cellules du mésophylle, le CO2 diffuse dans le stroma du chloroplaste, le site des réactions indépendantes de la lumière de la photosynthèse. Ces réactions ont en fait plusieurs noms qui leur sont associés. D'autres noms pour les réactions indépendantes de la lumière incluent le cycle de Calvin, le cycle de Calvin-Benson et les réactions sombres. Le nom le plus obsolète est celui de réactions sombres, ce qui peut être trompeur car il implique à tort que la réaction ne se produit que la nuit ou est indépendante de la lumière, c'est pourquoi la plupart des scientifiques et des instructeurs ne l'utilisent plus.

Réactions légères: Les réactions dépendantes de la lumière exploitent l'énergie du soleil pour produire des liaisons chimiques, de l'ATP et du NADPH. Ces molécules porteuses d'énergie sont fabriquées dans le stroma où se déroule le cycle de Calvin. Le cycle de Calvin n'est pas totalement indépendant de la lumière puisqu'il repose sur l'ATP et le NADH, qui sont des produits des réactions dépendantes de la lumière.

Les réactions indépendantes de la lumière du cycle de Calvin peuvent être organisées en trois étapes de base : fixation, réduction et régénération.

Étape 1 : Fixation

Dans le stroma, en plus du CO2, deux autres composants sont présents pour initier les réactions indépendantes de la lumière : une enzyme appelée ribulose bisphosphate carboxylase (RuBisCO) et trois molécules de ribulose bisphosphate (RuBP). RuBP a cinq atomes de carbone, flanqués de deux phosphates. RuBisCO catalyse une réaction entre le CO2 et RuBP. Pour chaque CO2 molécule qui réagit avec une RuBP, deux molécules d'acide 3-phosphoglycérique (3-PGA) se forment. 3-PGA a trois carbones et un phosphate. Chaque tour du cycle implique un seul RuBP et un seul dioxyde de carbone et forme deux molécules de 3-PGA. Le nombre d'atomes de carbone reste le même, car les atomes se déplacent pour former de nouvelles liaisons au cours des réactions (3 atomes de 3CO2 + 15 atomes de 3RuBP = 18 atomes dans 3 atomes de 3-PGA). Ce processus est appelé fixation du carbone parce que le CO2 est «fixé» d'une forme inorganique en molécules organiques.

Le cycle de Calvin: Le cycle de Calvin comporte trois étapes. Au stade 1, l'enzyme RuBisCO incorpore du dioxyde de carbone dans une molécule organique, le 3-PGA. Dans l'étape 2, la molécule organique est réduite à l'aide d'électrons fournis par le NADPH. Au stade 3, RuBP, la molécule qui démarre le cycle, est régénérée pour que le cycle puisse continuer. Une seule molécule de dioxyde de carbone est incorporée à la fois, de sorte que le cycle doit être complété trois fois pour produire une seule molécule de GA3P à trois carbones et six fois pour produire une molécule de glucose à six carbones.

Étape 2 : Réduction

L'ATP et le NADPH sont utilisés pour convertir les six molécules de 3-PGA en six molécules d'un produit chimique appelé glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P). Il s'agit d'une réaction de réduction car elle implique le gain d'électrons par le 3-PGA. Rappelons qu'une réduction est le gain d'un électron par un atome ou une molécule. Six molécules d'ATP et de NADPH sont utilisées. Pour l'ATP, l'énergie est libérée avec la perte de l'atome de phosphate terminal, le convertissant en ADP pour le NADPH, à la fois de l'énergie et un atome d'hydrogène sont perdus, le convertissant en NADP +. Ces deux molécules retournent aux réactions dépendantes de la lumière à proximité pour être réutilisées et réénergisées.

Étape 3 : Régénération

À ce stade, une seule des molécules G3P quitte le cycle de Calvin et est envoyée dans le cytoplasme pour contribuer à la formation d'autres composés nécessaires à la plante. Parce que le G3P exporté du chloroplaste a trois atomes de carbone, il faut trois “tours” du cycle de Calvin pour fixer suffisamment de carbone net pour exporter un G3P. Mais chaque tour fait deux G3P, donc trois tours font six G3P. L'une est exportée tandis que les cinq molécules G3P restantes restent dans le cycle et sont utilisées pour régénérer RuBP, ce qui permet au système de se préparer à plus de CO2 à réparer. Trois autres molécules d'ATP sont utilisées dans ces réactions de régénération.


Comment l'étape de la photosynthèse indépendante de la lumière obtient-elle des ions H+ ? - La biologie

A. Deux voies
1. Deux voies électroniques opèrent dans la membrane thylacoïdienne : la voie non cyclique et la voie cyclique.
2. Les deux voies produisent de l'ATP, mais seule la voie non cyclique produit également du NADPH.
3. La production d'ATP pendant la photosynthèse est parfois appelée photophosphorylation, ces voies sont donc également appelées photophosphorylation cyclique et non cyclique.

