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Notions de base sur la photosynthèse - Guide d'étude

Notions de base sur la photosynthèse - Guide d'étude

En savoir plus sur la photosynthèse étape par étape avec ce guide d'étude rapide. Commencez par les bases:

Examen rapide des concepts clés de la photosynthèse

  • Chez les plantes, la photosynthèse est utilisée pour convertir l'énergie lumineuse du soleil en énergie chimique (glucose). Le dioxyde de carbone, l'eau et la lumière sont utilisés pour produire du glucose et de l'oxygène.
  • La photosynthèse n'est pas une réaction chimique unique, mais plutôt un ensemble de réactions chimiques. La réaction globale est:
    6CO2 + 6h2O + lumière → C6H12O6 + 6O2
  • Les réactions de la photosynthèse peuvent être classées comme des réactions dépendantes de la lumière et des réactions sombres.
  • La chlorophylle est une molécule clé de la photosynthèse, à laquelle participent également d'autres pigments carténoïdes. Il existe quatre (4) types de chlorophylle: a, b, c et d. Bien que nous pensions normalement que les plantes possèdent de la chlorophylle et effectuent une photosynthèse, de nombreux micro-organismes utilisent cette molécule, y compris certaines cellules procaryotes. Dans les plantes, la chlorophylle se trouve dans une structure spéciale appelée chloroplaste.
  • Les réactions de photosynthèse ont lieu dans différentes zones du chloroplaste. Le chloroplaste a trois membranes (interne et externe, thylacoïde) et est divisé en trois compartiments (stroma, espace thylacoïdien, espace inter-membranaire). Des réactions sombres se produisent dans le stroma. Des réactions légères se produisent les membranes thylakoïdes.
  • Il existe plus d'une forme de photosynthèse. De plus, d’autres organismes convertissent l’énergie en aliments à l’aide de réactions non photosynthétiques (bactéries lithotropes et méthanogènes, par exemple).
    Produits de la photosynthèse

Les étapes de la photosynthèse

Voici un résumé des étapes utilisées par les plantes et d’autres organismes pour utiliser l’énergie solaire pour produire de l’énergie chimique:

  1. Chez les plantes, la photosynthèse se produit généralement dans les feuilles. C'est à cet endroit que les plantes peuvent obtenir les matières premières pour la photosynthèse en un seul endroit pratique. Le dioxyde de carbone et l'oxygène entrent / sortent des feuilles par des pores appelés stomates. L'eau est livrée aux feuilles par les racines à travers un système vasculaire. La chlorophylle dans les chloroplastes à l'intérieur des cellules des feuilles absorbe la lumière du soleil.
  2. Le processus de la photosynthèse est divisé en deux parties principales: les réactions dépendant de la lumière et les réactions indépendantes de la lumière ou sombres. La réaction dépendante de la lumière se produit lorsque l’énergie solaire est capturée pour former une molécule appelée ATP (adénosine triphosphate). La réaction sombre se produit lorsque l’ATP est utilisé pour fabriquer du glucose (cycle de Calvin).
  3. La chlorophylle et d'autres caroténoïdes forment ce qu'on appelle des complexes d'antennes. Les complexes d'antenne transfèrent l'énergie lumineuse à l'un des deux types de centres de réaction photochimique: P700, qui fait partie du photosystème I, ou P680, qui fait partie du photosystème II. Les centres de réaction photochimiques sont situés sur la membrane thylacoïdienne du chloroplaste. Les électrons excités sont transférés aux accepteurs d'électrons, laissant le centre de réaction dans un état oxydé.
  4. Les réactions indépendantes de la lumière produisent des glucides en utilisant de l'ATP et du NADPH formés à partir des réactions dépendantes de la lumière.

Photosynthèse Réactions à la lumière

Toutes les longueurs d'onde de la lumière ne sont pas absorbées pendant la photosynthèse. Le vert, la couleur de la plupart des plantes, est en réalité la couleur qui est reflétée. La lumière absorbée divise l'eau en hydrogène et oxygène:

H2O + énergie lumineuse → ½ O2 + 2H + + 2 électrons

  1. Electrons excités du Photosystem Je peux utiliser une chaîne de transport d'électrons pour réduire le P700 oxydé. Cela crée un gradient de proton pouvant générer de l'ATP. Le résultat final de ce flux d'électrons en boucle, appelé phosphorylation cyclique, est la génération d'ATP et de P700.
  2. Les électrons excités du Photosystem I pourraient circuler dans une chaîne de transport d'électrons différente pour produire le NADPH, qui est utilisé pour la synthèse d'hydrates de carbone. Il s'agit d'une voie non cyclique dans laquelle P700 est réduit par un électron exilé du Photosystème II.
  3. Un électron excité du Photosystem II s'écoule dans une chaîne de transport d'électrons du P680 excité à la forme oxydée du P700, créant un gradient de proton entre le stroma et les thylakoïdes générant l'ATP. Le résultat net de cette réaction est appelé photophosphorylation non cyclique.
  4. L'eau fournit l'électron nécessaire à la régénération du P680 réduit. La réduction de chaque molécule de NADP + en NADPH utilise deux électrons et nécessite quatre photons. Deux molécules d'ATP sont formées.

Photosynthèse des réactions sombres

Les réactions sombres ne nécessitent pas de lumière, mais elles ne les inhibent pas non plus. Pour la plupart des plantes, les réactions sombres se produisent pendant la journée. La réaction sombre se produit dans le stroma du chloroplaste. Cette réaction est appelée fixation du carbone ou cycle de Calvin. Dans cette réaction, le dioxyde de carbone est converti en sucre en utilisant de l'ATP et du NADPH. Le dioxyde de carbone est combiné à un sucre à 5 carbones pour former un sucre à 6 carbones. Le sucre à 6 carbones est divisé en deux molécules de sucre, le glucose et le fructose, qui peuvent être utilisées pour fabriquer du saccharose. La réaction nécessite 72 photons de lumière.

L'efficacité de la photosynthèse est limitée par des facteurs environnementaux, notamment la lumière, l'eau et le dioxyde de carbone. Par temps chaud ou sec, les plantes peuvent fermer leurs stomates pour conserver l'eau. Lorsque les stomates sont fermés, les plantes peuvent commencer la photorespiration. Les plantes appelées plantes C4 maintiennent des niveaux élevés de dioxyde de carbone dans les cellules qui produisent le glucose, afin d'éviter la photorespiration. Les plantes C4 produisent des glucides plus efficacement que les plantes C3 normales, à condition que le dioxyde de carbone soit limitant et que suffisamment de lumière soit disponible pour soutenir la réaction. À des températures modérées, les plantes sont surchargées en énergie pour que la stratégie C4 en vaille la peine (appelées 3 et 4 en raison du nombre de carbones dans la réaction intermédiaire). Les plantes C4 se développent bien dans des climats chauds et secs.

Voici quelques questions que vous pouvez vous poser pour vous aider à déterminer si vous comprenez vraiment les bases du fonctionnement de la photosynthèse.

  1. Définir la photosynthèse.
  2. Quels matériaux sont nécessaires pour la photosynthèse? Qu'est-ce qui est produit?
  3. Ecrire la réaction globale pour la photosynthèse.
  4. Décrivez ce qui se passe pendant la phosphorylation cyclique du photosystème I. Comment le transfert d'électrons conduit-il à la synthèse d'ATP?
  5. Décrivez les réactions de fixation du carbone ou du cycle de Calvin. Quelle enzyme catalyse la réaction? Quels sont les produits de la réaction?

Vous sentez-vous prêt à vous tester? Répondez au quiz sur la photosynthèse!