Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- La photosynthèse: nécessaire à toute vie
- La photosynthèse prend place dans les feuilles
- L'énergie du soleil: étapes de la photosynthèse
- Chlorophylle, absorption de lumière et création d'énergie
- La photosynthèse et la respiration cellulaire
- Réchauffement climatique et réaction de photosynthèse
Le processus de photosynthèse, dans lequel les plantes et les arbres transforment la lumière du soleil en énergie nutritionnelle, peut sembler au premier abord magique, mais directement et indirectement, ce processus soutient le monde entier. Lorsque les plantes vertes attirent la lumière, leurs feuilles captent l'énergie du soleil en utilisant des produits chimiques absorbant la lumière ou des pigments spéciaux pour fabriquer des aliments à partir de dioxyde de carbone et d'eau extraites de l'atmosphère. Ce processus libère dans l’atmosphère de l’oxygène, un composant de l’air nécessaire à tous les organismes respirants.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Une équation simple pour la photosynthèse est le dioxyde de carbone + eau + énergie lumineuse = glucose + oxygène. Lorsque les entités du règne végétal consomment du dioxyde de carbone lors de la photosynthèse, elles libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère pour permettre aux gens de respirer. Les arbres et les plantes vertes (sur terre et dans la mer) sont les principaux responsables de l'oxygène dans l'atmosphère. Sans eux, les animaux et les humains, ainsi que d'autres formes de vie, pourraient ne pas exister comme aujourd'hui.
La photosynthèse: nécessaire à toute vie
Les plantes vertes et en croissance sont nécessaires à toute vie sur la planète, non seulement en tant que nourriture pour les herbivores et les omnivores, mais aussi pour la respiration de l'oxygène. Le processus de photosynthèse est le principal moyen par lequel l'oxygène pénètre dans l'atmosphère. C'est le seul moyen biologique sur la planète qui capte l'énergie lumineuse du soleil, la transformant en sucres et en hydrates de carbone qui fournissent des nutriments aux plantes tout en libérant de l'oxygène.
Pensez-y: les plantes et les arbres peuvent essentiellement tirer de l’énergie qui commence dans les confins de l’espace, sous forme de lumière solaire, la transformer en nourriture et, dans le même temps, libérer l’air nécessaire au développement des organismes. On pourrait dire que tous les arbres et plantes produisant de l'oxygène entretiennent une relation symbiotique avec tous les organismes respirant de l'oxygène. Les humains et les animaux fournissent du dioxyde de carbone aux plantes, et ils fournissent de l'oxygène en retour. Les biologistes appellent cela une relation symbiotique mutualiste car toutes les parties en bénéficient.
Dans le système de classification linnéen, la catégorisation et le classement de tous les êtres vivants, plantes, algues et un type de bactérie appelé cyanobactérie sont les seules entités vivantes qui produisent des aliments à partir de la lumière du soleil. L'argument en faveur de l'abattage des forêts et de la suppression des plantes au service du développement semble contre-productif s'il ne reste plus d'êtres humains dans ces développements, car il ne reste ni plantes ni arbres pour produire de l'oxygène.
La photosynthèse prend place dans les feuilles
Les plantes et les arbres sont des autotrophes, des organismes vivants qui fabriquent leur propre nourriture. Parce qu'ils utilisent l'énergie lumineuse du soleil, les biologistes les appellent des photoautotrophes. La plupart des plantes et des arbres de la planète sont des photoautotrophes.
La conversion de la lumière solaire en nourriture a lieu au niveau cellulaire dans les feuilles des plantes dans un organite trouvé dans les cellules de la plante, une structure appelée chloroplaste. Alors que les feuilles se composent de plusieurs couches, la photosynthèse se produit dans le mésophylle, la couche intermédiaire. Les stomates contrôlés par de petites micro-ouvertures sur la face inférieure des feuilles contrôlent le flux de dioxyde de carbone et d'oxygène entrant et sortant de la plante, contrôlant ainsi les échanges gazeux et le bilan hydrique de la plante.
Les stomates existent au bas des feuilles, à l’écart du soleil, pour minimiser les pertes d’eau. De petites cellules de garde entourant les stomates contrôlent l'ouverture et la fermeture de ces ouvertures en forme de bouche en gonflant ou en diminuant en fonction de la quantité d'eau dans l'atmosphère. Lorsque les stomates se ferment, la photosynthèse ne peut pas se produire, car la plante ne peut pas absorber de dioxyde de carbone. Cela provoque une baisse des niveaux de dioxyde de carbone dans l'usine. Lorsque le jour devient trop chaud et sec, le stroma se ferme pour conserver l'humidité.
