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La photosynthèse

La photosynthèse

La photosynthèse est un processus chimique qui convertit le dioxyde de carbone en composés organiques, en particulier en utilisant l' énergie solaire. Cette fonction chlorophylle convertit la matière inorganique en matière organique grâce à l'énergie fournie par la lumière.

La photosynthèse se produit dans les plantes, les algues et certains groupes de bactéries, mais pas dans les archées. Les organismes photosynthétiques sont appelés "photoautotrophes", mais tous les organismes qui utilisent la lumière comme source d'énergie n'effectuent pas de photosynthèse, car les "photohétérotrophes" utilisent des composés organiques, et non du dioxyde de carbone, comme source de carbone.

Dans les plantes, les algues et les cyanobactéries, la photosynthèse utilise du dioxyde de carbone et de l'eau, libérant de l'oxygène comme déchet. la photosynthèse est d'une importance cruciale pour la vie sur Terre, car en plus de maintenir le niveau normal d'oxygène dans l'atmosphère, presque toutes les formes de vie dépendent directement comme source d'énergie, ou indirectement comme source ultime d'énergie dans leur nourriture. .

La quantité d'énergie capturée par la photosynthèse est immense, environ 100 térawatts - soit environ six fois l'énergie consommée chaque année par la civilisation humaine. Au total, les organismes photosynthétiques convertissent environ 100 milliards de tonnes de carbone en biomasse chaque année.

On ne sait pas quand les premiers organismes capables de mettre en œuvre la photosynthèse sont apparus sur Terre, mais la présence de formations striées dans certaines roches en raison de la présence d'oxyde suggère que les cycles saisonniers d'oxygène dans l'atmosphère terrestre, un symptôme de la photosynthèse, ils sont apparus il y a environ 3,5 milliards d'années à Archeano.

Quelle influence la photosynthèse a-t-elle sur le changement climatique?

La photosynthèse permet de réduire de manière naturelle la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère atmosphérique. Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre. La présence d'une concentration trop élevée de ce type de gaz dans l'atmosphère empêche la chaleur de s'échapper vers l'extérieur.

Lorsque les rayons du soleil pénètrent dans l'atmosphère, une partie d'entre eux chauffe la planète et une partie rebondit dans l'espace. Une partie de ce rayonnement rebondi rebondit contre les gaz à effet de serre et ne peut pas sortir. Certains de ces gaz se produisent naturellement, comme les nuages; mais d'autres sont générés artificiellement. La combustion de combustibles fossiles, par exemple, génère des gaz de ce type.

D'autre part, en particulier dans les grandes zones forestières, les plantes n'arrêtent pas d'absorber ce dioxyde de carbone supplémentaire. Pour cette raison, la photosynthèse est un processus naturel qui contribue à ne pas aggraver le problème du changement climatique grâce à l' énergie solaire.

Quelle est la réaction chimique de la photosynthèse?

Lors de la photosynthèse, avec la médiation de la chlorophylle, le rayonnement solaire convertira six molécules de CO 2 et six molécules H 2 O en une molécule de glucose (C 6 H 12 O 6 ), un sucre essentiel à la vie de la plante. En tant que sous-produit de la réaction, six molécules d'oxygène sont produites, que la plante libère dans l'atmosphère par les stomates de la feuille.

6 CO 2 + 6 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

La photosynthèseLa photosynthèse de la chlorophylle est le principal processus de production de composés organiques à partir de substances inorganiques clairement dominantes sur Terre. De plus, la photosynthèse est le seul processus biologiquement important capable de collecter l' énergie solaire, dont la vie sur Terre dépend essentiellement.

Quelles sont les phases de la photosynthèse?

La photosynthèse de la chlorophylle, également appelée photosynthèse de l'oxygène en raison de la production d'oxygène sous forme moléculaire, s'effectue en plusieurs étapes en deux phases:

  • La phase dépendante de la lumière (ou phase lumineuse), dépendante de la lumière;
  • La phase de fixation du carbone dont fait partie le cycle de Calvin.

Phase lumineuse

La phase lumineuse ou réaction dépendante de la lumière est l'étape de la photosynthèse au cours de laquelle l' énergie solaire est convertie en énergie chimique. La lumière est absorbée par la chlorophylle et d'autres pigments photosynthétiques tels que le carotène et est utilisée pour fragmenter l'eau, donc l'oxygène est produit comme déchet.

