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La photosynthèse – Cours Pharmacie
Cours Pharmacie
La photosynthèse
Publié le 31/08/2009
I) Le chloroplaste, siège de la photosynthèse
II) La chlorophylle, pigment de la photosynthèse
III) Les mécanismes de la phase claire
1) Structure des photosystèmes
2) Mécanisme des photosystèmes
a) Le photosystème II (PSII)
b) Le photosystème I (PSI)
3) Transport des électrons dans la phase claire
a) La photolyse de l’eau et le transport non cyclique des électrons
b) Le transport cyclique des électrons
IV) Les mécanismes de la phase sombre
1) Le cycle de Calvin
a) Fixation du CO2
b) Réduction du carbone fixé
c) Régénération de l’accepteur de CO2
2) Synthèse des sucres
3) Bilan
V) Photosynthèse et plante en C3
1) Les facteurs limitant de la photosynthèse
2) Les plantes en C3
VI) Solutions des plantes en C4 et CAM
1) Caractéristiques des plantes en C4 et CAM
a) Les plantes en C4
b) Les plantes CAM
2) Différences entre les plantes en C3, C4 et CAM
3) Subsistance des plantes en C3
La photosynthèse est le processus responsable de la transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique au niveau de la plante, autrement dit au processus permettant de synthétiser de la matière organique (sucres) à partir de la lumière du soleil. Elle se réalise au niveau des chloroplastes qui sont des organites cellulaires spécialisées, et permet une consommation de dioxyde de carbone et d’eau afin de produire du dioxygène et des molécules organiques telles que le glucose. Pour se faire la photosynthèse se réalise en deux grandes phases, la phase claire et la phase sombre.
La phase claire est un ensemble de réactions photochimiques, qui dépendent de la lumière, et au cours desquels les électrons sont transportés à travers les deux photosystèmes (PSI et PSII) afin de produire de l’ATP (molécule riche en énergie) et du NADPH + H+ (potentiel réducteur). La phase claire permet donc directement la transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique.
La phase sombre correspond au cycle de Calvin, entièrement enzymatique et indépendante de la lumière, au cours duquel l’ATP et le NADPH + H+ sont utilisés pour la conversion du dioxyde de carbone et de l’eau en glucides. Cette seconde partie permet l’assimilation du gaz carbonique.
La photosynthèse se réalise principalement au niveau des feuilles, au niveau des tissus palissadiques qui se trouvent sous l’épiderme supérieur et qui récupèrent les photons lumineux. Comme dit précédemment, les caractéristiques des cellules responsables de la photosynthèse leurs sont données par les chloroplastes, qu’elles possèdent.
Le chloroplaste est un organite semi-autonome de la cellule végétale, il possède donc, comme la mitochondrie, son propre matériel génétique, ainsi qu’une double membrane phospholipidique (membrane externe et membrane interne).
La membrane externe est une double couche phospholipidique formée comme toute membrane biologique de phospholipides et de protéines. Elle a la propriété d’être relativement perméable.
La membrane interne a, contrairement à la précédente, la propriété d’être peu perméable et de présenter des replis appelés des thylakoïdes. Ces replis sont soit empilés et forment des granas (un granum = thylakoïde granaire), soit isolés (= thylakoïde somatique). La membrane interne est la plus intéressante pour la photosynthèse et délimite la partie interne du chloroplaste, le stroma. La membrane présente des acides gras insaturés qui assurent la fluidité membranaire, et des pigments (chlorophylle et caroténoïde) souvent associés à des protéines. Des structures transmembranaires permettent la formation de complexes protéiques associés à la chlorophylle que l’on appelle des photosystèmes (PSI et PSII).
Production Chantal PROULX
La chlorophylle est du groupe des Hémines et possède un noyau tétrapyrolique (structure de cage) qui contient un atome de magnésium (Mg2+). Elle possède une courte chaîne latérale qui caractérise la chlorophylle « a » (radical méthyle) ou chlorophylle « b » (radical aldéhyde), et une longue chaîne phytol hydrophobe (hydrocarbure dérivé de l’isoprène C20). La molécule est donc amphiphile.
La chlorophylle étant un pigment, elle a la caractéristique d’absorbé la lumière dans le visible, mais les pics d’absorption varie suivant la chlorophylle :
chlorophylle a : à 430 (bleu) et 660 nm (rouge).
chlorophylle b : à 450 et 643 nm.
Lorsqu’un pigment capte un photon correspondant à sa capacité d’absorption un de ses électrons passe dans un état dit excité. Cette énergie peut se transmettre de 3 façons : soit en la répandant sous forme de photon, soit en la répandant sous forme de chaleur (ces deux façons font perdre de l’énergie), soit en transmettant l’énergie par résonance avec presque aucune perte d’énergie.
Il est important de préciser que seule la chlorophylle « a » est « active » pour la photosynthèse, et qu’elle est toujours associée à d’autres pigments, dit pigments accessoires, qui réceptionnent les photons à des longueurs d’onde inférieures (de plus fortes énergie) à la longueur d’onde d’absorption de la chlorophylle, et qui retransmettent à une longueur d’onde supérieure (de moindre énergie) pour atteindre la chlorophylle. On est alors dans un mode de fonctionnement « donneur-accepteur ». Parmi les pigments accessoires on compte les phycobilines chez les cyanobactéries et algues rouges, et les caroténoïdes chez les plantes supérieurs et les algues brunes. Les caroténoïdes absorbent dans les jaunes orangés et le bleu et les phycobillines dans le vert et le bleu.
On peut faire ici la remarque que la couleur orangé des caroténoïdes est masquée par la chlorophylle, or la chlorophylle est la première molécule détruite à l’automne, donnant la couleur jaune orangé des pantes à cette saison.
Différentes structures sont importantes dans la réception de la lumière. Tout d’abord l’antenne collectrice qui est composée de chlorophylle « a » et « b », ainsi que des caroténoïdes, mais encore le centre réactionnel qui comprend uniquement une paire de chlorophylle « a ».
La chlorophylle « a » existe en deux variantes qui ont des pics d’absorption différents, selon les protéines qui lui sont associées :
La P680 qui absorbe à 680 nm. Elle est présente au niveau du photosystème II (PSII).
La P700 qui absorbe à 700 nm. Elle est présente au niveau du photosystème I (PSI).
Comme dit précédemment, le principe de la phase claire est de capter l’énergie lumineuse des photons et de la transmettre, via des électrons chargées de cette énergie, à une chaîne d’accepteur d’électrons (molécules ayant des potentiels d’oxydoréduction variables) ; on parle de phas