En tant qu'organites ou structures au niveau cellulaire dans les feuilles des plantes, les chloroplastes sont entourés d'une membrane interne et externe. À l'intérieur de ces membranes se trouvent des structures en forme de plateau appelées thylakoïdes. La membrane thylacoïdienne est l'endroit où la plante et les arbres stockent la chlorophylle, le pigment vert responsable de l'absorption de l'énergie lumineuse du soleil. C'est là que se produisent les premières réactions dépendant de la lumière, au cours desquelles de nombreuses protéines composent la chaîne de transport pour acheminer l'énergie tirée du soleil vers l'endroit où elle doit aller dans la plante.
L'énergie du soleil: étapes de la photosynthèse
Le processus de photosynthèse est un processus en deux étapes et en plusieurs étapes. La première étape de la photosynthèse commence par la Réactions lumineuses, également connu sous le nom de Processus dépendant de la lumière et nécessite de l'énergie lumineuse du soleil. La deuxième étape, la Réaction sombre stade, également appelé le Cycle de calvin, est le processus par lequel l’usine fabrique du sucre avec l’aide de NADPH et d’ATP à partir du stade de réaction légère.
le Réaction légère La phase de photosynthèse comprend les étapes suivantes:
Tout cela se passe au niveau cellulaire à l'intérieur des plantes thylakoïdes, des sacs individuels aplatis, disposés en grana ou des piles à l'intérieur des chloroplastes de la plante ou des cellules de l'arbre.
le Cycle de calvin, Melvin Calvin (1911-1997), biochimiste de Berkeley, récipiendaire du prix Nobel de chimie de 1961 pour la découverte du stade Dark Reaction, est le processus par lequel la plante produit du sucre à l'aide du NADPH et de l'ATP à partir du stade de réaction lumineuse. Au cours du cycle de Calvin, les étapes suivantes ont lieu:
Chlorophylle, absorption de lumière et création d'énergie
Deux systèmes de capture de la lumière sont incorporés dans la membrane thylacoïdienne: le photosystème I et le photosystème II, composés de multiples protéines ressemblant à des antennes. C'est à cet endroit que les plantes partent transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique. Le photosystème I fournit une réserve de porteurs d'électrons à faible énergie tandis que l'autre fournit les molécules sous tension à l'endroit où ils doivent aller.
La chlorophylle est le pigment absorbant la lumière, à l'intérieur des feuilles des plantes et des arbres, qui commence le processus de photosynthèse. En tant que pigment organique au sein du thylacoïde chloroplastique, la chlorophylle n’absorbe de l’énergie que dans une bande étroite du spectre électromagnétique produit par le soleil dans la plage de longueurs d’onde de 700 nanomètres (nm) à 400 nm. Appelé la bande de rayonnement photosynthétiquement active, le vert se situe au milieu du spectre de la lumière visible, séparant les rouges, jaunes et oranges de faible énergie, mais de longueur plus longue de la haute énergie, de longueur d'onde plus courte, de bleu, d'indigo et de violette.
Comme les chlorophylles absorbent un seul photon ou distinct paquet d'énergie lumineuse, il provoque l'excitation de ces molécules. Une fois que la molécule végétale est excitée, les autres étapes du processus impliquent l'introduction de cette molécule excitée dans le système de transport d'énergie via le vecteur d'énergie appelé nicotinamide adénine dinucléotide phosphate ou NADPH, en vue de son administration au deuxième stade de la photosynthèse, la phase de réaction sombre. ou le cycle de Calvin.
Après avoir entré le chaîne de transport d'électrons, le procédé extrait les ions hydrogène de l’eau absorbée et les achemine vers l’intérieur du thylakoïde, où ces ions hydrogènes s’accumulent. Les ions traversent une membrane semi-poreuse du côté stromal à la lumière thylacoïdienne, perdant une partie de l'énergie du processus, alors qu'ils se déplacent à travers les protéines existant entre les deux systèmes photosensémiques. Les ions hydrogène se rassemblent dans la lumière thylacoïdienne où ils attendent d'être réactivés avant de participer au processus de fabrication de l'adénosine triphosphate ou ATP, la monnaie énergétique de la cellule.
