Composants de la photosynthèse

Contenu

• Composants de la photosynthèse
• Résumé de la photosynthèse
• Comment les feuilles soutiennent la photosynthèse
• Les chloroplastes: usines de photosynthèse
• Que sont les thylakoïdes?
• Les réactions de la lumière: la lumière atteint la membrane thylakoïde
• Les réactions de la lumière: transport d'électrons
• Les réactions de la lumière: photophosphorylation
• The Dark Reaction: la fixation du carbone

Les plantes sont sans aucun doute les êtres vivants préférés de l’humanité en dehors du règne animal. Outre la capacité des plantes à nourrir les peuples du monde - sans fruits, légumes, noix et céréales, il est peu probable que vous ou cet article existiez - les plantes sont vénérées pour leur beauté et leur rôle dans toutes les cérémonies humaines. Le fait qu’ils parviennent à faire cela sans pouvoir se déplacer ou manger est vraiment remarquable.

En fait, les plantes utilisent la même molécule de base que toutes les formes de vie pour se développer, survivre et se reproduire: le petit glucide en forme de cycle à six carbones glucose. Mais au lieu de manger des sources de ce sucre, ils le font plutôt. Comment est-ce possible, et pourquoi, étant donné que c’est le cas, pourquoi les humains et les autres animaux ne font-ils tout simplement pas la même chose et se épargnent-ils la peine de chercher, de rassembler, de stocker et de consommer des aliments?

La réponse est photosynthèse, la série de réactions chimiques dans lesquelles les cellules végétales utilisent l’énergie du soleil pour fabriquer du glucose. Les plantes utilisent ensuite une partie du glucose pour leurs propres besoins, le reste restant disponible pour d'autres organismes.

Composants de la photosynthèse

Les étudiants astucieux pourraient rapidement poser la question suivante: "Pendant la photosynthèse chez les plantes, quelle est la source de carbone dans la molécule de sucre produite par la plante?" Vous n'avez pas besoin d'un diplôme en sciences pour supposer que "l'énergie du soleil" est constituée de lumière et que la lumière ne contient aucun des éléments qui composent les molécules les plus souvent trouvées dans les systèmes vivants. (La lumière consiste en des photons, qui sont des particules sans masse qui ne figurent pas dans le tableau périodique des éléments.)

Le moyen le plus simple de présenter les différentes parties de la photosynthèse consiste à commencer par la formule chimique qui résume l’ensemble du processus.

6 h₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

Ainsi, les matières premières de la photosynthèse sont de l’eau (H₂O) et le dioxyde de carbone (CO₂), qui sont tous deux abondants au sol et dans l’atmosphère, tandis que les produits sont du glucose (C₆H₁₂O₆) et d'oxygène gazeux (O₂).

Résumé de la photosynthèse

Une récapitulation schématique du processus de photosynthèse, dont les composants sont décrits en détail dans les sections suivantes, est la suivante. (Pour l'instant, ne vous inquiétez pas des abréviations avec lesquelles vous n'êtes peut-être pas familiers.)

Les quatre premières étapes sont appelées réactions de lumière ou réactions dépendant de la lumière, car elles dépendent absolument de la lumière du soleil pour fonctionner. Le cycle de Calvin, en revanche, est appelé le réaction sombre, également connu sous le nom de réactions indépendantes de la lumière. Bien que, comme son nom l'indique, la réaction sombre puisse fonctionner sans source de lumière, elle repose sur les produits créés dans les réactions dépendantes de la lumière.

Comment les feuilles soutiennent la photosynthèse

Si vous avez déjà consulté un diagramme représentant une coupe transversale de la peau humaine (c'est-à-dire, à quoi cela ressemblerait-il si vous pouviez le regarder de la surface au tissu où la peau se trouve dessous), aurait pu noter que la peau comprend des couches distinctes. Ces couches contiennent différents composants à différentes concentrations, tels que les glandes sudoripares et les follicules pileux.