B. Voie des électrons non cycliques (*DISPOSITION DE L'EAU, PRODUIT DU NADPH et de l'ATP)

1. Cette voie se produit dans les membranes thylacoïdiennes et nécessite la participation de deux unités de collecte de lumière : le photosystème I (PS I) et le photosystème II (PS II).
2. Un photosystème est une unité photosynthétique composée d'un complexe pigmentaire et d'un accepteur d'électrons, l'énergie solaire est absorbée et des électrons de haute énergie sont générés.
3. Chaque photosystème possède un complexe pigmentaire composé de molécules vertes de chlorophylle a et de chlorophylle b et de pigments accessoires orange et jaune (par exemple, des pigments caroténoïdes).
4. L'énergie absorbée est transmise d'une molécule de pigment à une autre jusqu'à ce qu'elle se concentre dans la chlorophylle a du centre de réaction.
5. Les électrons dans la chlorophylle a du centre de réaction deviennent excités et s'échappent vers la molécule accepteur d'électrons.
6. La voie non cyclique commence lorsque les électrons PSII passent de H2O à PS II à PS I, puis à NADP+.
7. Le complexe pigmentaire PS II absorbe l'énergie solaire. Les électrons à haute énergie (e-) quittent la molécule de chlorophylle a du centre de réaction.
8. PS II prend des électrons de remplacement de H2O, qui se divise, libérant des ions O2 et H+ :
9. L'oxygène est libéré sous forme d'oxygène gazeux (O2).
10. Les ions H+ restent temporairement dans l'espace thylakoïde et contribuent à un gradient d'ions H+.
11. Au fur et à mesure que le H+ descend le gradient électrochimique à travers les complexes d'ATP synthase, une chimiosmose se produit.
12. Les électrons de basse énergie quittant le système de transport d'électrons entrent dans PS I.
13. Lorsque le complexe pigmentaire PS I absorbe l'énergie solaire, les électrons à haute énergie quittent la chlorophylle a du centre de réaction et sont capturés par un accepteur d'électrons.
14. L'accepteur d'électrons les transmet au NADP+.
15. NADP+ prend un H+ pour devenir NADPH : NADP+ + 2 e- + H+ NADPH.
16. Le NADPH et l'ATP produits par les électrons de flux non cycliques dans la membrane thylakoïde sont utilisés par les enzymes du stroma lors de réactions indépendantes de la lumière.

C. Voie cyclique des électrons
1. La voie cyclique des électrons commence lorsque le complexe d'antennes PS I absorbe l'énergie solaire.
2. Les électrons de haute énergie quittent la molécule de chlorophylle a du centre de réaction PS I.
3. Avant de revenir, les électrons entrent et descendent dans un système de transport d'électrons.

une. Les électrons passent d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau inférieur.
b. L'énergie libérée est stockée sous forme d'un gradient d'hydrogène (H+).
c. Lorsque les ions hydrogène descendent leur gradient électrochimique à travers des complexes d'ATP synthase, la production d'ATP se produit.
ré. Parce que les électrons retournent au PSI plutôt que de passer au NADP+, c'est pourquoi il est appelé cyclique et aussi pourquoi aucun NADPH n'est produit.

D. Production d'ATP (chimiosmose)
1. L'espace thylakoïde agit comme un réservoir pour les ions H+ à chaque fois que H2O est divisé, il reste deux H+.
2. Les électrons se déplacent de porteur à porteur, abandonnant l'énergie utilisée pour pomper H+ du stroma dans l'espace thylakoïde.
3. Le flux de H + de concentration élevée à faible à travers la membrane thylacoïdienne fournit de l'énergie pour produire de l'ATP à partir d'ADP + P en utilisant une enzyme ATP synthase

** C'est maintenant le bon moment pour regarder les différentes animations de ces processus. L'astuce est de les VISUALISER*


Générer un vecteur d'énergie : ATP

Dans les réactions dépendantes de la lumière, l'énergie absorbée par la lumière du soleil est stockée par deux types de molécules porteuses d'énergie : l'ATP et le NADPH. L'énergie que ces molécules transportent est stockée dans une liaison qui maintient un seul atome à la molécule. Pour l'ATP, c'est un atome de phosphate, et pour le NADPH, c'est un atome d'hydrogène. Le NADH sera discuté plus en détail en relation avec la respiration cellulaire, qui se produit dans la mitochondrie, où il transporte l'énergie du cycle de l'acide citrique à la chaîne de transport d'électrons. Lorsque ces molécules libèrent de l'énergie dans le cycle de Calvin, elles perdent chacune des atomes pour devenir les molécules de plus faible énergie ADP et NADP + .

L'accumulation d'ions hydrogène dans l'espace thylakoïde forme un gradient électrochimique en raison de la différence de concentration de protons (H + ) et de la différence de charge à travers la membrane qu'ils créent. Cette énergie potentielle est récoltée et stockée sous forme d'énergie chimique dans l'ATP par chimiosmose, le mouvement des ions hydrogène le long de leur gradient électrochimique à travers l'enzyme transmembranaire ATP synthase, tout comme dans la mitochondrie.

Les ions hydrogène sont autorisés à traverser la membrane thylakoïde à travers un complexe protéique intégré appelé ATP synthase. Cette même protéine a généré de l'ATP à partir de l'ADP dans la mitochondrie. L'énergie générée par le flux d'ions hydrogène permet à l'ATP synthase d'attacher un troisième phosphate à l'ADP, qui forme une molécule d'ATP dans un processus appelé photophosphorylation. Le flux d'ions hydrogène à travers l'ATP synthase est appelé chimiosmose, car les ions se déplacent d'une zone de concentration élevée à faible à travers une structure semi-perméable.


Générer un vecteur d'énergie : ATP

Dans les réactions dépendantes de la lumière, l'énergie absorbée par la lumière du soleil est stockée par deux types de molécules porteuses d'énergie : l'ATP et le NADPH. L'énergie que ces molécules transportent est stockée dans une liaison qui maintient un seul atome à la molécule. Pour l'ATP, c'est un atome de phosphate, et pour le NADPH, c'est un atome d'hydrogène. Rappelons que le NADH était une molécule similaire qui transportait l'énergie dans la mitochondrie du cycle de l'acide citrique à la chaîne de transport d'électrons. Lorsque ces molécules libèrent de l'énergie dans le cycle de Calvin, elles perdent chacune des atomes pour devenir les molécules de plus faible énergie ADP et NADP + .

L'accumulation d'ions hydrogène dans l'espace thylakoïde forme un gradient électrochimique en raison de la différence de concentration de protons (H + ) et de la différence de charge à travers la membrane qu'ils créent. Cette énergie potentielle est récoltée et stockée sous forme d'énergie chimique dans l'ATP par chimiosmose, le mouvement des ions hydrogène le long de leur gradient électrochimique à travers l'enzyme transmembranaire ATP synthase, tout comme dans la mitochondrie.

