Définition de la photosynthèse
La photosynthèse est la voie biochimique qui convertit lénergie de la lumière en liaisons de molécules de glucose. Le processus de photosynthèse se déroule en deux étapes. Dans la première étape, lénergie de la lumière est stockée dans les liaisons de ladénosine triphosphate (ATP) et du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH). Ces deux cofacteurs de stockage dénergie sont ensuite utilisés dans la deuxième étape de la photosynthèse pour produire des molécules organiques en combinant des molécules de carbone dérivées du dioxyde de carbone (CO2). La deuxième étape de la photosynthèse est connue sous le nom de cycle de Calvin. Ces molécules organiques peuvent ensuite être utilisées par les mitochondries pour produire de lATP, ou elles peuvent être combinées pour former du glucose, du saccharose et dautres glucides. Léquation chimique pour lensemble du processus peut être vue ci-dessous.
Équation de photosynthèse
Ci-dessus, la réaction globale pour la photosynthèse. Utilisant lénergie de la lumière et les hydrogènes et électrons de leau, la plante combine les carbones présents dans le dioxyde de carbone en molécules plus complexes. Alors quune molécule à 3 carbones est le résultat direct de la photosynthèse, le glucose est simplement deux de ces molécules combinées et est souvent représenté comme le résultat direct de la photosynthèse en raison du glucose étant une molécule fondamentale dans de nombreux systèmes cellulaires. Vous remarquerez également que 6 molécules doxygène gazeux sont produites, comme sous-produit. La plante peut utiliser cet oxygène dans ses mitochondries lors de la phosphorylation oxydative. Alors quune partie de loxygène est utilisée à cette fin, une grande partie est expulsée dans latmosphère et nous permet de respirer et de subir notre propre phosphorylation oxydative, sur des molécules de sucre dérivées de plantes. Vous remarquerez également que cette équation montre leau des deux côtés. En effet, 12 molécules deau sont séparées lors des réactions lumineuses, tandis que 6 nouvelles molécules sont produites pendant et après le cycle de Calvin. Bien que ce soit léquation générale pour lensemble du processus, il existe de nombreuses réactions individuelles qui contribuent à cette voie.
Les étapes de la photosynthèse
Les réactions à la lumière
Les réactions lumineuses se produisent dans les membranes thylacoïdes des chloroplastes des cellules végétales. Les thylacoïdes ont des grappes de protéines et denzymes densément remplies appelées photosystèmes. Il existe deux de ces systèmes, qui fonctionnent en conjonction lun avec lautre pour éliminer les électrons et les hydrogènes de leau et les transférer vers les cofacteurs ADP et NADP +. Ces photosystèmes ont été nommés dans lordre dans lequel ils ont été découverts, ce qui est à lopposé de la façon dont les électrons les traversent. Comme le montre limage ci-dessous, les électrons excités par lénergie lumineuse circulent dabord à travers le photosystème II (PSII), puis à travers le photosystème I (PSI) lorsquils créent le NADPH. LATP est créé par la protéine ATP synthase, qui utilise laccumulation datomes dhydrogène pour entraîner lajout de groupes phosphate à lADP.
Lensemble du système fonctionne comme suit. Un photosystème est composé de diverses protéines qui entourent et connectent une série de molécules de pigment. Les pigments sont des molécules qui absorbent divers photons, permettant à leurs électrons de sexciter. La chlorophylle a est le principal pigment utilisé dans ces systèmes et recueille le transfert dénergie final avant de libérer un électron. Le photosystème II démarre ce processus délectrons en utilisant lénergie lumineuse pour diviser une molécule deau, qui libère lhydrogène tout en siphonnant les électrons. Les électrons sont ensuite passés à travers la plastoquinone, un complexe enzymatique qui libère plus dhydrogènes dans lespace thylacoïde. Les électrons circulent ensuite à travers un complexe cytochrome et de la plastocyanine pour atteindre le photosystème I. Ces trois complexes forment une chaîne de transport délectrons, un peu comme celle observée dans les mitochondries. Le photosystème I utilise ensuite ces électrons pour conduire la réduction du NADP + en NADPH. LATP supplémentaire produit lors des réactions lumineuses provient de lATP synthase, qui utilise le grand gradient de molécules dhydrogène pour conduire la formation dATP.
Le cycle de Calvin
Avec ses porteurs délectrons NADPH et ATP tout chargé délectrons, lusine est maintenant prête à créer de lénergie stockable. Cela se produit pendant le cycle de Calvin, qui est très similaire au cycle de lacide citrique observé dans les mitochondries. Cependant, le cycle de lacide citrique crée de lATP dautres porteurs délectrons à partir de molécules à 3 carbones, tandis que le cycle de Calvin produit ces produits à laide de NADPH et dATP. Le cycle comporte 3 phases, comme le montre le graphique ci-dessous.
Au cours de la première phase, un carbone est ajouté à un sucre à 5 carbones, créant un sucre instable à 6 carbones. Dans la phase deux, ce sucre est réduit en deux molécules de sucre stables à 3 carbones.Certaines de ces molécules peuvent être utilisées dans dautres voies métaboliques et sont exportées. Le reste reste à parcourir le cycle Calvin. Au cours de la troisième phase, le sucre à cinq carbones est régénéré pour recommencer le processus. Le cycle de Calvin se produit dans le stroma dun chloroplaste. Bien quils ne soient pas considérés comme faisant partie du cycle de Calvin, ces produits peuvent être utilisés pour créer une variété de sucres et de molécules structurelles.
Produits de la photosynthèse
Les produits directs des réactions lumineuses et du Le cycle de Calvin sont le 3-phosphoglycérate et le G3P, deux formes différentes dune molécule de sucre à 3 carbones. Deux de ces molécules combinées équivaut à une molécule de glucose, le produit vu dans léquation de la photosynthèse. Bien quil sagisse de la principale source de nourriture pour les plantes et les animaux, ces squelettes à 3 carbones peuvent être combinés sous de nombreuses formes différentes. Une forme structurelle à noter est la cellulose et un matériau fibreux extrêmement résistant constitué essentiellement de chaînes de glucose. Outre les sucres et les molécules à base de sucre, loxygène est lautre produit principal de la photosynthèse. Loxygène créé à partir de la photosynthèse alimente tous les organismes respiratoires de la planète.
Quiz
1. Pour compléter le cycle de Calvin, du dioxyde de carbone est nécessaire. Le dioxyde de carbone atteint lintérieur de la plante via des stomates ou de petits trous à la surface dune feuille. Pour éviter la perte deau et la déshydratation totale par temps chaud, les plantes ferment leurs stomates. Les plantes peuvent-elles continuer à subir la photosynthèse?
A. Oui, tant quil y a de la lumière
B. Non, sans CO2, le processus ne peut pas continuer
C. Seule la réaction légère continuera
2. Pourquoi les produits de la photosynthèse sont-ils importants pour les organismes non photosynthétiques?
A. Cest la base de la plupart de lénergie sur Terre
B. Ils ont besoin des nutriments mineurs assemblés par les plantes
C. Ils ne sont pas importants pour les carnivores obligatoires
3. Pourquoi les plantes ont-elles besoin deau?
A. Pour la photosynthèse
B. Pour la structure
C. Pour transférer des nutriments
D. Tout ce qui précède