LES photosynthèse est un processus photochimique qui consiste en la production d'énergie par la lumière du soleil et la fixation du carbone de l'atmosphère.
Il peut être résumé comme le processus de transformation de l'énergie lumineuse en énergie chimique. Le terme photosynthèse a pour sens synthèse par la lumière.
Processus de photosynthèse
La photosynthèse est un processus qui se déroule à l'intérieur de la cellule végétale, à partir du CO2 (dioxyde de carbone) et H2O (eau), comme moyen de produire du glucose.
Les plantes, les algues, les cyanobactéries et certaines bactéries effectuent la photosynthèse et sont appelées êtres chlorophylliens, car elles possèdent un pigment essentiel pour le processus, la chlorophylle.
La photosynthèse se produit dans les chloroplastes, un organite présent uniquement dans les cellules végétales, et où se trouve le pigment chlorophylle, responsable de la couleur verte des plantes.
Les pigments peuvent être définis comme tout type de substance capable d'absorber la lumière. La chlorophylle est le pigment le plus important des plantes pour l'absorption de l'énergie des photons lors de la photosynthèse. D'autres pigments participent également au processus, comme les caroténoïdes et les phycobilines.
La lumière solaire absorbée a deux fonctions de base dans le processus de photosynthèse :
- Boostez le transfert d'électrons grâce à des composés qui donnent et acceptent des électrons.
- Générer un gradient de protons nécessaire à la synthèse d'ATP (Adénosine Triphosphate - énergie).
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équation de la photosynthèse
En résumé, nous pouvons clarifier le processus de photosynthèse par la réaction suivante :
H2O et CO2 sont les substances nécessaires à la photosynthèse. Les molécules de chlorophylle absorbent la lumière du soleil et décomposent H2O, libérant O2 et l'hydrogène. L'hydrogène rejoint le CO2 et forme du glucose.
Ce processus aboutit à l'équation générale de la photosynthèse, qui représente une réaction d'oxydoréduction. H2O donne des électrons, comme l'hydrogène, pour réduire le CO2 pour former des glucides sous forme de glucose (C6H12O6).
Cependant, le processus photosynthétique est plus détaillé et se déroule en deux étapes, comme nous le verrons ci-dessous.
Étapes de la photosynthèse
La photosynthèse est divisée en deux étapes: la phase claire et la phase sombre.
phase lumineuse
La phase claire, photochimique ou lumineuse, comme son nom l'indique, sont des réactions qui se produisent uniquement en présence de lumière et se déroulent dans les lamelles des thylakoïdes du chloroplaste.
L'absorption de la lumière solaire et le transfert d'électrons s'effectuent à travers des photosystèmes, qui sont des ensembles de des protéines, des pigments et des transporteurs d'électrons, qui forment une structure dans les membranes thylakoïdes de la chloroplaste.
Il existe deux types de photosystèmes, chacun avec environ 300 molécules de chlorophylle :
- Photosystème I: Contient un centre réactionnel P700 et absorbe préférentiellement la lumière d'une longueur d'onde de 700 nm.
- Photosystème II: Contient un centre réactionnel P680 et absorbe la lumière de préférence de longueur d'onde à 680 nm.
Les deux photosystèmes sont liés par une chaîne de transport d'électrons et agissent indépendamment mais complémentaires.
Deux processus importants ont lieu à ce stade: la photophosphorylation et la photolyse de l'eau.
Photophosphorylation
La photophosphorylation est essentiellement l'ajout d'un P (phosphore) à l'ADP (adénosine diphosphate), entraînant la formation d'ATP.
Au moment où un photon de lumière est capturé par les molécules d'antenne des photosystèmes, son énergie est transférée aux centres de réaction, où se trouve la chlorophylle. Lorsque le photon frappe la chlorophylle, il devient énergisé et libère des électrons qui sont passés par différents accepteurs et se sont formés, avec H2O, ATP et NADPH.