Les ions hydrogène sont autorisés à traverser la membrane thylakoïde à travers un complexe protéique intégré appelé ATP synthase. Cette même protéine a généré de l'ATP à partir de l'ADP dans la mitochondrie. L'énergie générée par le flux d'ions hydrogène permet à l'ATP synthase d'attacher un troisième phosphate à l'ADP, qui forme une molécule d'ATP dans un processus appelé photophosphorylation. Le flux d'ions hydrogène à travers l'ATP synthase est appelé chimiosmose, car les ions se déplacent d'une zone de concentration élevée à faible à travers une structure semi-perméable.


Première étape : réactions légères

Dans le processus dépendant de la lumière, qui se déroule dans le grana, la structure membranaire empilée dans les chloroplastes, l'énergie directe de la lumière aide la plante à fabriquer des molécules qui transportent de l'énergie pour une utilisation dans la phase sombre de la photosynthèse. La plante utilise l'énergie lumineuse pour générer la co-enzyme Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate, ou NADPH et ATP, les molécules qui transportent l'énergie. Les liaisons chimiques de ces composés stockent l'énergie et sont utilisées pendant la phase d'obscurité.


Photosynthèse

Parmi tous les organismes vivants, seules les plantes sont capables de produire leur propre nourriture et d'en tirer de l'énergie. En produisant de l'énergie, les plantes fournissent tous les nutriments et l'énergie nécessaires, directement ou indirectement, à tous les autres organismes vivants.

Comment les plantes produisent-elles leur propre nourriture ?

Le processus de photosynthèse permet aux plantes de capter l'énergie contenue dans la lumière du soleil et d'utiliser cette énergie pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose. Le glucose fournit une forme d'énergie chimique que les plantes utilisent pour se développer et fonctionner. De l'oxygène est également libéré au cours de ce processus. La photosynthèse rend la vie possible.

Chloroplastes

La photosynthèse est le processus par lequel l'énergie de la lumière du soleil est convertie en énergie chimique. La photosynthèse chez les plantes a lieu dans les chloroplastes. La couleur verte d'une feuille provient de la chlorophylle, un pigment présent à l'intérieur des chloroplastes. Une double membrane entoure le chloroplaste. Le fluide dense trouvé dans le chloroplaste est appelé stroma. Les thylacoïdes sont un système élaboré de sacs membranaires interconnectés. C'est ici, dans la membrane thylacoïdienne, que se trouve la chlorophylle et que la photosynthèse a lieu.

Figure (PageIndex<1>). Chloroplaste (CC BY-NC-SA C'est juste moi)

2 étapes de la photosynthèse

La photosynthèse peut être résumée par l'équation suivante :

Figure (PageIndex<2>). Aperçu de la photosynthèse (CC BY-NC-SA Daniel Mayer)

Le processus de la photosynthèse est en fait 2 processus :

Réactions légères: convertit l'énergie solaire (lumière du soleil) en énergie chimique (ATP et NADPH).

Cycle de Calvin (Réactions indépendantes de la lumière) : incorpore le dioxyde de carbone de l'air dans des molécules organiques, qui sont converties en sucre.

La chlorophylle et les autres molécules impliquées dans les réactions lumineuses sont intégrées dans les membranes thylakoïdes. Les enzymes qui catalysent le cycle de Calvin sont situées dans le stroma du chloroplaste. Les réactions lumineuses convertissent l'énergie solaire en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH. Ce processus commence lorsque la lumière du soleil est absorbée par la chlorophylle. L'ATP et le NADPH produits par les réactions lumineuses sont ensuite utilisés par le cycle de Calvin pour convertir le dioxyde de carbone en sucre. L'ATP fournit l'énergie et le NADPH fournit les électrons nécessaires pendant le cycle de Calvin. L'ADP et le NADP + qui restent du cycle de Calvin sont renvoyés vers les réactions lumineuses pour régénérer l'ATP et le NADPH.

Figure (PageIndex<3>). (CC BY-NC-SA)

Réactions légères

La lumière du soleil est utilisée pour produire de l'ATP et du NADPH dans les réactions lumineuses. Les molécules impliquées dans les réactions lumineuses se trouvent dans la membrane thylacoïdienne.

Acteurs importants dans les Light Reactions

Photosystème I (PSI) et photosystème II (PSII): contiennent des molécules de chlorophylle ainsi que d'autres protéines et sont responsables du déplacement des électrons de l'eau vers le NADP+ pour former le NADPH.

Chaîne de transport d'électrons: génère une réserve d'énergie potentielle sous la forme d'un gradient d'ions hydrogène dans l'espace thylakoïde, la concentration en H+ dans le thylakoïde étant supérieure à celle trouvée dans le stroma.

ATP synthase: utilise l'énergie générée par le gradient d'ions hydrogène pour produire de l'ATP.

Figure (PageIndex<4>). Photosynthèse (CC BY-NC-SA Tameeria)

Les réactions dépendantes de la lumière se déroulent en 5 étapes:

1. Capturer la lumière: Les molécules de pigment (chlorophylle) sont ancrées dans les complexes du photosystème par un réseau de protéines. Le positionnement précis des molécules pigmentaires leur permet de capter des photons (petits paquets d'énergie).

2. Exciter un électron : La position des molécules de chlorophylle au sein du photosystème est telle que lorsqu'un photon de lumière frappe n'importe quelle molécule de chlorophylle dans le photosytème, l'excitation passe d'une chlorophylle à une autre. Finalement, l'énergie arrive à une molécule clé de chlorophylle qui touche une protéine liée à la membrane. L'électron excité est ensuite transféré de cette molécule clé de chlorophylle à une molécule acceptrice dans la membrane.