L'anatomie d'une feuille est arrangée de la même façon, sauf que les feuilles font face au monde extérieur deux côtés. En partant du haut de la feuille (considérée comme celle qui fait face le plus souvent à la lumière) vers le dessous, les couches comprennent le cuticule, une couche protectrice fine et cireuse; le épiderme supérieur; le mésophylle; le épiderme inférieur; et une deuxième couche de cuticule.

Le mésophylle lui-même comprend une partie supérieure palissade couche, avec des cellules disposées dans des colonnes ordonnées, et un inférieur spongieux couche, qui a moins de cellules et un plus grand espacement entre elles. La photosynthèse a lieu dans le mésophylle, ce qui a du sens car c'est la couche la plus superficielle d'une feuille de toute substance et la plus proche de toute lumière frappant la surface des feuilles.

Les chloroplastes: usines de photosynthèse

Les organismes qui doivent se nourrir de molécules organiques présentes dans leur environnement (c'est-à-dire de substances appelées "nourriture" par l'homme) sont appelés hétérotrophes. Les plantes, en revanche, sont autotrophes en ce sens qu'ils construisent ces molécules à l'intérieur de leurs cellules et utilisent ensuite ce dont ils ont besoin avant que le reste du carbone associé ne soit renvoyé à l'écosystème lorsque la plante meurt ou est mangée.

La photosynthèse se produit dans les organites ("organes minuscules") des cellules végétales appelées chloroplastes. Les organelles, qui ne sont présentes que dans les cellules eucaryotes, sont entourées d'une double membrane plasmique structurellement similaire à celle entourant la cellule dans son ensemble (habituellement appelée membrane cellulaire).

Les unités fonctionnelles de la photosynthèse sont les thylakoïdes. Ces structures apparaissent à la fois dans les procaryotes photosynthétiques, tels que les cyanobactéries (algues bleu-vert) et les plantes. Mais comme seuls les eucaryotes possèdent des organites liées à la membrane, les thylakoïdes des procaryotes restent libres dans le cytoplasme cellulaire, tout comme l'ADN de ces organismes, en raison de l'absence de noyau chez les procaryotes.

Que sont les thylakoïdes?

Chez les plantes, la membrane thylacoïdienne est en fait continue avec la membrane du chloroplaste lui-même. Les thylakoïdes sont donc comme des organites au sein des organites. Ils sont disposés en piles rondes, comme des assiettes dans une armoire - des assiettes creuses. Ces piles s'appellent grana, et les intérieurs des thylakoïdes sont connectés dans un réseau labyrinthique de tubes. L’espace entre les thylakoïdes et la membrane interne des chloroplastes est appelé stroma.

Les thylakoïdes contiennent un pigment appelé chlorophylle, responsable de la couleur verte que la plupart des plantes présentent sous une forme ou une autre. Plus important que d'offrir à l'œil humain un aspect brillant, cependant, La chlorophylle est ce qui "capte" la lumière du soleil (ou, en l'occurrence, la lumière artificielle) dans le chloroplaste et, par conséquent, la substance qui permet à la photosynthèse de se dérouler en premier lieu.

Il existe en réalité plusieurs pigments différents contribuant à la photosynthèse, la chlorophylle A étant le principal. Outre les variantes de la chlorophylle, de nombreux autres pigments dans les thylakoïdes sont sensibles à la lumière, notamment les types rouge, brun et bleu. Ceux-ci peuvent relayer la lumière entrante à la chlorophylle A ou aider à empêcher la lumière d’endommager la cellule en leur servant de leurres.

Les réactions de la lumière: la lumière atteint la membrane thylakoïde

Lorsque la lumière du soleil ou l'énergie lumineuse d'une autre source atteint la membrane thylacoïdienne après avoir traversé la cuticule de la feuille, la paroi de la cellule végétale, les couches de la membrane cellulaire, les deux couches de la membrane chloroplastique et enfin le stroma, il rencontre une paire de complexes multi-protéines étroitement liés appelés photosystèmes.