La photophosphorylation peut être de deux types :
- photophosphorylation acyclique: Les électrons qui ont été libérés par la chlorophylle ne retournent pas vers elle, mais vers l'autre photosystème. Produit de l'ATP et du NADPH.
- Photophosphorylation cyclique: Les électrons retournent à la même chlorophylle qui les a libérés. Formulaire uniquement ATP.
photolyse de l'eau
La photolyse de l'eau consiste en la décomposition de la molécule d'eau par l'énergie du soleil. Les électrons libérés dans le processus sont utilisés pour remplacer les électrons perdus par la chlorophylle dans le photosystème II et pour produire l'oxygène que nous respirons.
L'équation générale de la photolyse ou de la réaction de Hill est décrite comme suit :
Ainsi, la molécule d'eau est le donneur d'électrons ultime. L'ATP et le NADPH formés seront utilisés pour la synthèse des glucides à partir du CO2. Cependant, cela se produira à l'étape suivante, la phase sombre.
phase sombre
La phase sombre, le cycle des pentoses ou le cycle de Calvin peuvent se produire en l'absence et en présence de lumière et se produisent dans le stroma chloroplastique. Au cours de cette phase, le glucose sera formé à partir de CO2. Ainsi, alors que la phase claire fournit de l'énergie, dans la phase sombre, la fixation du carbone a lieu.
Découvrez un résumé de la façon dont le cycle de Calvin se produit :
1. Fixation du carbone
- A chaque tour du cycle, une molécule de CO2 est ajouté. Cependant, il faut six tours complets pour produire deux molécules de glycéraldéhyde 3-phosphate et une molécule de glucose.
- Six molécules de ribulose diphosphate (RuDP), à cinq carbones, se lient à six molécules de CO2, produisant 12 molécules d'acide phosphoglycérique (PGA), à trois carbones.
2. Production de composés organiques
- Les 12 molécules d'acide phosphoglycérique (PGAL) sont réduites à 12 molécules d'aldéhyde phosphoglycérique.
3. Régénération du diphosphate ribulose
- Sur les 12 molécules d'aldéhyde phosphoglycérique, 10 se combinent pour former 6 molécules de RuDP.
- Les deux molécules d'aldéhyde phosphoglycérique restantes servent à initier la synthèse d'amidon et d'autres composants cellulaires.
Le glucose produit à la fin de la photosynthèse est décomposé et l'énergie libérée permet le métabolisme cellulaire. Le processus de dégradation du glucose est le respiration cellulaire.
Importance de la photosynthèse
La photosynthèse est le processus de base de la transformation de l'énergie dans la biosphère. Il soutient la base de la chaîne alimentaire, dans laquelle l'alimentation des substances organiques fournies par les plantes vertes produira de la nourriture pour les êtres hétérotrophes.
Ainsi, la photosynthèse a son importance basée sur trois facteurs principaux :
- Favorise la capture du CO2 atmosphérique;
- Effectue le renouvellement de l'O2 atmosphérique;
- Il entraîne le flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes.
Photosynthèse et chimiosynthèse
Contrairement à la photosynthèse qui nécessite la lumière pour se produire, chimiosynthèse se passe en l'absence de lumière. Elle consiste en la production de matière organique à partir de substances minérales.
Il s'agit essentiellement d'un processus en deux étapes effectué uniquement par des bactéries autotrophes pour obtenir de l'énergie. Dans la première étape, les substances inorganiques sont oxydées et, dans la deuxième étape, le dioxyde de carbone subit une réduction, conduisant à la production de composés organiques.
1ère étape: Composé Inorganique + O2 → Composés Inorganiques Oxydés + Énergie Chimique
2ème étape: CO2 + H2O + Énergie chimique → Composés organiques + O2
En savoir plus, lire aussi :
- cycle du carbone
- cycle de l'oxygène
- Botanique: l'étude des plantes