3. Transport d'électrons: L'électron excité est ensuite transporté le long d'une série de molécules porteuses d'électrons noyées dans la membrane. C'est ce qu'on appelle le système de transport d'électrons. L'énergie de l'électron est libérée en petites quantités lorsque l'électron passe le long du système de transport d'électrons. Cette énergie est utilisée pour pomper des ions hydrogène (protons, H+) à travers la membrane, créant une forte concentration de protons d'un côté de la membrane.

4. Faire de l'ATP: La forte concentration de protons peut être utilisée comme source d'énergie pour fabriquer des molécules d'ATP. Les protons ne peuvent traverser la membrane et ne peuvent revenir à travers la membrane que dans des canaux spéciaux. Le mouvement des protons lorsqu'ils traversent l'ATP synthase entraîne la conversion de l'ADP en ATP. Ce processus est appelé chimiosmose et fabrique l'ATP qui sera utilisé dans le cycle de Calvin pour fabriquer des glucides.

5. Faire du NADPH: Une fois que l'électron quitte le système de transport, il pénètre dans un autre photosystème où il est réénergisé par l'absorption d'un autre photon de lumière. L'électron nouvellement excité pénètre dans un autre système de transport d'électrons où il est à nouveau transmis le long d'une série de molécules porteuses d'électrons. L'électron est finalement transféré à une molécule de NADP+ et, avec l'ajout d'un ion hydrogène, est utilisé pour créer une molécule de NADPH. L'ATP et le NADPH sont tous deux importants pour la synthèse des glucides dans le cycle de Calvin.

Cycle de Calvin

Le cycle de Calvin utilise l'ATP et le NADPH produits par les réactions lumineuses pour convertir trois molécules de dioxyde de carbone en une molécule d'un sucre à 3 carbones. La plante peut ensuite utiliser ce petit sucre pour fabriquer des sucres plus gros tels que le glucose et d'autres composés organiques.

Phase 1 : Fixation du carbone: Le dioxyde de carbone entre dans le stroma du chloroplaste. L'enzyme rubisco catalyse la liaison du dioxyde de carbone au bisphosphate de ribulose pour créer une molécule instable à 6 carbones qui se divise immédiatement en deux molécules à 3 carbones de 3-phosphoglycérate.

Phase 2 : Réduction: Chaque molécule de 3-phosphoglycérate est phosphorylée par l'ATP pour créer du 1,3-bisphosphoglycérate. Le NADPH donne une paire d'électrons et réduit le 1,3-bisphosphoglycérate, qui perd un groupe phosphate et devient le glycéraldéhyde 3-phosphate (G3P).

Phase 3 : Régénération: Pour six molécules de G3P créées, cinq molécules passent à la phase 3, tandis qu'une part pour être utilisée pour la production de composés organiques. L'ATP est nécessaire pour phosphoryler le G3P afin de régénérer le ribulose bisphosphate.

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Tutoriel sur la photosynthèse par Dr Katherine Harris est licencié en vertu d'un Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.


Biologie de la photosynthèse ppt.

Conclusions de l'expérience de van Helmont  "... 164 livres de bois, d'écorce et de racines étaient nées de l'eau seule." La masse de l'arbre ne vient PAS du sol. Partiellement correct  Van Helmont avait-il raison ? _____________________

 La masse d'une plante provient en partie de l'eau…PAS du sol (sauf pour une infime fraction)

Les plantes sont constituées de glucides. Le terme « hydrater » = eau.

L'Angleterre de la fin des années 1700 Joseph Priestley Joseph Priestley a découvert l'oxygène en 1774

 Il a continué à expérimenter avec les gaz, les plantes et les animaux.

Avec votre groupe, analysez l'expérience de Priestley !

L'expérience de photosynthèse de Priestley  Priestley a conclu que les plantes vertes produisent de « l'oxygène », qui est nécessaire pour qu'un feu brûle et que les animaux respirent.

Jan Ingenhousz de la fin des années 1700 Jan Ingenhousz est né en 1730 aux Pays-Bas. Il a suivi une formation de médecin.

 En 1779, Ingenhousz occupe un poste dans le même laboratoire que Joseph Priestley.

Ingenhousz a mené des recherches sur la photosynthèse.

Expérience de photosynthèse d'Ingenhousz  Ingenhousz a placé une plante d'étang dans un bocal rempli d'eau

Il a placé le pot en plein soleil et a observé les bulles produites par la plante

 Il a placé le pot dans des conditions de faible luminosité et n'a observé aucune bulle produite par la plante

L'expérience de photosynthèse d'Ingenhousz Ingenhousz savait que les bulles produites par les plantes sont constituées d'oxygène gazeux.

 Il a conclu que l'oxygène n'est produit que si la plante verte est en présence de Lumière __________.

Photosynthèse  Au milieu des années 1800, il était compris que les plantes produisent du glucose (un type de glucide) et de l'oxygène en utilisant l'énergie lumineuse, le dioxyde de carbone et l'eau.

Lumière  Lorsque toutes les couleurs de la lumière blanche sont réfléchies dans nos yeux nous voyons du BLANC !

 Lorsque toutes les couleurs de la lumière blanche sont absorbées par un objet  nous voyons du NOIR !

Une surface apparaît d'une couleur particulière car elle contient un "pigment" qui reflète cette couleur particulière et absorbe toutes les autres couleurs.

 Pigment = molécule colorée absorbant la lumière*

Nommez la couleur  Quelle est la couleur d'un pull qui absorbe la lumière bleue, verte et jaune ? (Astuce : quelle couleur n'est PAS absorbée mais doit être réfléchie ?)

Quelle couleur est reflétée par ce pull ?

Nommez la couleur  Quelle est la couleur d'un jean qui absorbe toutes les couleurs de l'arc-en-ciel ?