Le complexe appelé Photosystem I diffère de son camarade Photosystem II en ce qu'il répond différemment à différentes longueurs d'onde de la lumière; de plus, les deux systèmes photos contiennent des versions légèrement différentes de la chlorophylle A. Le photosystème I contient un formulaire appelé P700, tandis que le photosystème II utilise un formulaire appelé P680. Ces complexes contiennent un complexe de collecte de lumière et un centre de réaction. Lorsque la lumière atteint ces molécules, elle déloge les électrons des molécules de la chlorophylle, qui passent à l'étape suivante des réactions lumineuses.

Rappelons que l’équation nette pour la photosynthèse inclut à la fois le CO₂ et H₂O comme entrées. Ces molécules passent librement dans les cellules de la plante en raison de leur petite taille et sont disponibles en tant que réactifs.

Les réactions de la lumière: transport d'électrons

Lorsque les électrons sont débarrassés des molécules de chlorophylle par la lumière incidente, ils doivent être remplacés d’une manière ou d’une autre. Cela se fait principalement par la scission de H₂O en oxygène gazeux (O₂) et des électrons libres. Le o₂ dans ce contexte, il s’agit d’un déchet (il est peut-être difficile pour la plupart des humains d’envisager l’oxygène nouvellement créé comme déchet, mais ce sont les aléas de la biochimie), alors que certains électrons s’infiltrent dans la chlorophylle sous forme d’hydrogène ( H).

Les électrons pénètrent dans la chaîne de molécules incluses dans la membrane thylakoïde vers l'accepteur d'électrons final, une molécule connue sous le nom de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP).⁺ ). Comprenez que "vers le bas" ne signifie pas verticalement vers le bas, mais dans le sens d'une énergie progressivement plus basse. Quand les électrons atteignent le NADP⁺, ces molécules se combinent pour créer la forme réduite du porteur d’électrons, le NADPH. Cette molécule est nécessaire pour la réaction ultérieure sombre.

Les réactions de la lumière: photophosphorylation

En même temps que le NADPH est généré dans le système décrit précédemment, un processus appelé photophosphorylation utilise l'énergie libérée d'autres électrons "tumbling" dans la membrane thylakoïde. La force motrice protonique se connecte molécules de phosphate inorganiqueou P_jeadénosine diphosphate (ADP) pour former de l’adénosine triphosphate (ATP).

Ce processus est analogue à celui de la respiration cellulaire appelé phosphorylation oxydative. En même temps que de l'ATP est généré dans les thylakoïdes dans le but de fabriquer du glucose dans l'obscurité, les mitochondries ailleurs dans les cellules végétales utilisent les produits de la dégradation de certains de ce glucose pour produire de l'ATP dans la respiration cellulaire pour le métabolisme final des plantes. Besoins.

The Dark Reaction: la fixation du carbone

Quand CO₂ pénètre dans les cellules végétales, il subit une série de réactions, tout d'abord ajouté à une molécule à cinq carbones pour créer un intermédiaire à six carbones se divisant rapidement en deux molécules à trois carbones. Pourquoi cette molécule à six carbones n'est-elle pas simplement transformée directement en glucose, également une molécule à six carbones? Alors que certaines de ces molécules à trois carbones sortent du processus et sont en fait utilisées pour synthétiser du glucose, d'autres molécules à trois carbones sont nécessaires pour maintenir le cycle en cours, car elles sont liées au CO entrant₂ pour fabriquer le composé à cinq carbones mentionné ci-dessus.

Le fait que la photosynthèse exploite l'énergie de la lumière pour piloter des processus indépendants de la lumière est logique étant donné le fait que le soleil se lève et se couche, ce qui oblige les plantes à «accumuler» des molécules pendant la journée pour pouvoir fabriquer leur nourriture pendant que le soleil est au-dessous de l'horizon.

Aux fins de la nomenclature, le cycle de Calvin, la réaction à l'obscurité et la fixation du carbone font tous référence à la même chose, à savoir la fabrication du glucose. Il est important de réaliser que sans un apport constant de lumière, la photosynthèse ne pourrait pas se produire. Les plantes peuvent prospérer dans des environnements où la lumière est toujours présente, comme dans une pièce où la lumière n’est jamais tamisée. Mais l'inverse n'est pas vrai: sans lumière, la photosynthèse est impossible.