Les protéines de l’antenne du photosystème 1 absorbent un autre photon qu’il transmet au centre de réaction PS1 appelé P700. Un centre oxydé, le P700, contient un électron à haute énergie en adénine dinucléotide phosphate de nicotine-amide ou NADP + et le réduit pour former du NADPH et de l’ATP. C’est là que la cellule végétale convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique.
Le chloroplaste coordonne les deux étapes de la photosynthèse pour utiliser l’énergie lumineuse pour fabriquer du sucre. Les thylakoïdes à l'intérieur du chloroplaste représentent les sites des réactions de lumière, tandis que le cycle de Calvin se produit dans le stroma.
La photosynthèse et la respiration cellulaire
La respiration cellulaire, liée au processus de photosynthèse, se produit dans la cellule de la plante lorsqu'elle absorbe de l'énergie lumineuse, la transforme en énergie chimique et libère de l'oxygène dans l'atmosphère. La respiration se produit dans la cellule végétale lorsque les sucres produits au cours du processus de photosynthèse se combinent à l'oxygène pour produire de l'énergie pour la cellule, formant ainsi du dioxyde de carbone et de l'eau en tant que sous-produits de la respiration. Une équation simple pour la respiration est opposée à celle de la photosynthèse: glucose + oxygène = énergie + dioxyde de carbone + énergie lumineuse.
La respiration cellulaire se produit dans toutes les cellules vivantes de la plante, non seulement dans les feuilles, mais aussi dans les racines de la plante ou de l'arbre. Étant donné que la respiration cellulaire n'a pas besoin d'énergie lumineuse, elle peut survenir le jour ou la nuit. Toutefois, les plantes trop arrosées dans des sols mal drainés posent un problème de respiration cellulaire, car les plantes inondées ne peuvent pas absorber suffisamment d'oxygène par leurs racines et transformer le glucose pour soutenir les processus métaboliques des cellules. Si la plante reçoit trop d'eau pendant trop longtemps, ses racines peuvent être privées d'oxygène, ce qui peut essentiellement arrêter la respiration cellulaire et tuer la plante.
Réchauffement climatique et réaction de photosynthèse
Le professeur Elliott Campbell de l'Université de Californie à Merced et son équipe de chercheurs ont noté dans un article publié en avril 2017 dans "Nature", une revue scientifique internationale, que le processus de photosynthèse avait considérablement augmenté au cours du XXe siècle. L’équipe de recherche a découvert un record mondial du processus photosynthétique chevauchant deux cents ans.
Cela les a amenés à conclure que le total de la photosynthèse de toutes les plantes de la planète avait augmenté de 30% au cours de leurs années de recherche. Bien que la recherche n'ait pas spécifiquement identifié la cause d'une hausse du processus de photosynthèse à l'échelle mondiale, les modèles informatiques des équipes suggèrent plusieurs processus qui, une fois combinés, pourraient entraîner une augmentation aussi importante de la croissance mondiale des plantes.
Les modèles ont montré que les principales causes d'augmentation de la photosynthèse incluent l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (principalement due aux activités humaines), des saisons de croissance plus longues en raison du réchauffement planétaire dû à ces émissions et de la pollution accrue de l'azote due à l'agriculture de masse et à la combustion de combustibles fossiles. Les activités humaines ayant conduit à ces résultats ont des effets à la fois positifs et négatifs sur la planète.
Le professeur Campbell a noté que l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone stimule la production végétale, mais également la croissance des mauvaises herbes indésirables et des espèces envahissantes. Il a noté que l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone était directement responsable du changement climatique, entraînant davantage d'inondations le long des zones côtières, des conditions climatiques extrêmes et une augmentation de l'acidification des océans, qui ont tous des effets aggravants à l'échelle mondiale.
La photosynthèse a certes augmenté au cours du 20ème siècle, mais elle a également amené les plantes à stocker plus de carbone dans les écosystèmes du monde entier, devenant ainsi des sources de carbone au lieu de puits de carbone. Même avec l'augmentation de la photosynthèse, l'augmentation ne peut pas compenser la combustion de combustibles fossiles, car davantage d'émissions de dioxyde de carbone résultant de la combustion de combustibles fossiles ont tendance à submerger la capacité des installations d'absorber du CO2.
Les chercheurs ont analysé les données sur la neige antarctique recueillies par l'Administration nationale des océans et de l'atmosphère pour développer leurs résultats. En étudiant le gaz stocké dans les échantillons de glace, les chercheurs ont examiné les atmosphères globales du passé.