Quelle couleur est reflétée par le jean ? RIEN!

Quelles couleurs sont absorbées par

Plantes vertes  Reflètent la lumière verte  Absorbent toutes les autres couleurs de lumière

Photosynthèse  Si les organismes fabriquent leur propre nourriture, ils sont appelés autotrophes

Ou  Les organismes MANGENT des plantes ou des animaux et sont appelés hétérotrophes __________________________________

Photosynthèse  Les autotrophes utilisent l'énergie lumineuse du soleil (ou l'énergie chimique) pour produire des sucres/hydrates de carbone riches en énergie. Exemples d'autotrophes : plantes vertes certaines protistes _____________________,________________, certaines bactéries ______________________________

 L'énergie dans la plupart des écosystèmes sur terre provient

Photosynthèse Le CO2 pénètre dans les plantes par les stomates des feuilles et de la tige.

 L'O2 et l'eau sortent des stomates*

Eau  L'H2O pénètre dans les plantes par les racines et est transportée par les veines jusqu'aux feuilles L'eau traverse le xylème de la plante (veines ascendantes) des racines aux feuilles

Produits de la photosynthèse  Glucose et oxygène  Le glucose est transporté des feuilles de la plante dans le phloème (veines descendantes) vers les parties de la plante où la photosynthèse ne se produit pas (racines, fleurs).

 Le glucose est stocké dans les fruits (pommes, oranges, etc.) et les racines (oignons, pommes de terre, etc.)

L'oxygène est libéré par les stomates.

Photosynthèse  Fiche complète sur les plantes vertes !

Quoi d'autre est nécessaire pour la photosynthèse ? Chloroplaste   La photosynthèse se produit dans les chloroplastes des cellules végétales.

Les chloroplastes sont constitués de thylakoïdes – des membranes en forme de sac contenant des molécules de chlorophylle, un pigment qui absorbe la lumière rouge et bleue.  stroma – espace en dehors des thylakoïdes

• Certaines plantes contiennent des pigments qui reflètent le jaune et le rouge. • A l'automne, le pigment chlorophylle se dégrade, et les autres couleurs se dévoilent !

Si les plantes contiennent de la chlorophylle, pourquoi changent-elles de couleur à l'automne ?

Processus de photosynthèse  Processus en deux étapes :  Réaction légère dépendante et  Réaction légère INDÉPENDANTE ou CYCLE DE CALVIN

RÉACTION DÉPENDANTE DE LA LUMIÈRE Se produit uniquement à la lumière ! A lieu dans le thylakoïde  c'est là que se trouve la chlorophylle

Réaction dépendante de la lumière  H2O pénètre dans le thylakoïde  Les liaisons chimiques qui maintiennent H2O ensemble sont brisées et des molécules de H+ et d'oxygène sont libérées

Les ions H+ sont utilisés dans la fabrication du glucose. L'O2 est libéré par les stomates. C'est l'oxygène que nous respirons.

Réaction dépendante de la lumière (suite)  L'énergie lumineuse pénètre dans le thylakoïde  Cette énergie est convertie en énergie chimique et est stockée dans deux composés chimiques :  L'ATP (Adénosine Triphosphate) converti par l'énergie lumineuse de 

ADP (basse énergie) NADPH converti par l'énergie lumineuse du NADP+ (basse énergie)

Remarque : L'énergie lumineuse n'a pas été créée ou détruite par la plante, mais elle a changé de forme.

À FAIRE : Remplissez la section Réaction dépendante de la lumière a-m de la feuille de travail sur la photosynthèse !

Vérification des faits – Réaction dépendante de la lumière (p. 4) 1. Dans quelle partie du chloroplaste la réaction dépendante de la lumière se produit-elle ?

2. Quelles sont les deux molécules à haute énergie produites à l'aide de l'énergie lumineuse du soleil ?

3. Quel est le « déchet » de la réaction dépendante de la lumière ? oxygène

4. Comment ces déchets sortent-ils des cellules végétales ?

5. Quelle partie de la molécule d'eau est utilisée pour fabriquer une molécule de glucose ?

6. Quel est le rôle de la lumière du soleil dans le processus de photosynthèse ?

Réaction indépendante de la lumière ou cycle de Calvin 1. Se produit dans le stroma - l'espace entourant les membranes thylacoïdiennes 2. Se déroule dans la lumière OU l'obscurité

Réaction indépendante de la lumière ou cycle de Calvin 3. Le CO2 pénètre dans les chloroplastes par les stomates. 4. L'énergie stockée pendant la réaction dépendante de la lumière (ATP et NADPH) est utilisée pour convertir

CO2+ H+ (de l'eau)  C6H12O6

Réaction indépendante de la lumière ou énergie chimique du cycle de Calvin en ATP + NADPH

H+ + CO2  Glucose Liaisons à faible énergie dans le CO2

Liaisons à haute énergie dans le glucose

ATP (molécule de haute énergie)  ADP (molécule de basse énergie) NAPDH (molécule de haute énergie)  NADP+ (molécule de basse énergie)

À FAIRE : Remplir la section Réaction dépendante de la lumière n-v de la feuille de travail sur la photosynthèse !

Vérification des faits - Réaction indépendante de la lumière 1.

Dans quelle partie du chloroplaste se produit la réaction indépendante de la lumière ? stroma

Quel est l'autre nom de la réaction indépendante de la lumière ? Cycle de Calvin Pourquoi s'appelle-t-on la réaction indépendante de la lumière ?

Se produit avec ou sans soleil

Quelle molécule est ajoutée à H+ (à partir de la réaction dépendante de la lumière) pour produire du glucose ? CO2

Comment la molécule mentionnée au n°4 entre-t-elle dans le chloroplaste ? stomates Quelle molécule est utilisée pour fournir l'énergie chimique pour les liaisons à haute énergie qui maintiennent les molécules de glucose ensemble ? ATP

Molécules d'énergie  ADP chargé par l'énergie lumineuse pour produire de l'ATP

 NADP+ chargé d'énergie lumineuse pour produire du NADPH

Facteurs affectant la photosynthèse 1. Lumière - Absence de lumière  pas de photosynthèse

Facteurs affectant la photosynthèse 2 L'augmentation de l'intensité lumineuse augmente la vitesse de réaction (jusqu'à un certain point - ce point dépend de l'espèce de plante particulière)

3 Eau - L'absence d'eau ralentit ou arrête le processus

Facteurs affectant la photosynthèse 4. Température – La photosynthèse ne se produit PAS si elle est en dessous du point de congélation (0°C ou 32°F) ou au-dessus de 35°C/95°F.

Vous attendriez-vous à ce qu'une pénurie de CO2 soit un problème pour la croissance des plantes sur terre ? Pourquoi ou pourquoi pas?

Facteurs environnementaux affectant la photosynthèse  Remplissez la feuille de travail « L'énergie dans une cellule » : pensée critique et résolution de problèmes


Biologie 171

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Expliquer comment les plantes absorbent l'énergie du soleil
  • Décrire les longueurs d'onde courtes et longues de la lumière
  • Décrire comment et où se déroule la photosynthèse dans une plante

Comment l'énergie lumineuse peut-elle être utilisée pour faire de la nourriture? Lorsqu'une personne allume une lampe, l'énergie électrique devient de l'énergie lumineuse. Comme toutes les autres formes d'énergie cinétique, la lumière peut voyager, changer de forme et être exploitée pour effectuer un travail. Dans le cas de la photosynthèse, l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique, que les photoautotrophes utilisent pour construire des molécules de glucides basiques ((Figure)). Cependant, les autotrophes n'utilisent que quelques longueurs d'onde spécifiques de la lumière solaire.


Qu'est-ce que l'énergie lumineuse ?

Le soleil émet une énorme quantité de rayonnement électromagnétique (énergie solaire dans un spectre allant des rayons gamma très courts aux ondes radio très longues). Les humains ne peuvent voir qu'une infime fraction de cette énergie, que nous appelons « lumière visible ». La manière dont l'énergie solaire se déplace est décrite comme des vagues. Les scientifiques peuvent déterminer la quantité d'énergie d'une onde en mesurant sa longueur d'onde (les longueurs d'onde plus courtes sont plus puissantes que les longueurs d'onde plus longues) - la distance entre les points de crête consécutifs d'une onde. Par conséquent, une seule vague est mesurée à partir de deux points consécutifs, tels que de crête à crête ou de creux à creux ((Figure)).


La lumière visible ne constitue qu'un des nombreux types de rayonnement électromagnétique émis par le soleil et d'autres étoiles. Les scientifiques différencient les différents types d'énergie rayonnante du soleil dans le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est la gamme de toutes les fréquences possibles de rayonnement ((Figure)). La différence entre les longueurs d'onde est liée à la quantité d'énergie qu'elles transportent.


Chaque type de rayonnement électromagnétique se déplace à une longueur d'onde particulière. Plus la longueur d'onde est longue, moins elle transporte d'énergie. Les vagues courtes et serrées transportent le plus d'énergie. Cela peut sembler illogique, mais pensez-y comme un morceau de corde lourde en mouvement. Il faut peu d'effort à une personne pour déplacer une corde dans de longues et larges vagues. Pour faire bouger une corde dans des vagues courtes et serrées, une personne aurait besoin d'appliquer beaucoup plus d'énergie.

Le spectre électromagnétique ((Figure)) montre plusieurs types de rayonnement électromagnétique provenant du soleil, y compris les rayons X et les rayons ultraviolets (UV). Les ondes à plus haute énergie peuvent pénétrer dans les tissus et endommager les cellules et l'ADN, ce qui explique pourquoi les rayons X et les rayons UV peuvent être nocifs pour les organismes vivants.

Absorption de la lumière

L'énergie lumineuse initie le processus de photosynthèse lorsque les pigments absorbent des longueurs d'onde spécifiques de la lumière visible. Les pigments organiques, que ce soit dans la rétine humaine ou le thylakoïde chloroplastique, ont une gamme étroite de niveaux d'énergie qu'ils peuvent absorber. Des niveaux d'énergie inférieurs à ceux représentés par la lumière rouge sont insuffisants pour élever un électron orbital à un état excité (quantique). Des niveaux d'énergie supérieurs à ceux de la lumière bleue vont physiquement déchirer les molécules, dans un processus appelé blanchiment. Nos pigments rétiniens ne peuvent « voir » (absorber) que des longueurs d'onde comprises entre 700 nm et 400 nm de lumière, un spectre que l'on appelle donc lumière visible. Pour les mêmes raisons, les plantes, les molécules de pigment n'absorbent que la lumière dans la plage de longueurs d'onde de 700 nm à 400 nm. Les physiologistes des plantes appellent cette plage pour les plantes un rayonnement photosynthétiquement actif.

La lumière visible vue par les humains sous forme de lumière blanche existe en réalité dans un arc-en-ciel de couleurs. Certains objets, comme un prisme ou une goutte d'eau, dispersent la lumière blanche pour révéler les couleurs à l'œil humain. La partie lumière visible du spectre électromagnétique montre l'arc-en-ciel de couleurs, le violet et le bleu ayant des longueurs d'onde plus courtes et donc une énergie plus élevée. À l'autre extrémité du spectre vers le rouge, les longueurs d'onde sont plus longues et ont une énergie plus faible ((Figure)).


Comprendre les pigments

Il existe différents types de pigments, et chacun n'absorbe que des longueurs d'onde (couleurs) spécifiques de la lumière visible. Les pigments réfléchissent ou transmettent les longueurs d'onde qu'ils ne peuvent pas absorber, leur faisant apparaître un mélange des couleurs de la lumière réfléchie ou transmise.

Les chlorophylles et les caroténoïdes sont les deux principales classes de pigments photosynthétiques présents dans les plantes et les algues. Chaque classe possède plusieurs types de molécules pigmentaires. Il existe cinq principales chlorophylles : une, b, c et et une molécule apparentée trouvée chez les procaryotes appelée bactériochlorophylle. Chlorophylle une et la chlorophylle b se trouvent dans les chloroplastes des plantes supérieures et seront au centre de la discussion suivante.

Avec des dizaines de formes différentes, les caroténoïdes sont un groupe de pigments beaucoup plus important. Les caroténoïdes présents dans les fruits, tels que le rouge de la tomate (lycopène), le jaune des graines de maïs (zéaxanthine) ou l'orange d'une peau d'orange (β-carotène), sont utilisés comme publicités pour attirer les disperseurs de graines. Dans la photosynthèse, les caroténoïdes fonctionnent comme des pigments photosynthétiques qui sont des molécules très efficaces pour l'élimination de l'excès d'énergie. Lorsqu'une feuille est exposée au plein soleil, les réactions dépendantes de la lumière sont nécessaires pour traiter une énorme quantité d'énergie si cette énergie n'est pas gérée correctement, elle peut causer des dommages importants. Par conséquent, de nombreux caroténoïdes résident dans la membrane thylacoïdienne, absorbent l'excès d'énergie et dissipent en toute sécurité cette énergie sous forme de chaleur.

Chaque type de pigment peut être identifié par le modèle spécifique de longueurs d'onde qu'il absorbe à partir de la lumière visible : c'est ce qu'on appelle le spectre d'absorption . Le graphique de (Figure) montre les spectres d'absorption pour la chlorophylle une, chlorophylle b, et un type de pigment caroténoïde appelé β-carotène (qui absorbe la lumière bleue et verte). Remarquez comment chaque pigment a un ensemble distinct de pics et de creux, révélant un modèle d'absorption très spécifique. Chlorophylle une absorbe les longueurs d'onde de chaque extrémité du spectre visible (bleu et rouge), mais pas le vert. Parce que le vert est réfléchi ou transmis, la chlorophylle apparaît verte. Les caroténoïdes absorbent dans la région bleue à courte longueur d'onde et réfléchissent les longueurs d'onde jaune, rouge et orange plus longues.


De nombreux organismes photosynthétiques ont un mélange de pigments, et en utilisant ces pigments, l'organisme peut absorber l'énergie d'une plus large gamme de longueurs d'onde. Tous les organismes photosynthétiques n'ont pas pleinement accès à la lumière du soleil. Certains organismes se développent sous l'eau où l'intensité et la qualité de la lumière diminuent et changent avec la profondeur. D'autres organismes se développent en compétition pour la lumière. Les plantes sur le sol de la forêt tropicale doivent être capables d'absorber tout peu de lumière qui passe, car les arbres les plus grands absorbent la majeure partie de la lumière du soleil et dispersent le rayonnement solaire restant ((Figure)).


Lorsqu'ils étudient un organisme photosynthétique, les scientifiques peuvent déterminer les types de pigments présents en générant des spectres d'absorption. Un instrument appelé spectrophotomètre peut différencier les longueurs d'onde de la lumière qu'une substance peut absorber. Les spectrophotomètres mesurent la lumière transmise et en calculent l'absorption. En extrayant les pigments des feuilles et en plaçant ces échantillons dans un spectrophotomètre, les scientifiques peuvent identifier les longueurs d'onde de la lumière qu'un organisme peut absorber. Des méthodes supplémentaires pour l'identification des pigments végétaux comprennent divers types de chromatographie qui séparent les pigments par leurs affinités relatives aux phases solides et mobiles.

Comment fonctionnent les réactions dépendantes de la lumière

La fonction globale des réactions dépendantes de la lumière est de convertir l'énergie solaire en énergie chimique sous forme de NADPH et d'ATP. Cette énergie chimique soutient les réactions indépendantes de la lumière et alimente l'assemblage des molécules de sucre. Les réactions dépendantes de la lumière sont représentées dans (Figure). Les complexes protéiques et les molécules de pigment travaillent ensemble pour produire du NADPH et de l'ATP. La numérotation des photosystèmes est dérivée de l'ordre dans lequel ils ont été découverts, et non de l'ordre de transfert des électrons.


L'étape réelle qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique a lieu dans un complexe multiprotéique appelé photosystème , dont deux types se trouvent intégrés dans la membrane thylacoïdienne : le photosystème II (PSII) et le photosystème I (PSI) ((Figure)). Les deux complexes diffèrent sur la base de ce qu'ils oxydent (c'est-à-dire la source de l'apport d'électrons de basse énergie) et de ce qu'ils réduisent (l'endroit où ils livrent leurs électrons sous tension).

Les deux photosystèmes ont la même structure de base, un certain nombre de protéines d'antenne auxquelles les molécules de chlorophylle sont liées entourent le centre de réaction où se déroule la photochimie. Chaque photosystème est desservi par le complexe de récolte de lumière, qui transmet l'énergie de la lumière du soleil au centre de réaction, il se compose de plusieurs protéines d'antenne qui contiennent un mélange de 300 à 400 chlorophylle une et b molécules ainsi que d'autres pigments comme les caroténoïdes. L'absorption d'un seul photon ou d'une quantité distincte ou « paquet » de lumière par l'une des chlorophylles pousse cette molécule dans un état excité. En bref, l'énergie lumineuse a maintenant été capturée par des molécules biologiques mais n'est pas encore stockée sous une forme utile. L'énergie est transférée de chlorophylle à chlorophylle jusqu'à ce que finalement (après environ un millionième de seconde), elle soit livrée au centre de réaction. Jusqu'à présent, seule l'énergie a été transférée entre les molécules, pas les électrons.


Quelle est la source initiale d'électrons pour la chaîne de transport d'électrons du chloroplaste ?

Le centre de réaction contient une paire de chlorophylle une molécules possédant une propriété particulière. Ces deux chlorophylles peuvent subir une oxydation lors de l'excitation, elles peuvent en fait céder un électron dans un processus appelé photoacte. C'est à cette étape du centre de réaction au cours de la photosynthèse que l'énergie lumineuse est convertie en un électron excité. Toutes les étapes suivantes impliquent d'amener cet électron sur le vecteur d'énergie NADPH pour le livrer au cycle de Calvin où l'électron est déposé sur le carbone pour un stockage à long terme sous la forme d'un glucide. Le PSII et le PSI sont deux composants majeurs de la chaîne de transport d' électrons photosynthétique , qui comprend également le complexe de cytochromes. Le complexe cytochrome, une enzyme composée de deux complexes protéiques, transfère les électrons de la molécule porteuse plastoquinone (Pq) à la protéine plastocyanine (Pc), permettant ainsi à la fois le transfert de protons à travers la membrane thylacoïdienne et le transfert d'électrons de PSII vers PSI.

Le centre de réaction du PSII (appelé P680 ) délivre ses électrons de haute énergie, un à la fois, à l'accepteur d'électrons primaire et à travers la chaîne de transport d'électrons (Pq au complexe cytochrome à la plastocyanine) au PSI. L'électron manquant de P680 est remplacé par l'extraction d'un électron de faible énergie de l'eau. Ainsi, l'eau est «divisée» au cours de cette étape de la photosynthèse et le PSII est ré-réduit après chaque photoacte. Diviser un H2La molécule O libère deux électrons, deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Cependant, la séparation de deux molécules est nécessaire pour former une molécule d'O diatomique2 gaz. Environ 10 pour cent de l'oxygène est utilisé par les mitochondries de la feuille pour soutenir la phosphorylation oxydative. Le reste s'échappe dans l'atmosphère où il est utilisé par les organismes aérobies pour soutenir la respiration.

Lorsque les électrons se déplacent à travers les protéines situées entre le PSII et le PSI, ils perdent de l'énergie. Cette énergie est utilisée pour déplacer les atomes d'hydrogène du côté stromal de la membrane vers la lumière thylakoïde. Ces atomes d'hydrogène, ainsi que ceux produits par la division de l'eau, s'accumulent dans la lumière thylakoïde et seront utilisés pour synthétiser l'ATP dans une étape ultérieure. Parce que les électrons ont perdu de l'énergie avant leur arrivée au PSI, ils doivent être réactivés par le PSI, par conséquent, un autre photon est absorbé par l'antenne du PSI. Cette énergie est relayée au centre de réaction du PSI (appelé P700 ). P700 est oxydé et envoie un électron de haute énergie au NADP + pour former le NADPH. Ainsi, le PSII capte l'énergie pour créer des gradients de protons pour produire de l'ATP, et le PSI capte l'énergie pour réduire le NADP + en NADPH. Les deux photosystèmes fonctionnent de concert, en partie, pour garantir que la production de NADPH sera à peu près égale à la production d'ATP. D'autres mécanismes existent pour affiner ce rapport afin qu'il corresponde exactement aux besoins énergétiques en constante évolution du chloroplaste.

Générer un vecteur d'énergie : ATP

Comme dans l'espace intermembranaire des mitochondries pendant la respiration cellulaire, l'accumulation d'ions hydrogène à l'intérieur de la lumière thylakoïde crée un le gradient de concentration. La diffusion passive des ions hydrogène d'une concentration élevée (dans la lumière thylakoïde) à une faible concentration (dans le stroma) est exploitée pour créer de l'ATP, tout comme dans la chaîne de transport d'électrons de la respiration cellulaire. Les ions accumulent de l'énergie à cause de la diffusion et parce qu'ils ont tous la même charge électrique, se repoussant les uns les autres.

Pour libérer cette énergie, les ions hydrogène se précipiteront à travers n'importe quelle ouverture, comme de l'eau projetée à travers un trou dans un barrage. Dans le thylakoïde, cette ouverture est un passage à travers un canal protéique spécialisé appelé ATP synthase. L'énergie libérée par le flux d'ions hydrogène permet à l'ATP synthase d'attacher un troisième groupe phosphate à l'ADP, qui forme une molécule d'ATP ((Figure)). Le flux d'ions hydrogène à travers l'ATP synthase est appelé chimiosmose car les ions se déplacent d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration à travers une structure semi-perméable du thylakoïde.

Voir Photosynthèse : Réactions lumineuses (animation Flash) pour en savoir plus sur le processus de photosynthèse au sein d'une feuille.

Résumé de la section

Les pigments de la première partie de la photosynthèse, les réactions dépendantes de la lumière, absorbent l'énergie de la lumière du soleil. Un photon frappe les pigments de l'antenne du photosystème II pour initier la photosynthèse. L'énergie se déplace vers le centre de réaction qui contient la chlorophylle une puis à la chaîne de transport d'électrons, qui pompe des ions hydrogène à l'intérieur des thylakoïdes. Cette action génère une forte concentration d'ions hydrogène. Les ions hydrogène traversent l'ATP synthase pendant la chimiosmose pour former des molécules d'ATP, qui sont utilisées pour la formation de molécules de sucre dans la deuxième étape de la photosynthèse. Le photosystème I absorbe un deuxième photon, ce qui entraîne la formation d'une molécule de NADPH, un autre vecteur énergétique et réducteur pour les réactions indépendantes de la lumière.

Connexions artistiques

(Figure) Quelle est la source d'électrons pour la chaîne de transport d'électrons du chloroplaste ?


Voir la vidéo: Underblanket to hammock (Janvier 2022).