Le processus de photosynthèse se déroule au sein des chloroplastes. À l'intérieur de ceux-ci, il existe un système de membranes qui forment des tas de sacs aplatis (thylakoïdes), appelés grains, et à partir des grains des bandes de connexion (lamelles intergraniches). Dans ces membranes, nous trouvons des molécules de chlorophylle. Les molécules de chlorophylle sont additionnées pour former des soi-disant photosystèmes. Le photosystème I et le photosystème II peuvent être distingués.

Les photosystèmes sont un ensemble de molécules de pigment disposées pour entourer une molécule spéciale de «piège» de chlorophylle. L'énergie du photon passe de molécule en molécule jusqu'à ce que la chlorophylle spéciale soit atteinte. Dans le photosystème I, la molécule piège est excitée par une longueur d'onde de 700 nm, dans le photosystème II de 680 nm.

Le photosystème I est formé par un LHC (complexe qui capture la lumière) est composé d'environ 70 molécules de chlorophylle a et b, et de 13 types différents de chaînes polypeptidiques, et d'un centre de réaction qui comprend environ 130 molécules de chlorophylle pour ledit P 700 , un type particulier de chlorophylle qui a l'absorption lumineuse maximale à 700 nm.

La photosynthèseLe photosystème II se compose également d'un LHC, composé d'environ 200 molécules de chlorophylle dans yb, ainsi que de différentes chaînes polypeptidiques, et d'un centre de réaction qui est formé d'environ 50 molécules de chlorophylle dans ledit P 680, qui Il a l'absorption maximale de la lumière du soleil à 680 nm.

Toutes ces molécules sont capables de capter l'énergie du rayonnement solaire. Cependant, seuls ceux qui ont de la chlorophylle sont capables de passer à un état excité qui active la réaction photosynthétique. Les molécules qui n'ont que la fonction d'absorption sont appelées molécules d'antenne; ceux qui activent le processus photosynthétique sont appelés centres de réaction.

La "phase légère" est dominée par la chlorophylle a. Les molécules de chlorophylle absorbent sélectivement la lumière dans les parties rouge et bleu-violet du spectre visible, à travers une série d'autres pigments adjuvants. L'énergie capturée par les molécules de chlorophylle permet la promotion des électrons des orbitales atomiques de basse énergie vers les orbitales de plus haute énergie.

Ceux - ci sont immédiatement remplacés par clivage de molécules d'eau (qui, par H 2 O, est divisé en deux protons, deux électrons et un atome d' oxygène par photolyse, exploité par la photosynthèse oxygéné OEC associée à photosystème II).

Les électrons libérés par la photosynthèse de la chlorophylle II sont acheminés vers une chaîne de transport constituée de cytochrome B6f, au cours de laquelle ils perdent de l'énergie et se déplacent vers un niveau d'énergie inférieur. L'énergie perdue est utilisée pour pomper les protons du stroma dans l'espace thylacoïde, créant un gradient de protons.

Finalement, les électrons atteignent le système photo I. Le système photo I, à son tour, a perdu d'autres électrons à cause de la lumière. Les électrons perdus par le photosystème I sont transférés à la ferrédoxine, ce qui réduit le NADP + en NADPH. Grâce à la protéine membranaire ATP synthase située dans la membrane thylakoïde, les ions H + libérés par le passage de l'eau d'hydrolyse de l'espace vers les thylakoïdes stromaux, c'est-à-dire vers un gradient, synthétisent l'ATP à partir de groupes sans phosphate ni ADP. Une molécule d'ATP peut être formée tous les deux électrons perdus par les photosystèmes.

Plusieurs études ont montré que la plante pousse plus avec le rayonnement solaire diffus qu'avec la lumière directe, avec la même puissance de lumière entrante. Une étude souligne cependant la pertinence d'autres conditions qui modifient la croissance des plantes qui varient avec la lumière, comme l'humidité et la température; la lumière directe entraîne en fait une augmentation de la température qui fait que plus d'eau s'évapore de la plante.

Phase de fixation du carbone ou cycle de Calvin

La phase de fixation du carbone ou cycle de Calvin (également appelée phase sombre ou phase indépendante de la lumière) implique l'organisation du CO 2 . Son incorporation dans des composés organiques et la réduction du composé obtenu grâce à l'ATP dérivé de la phase légère.

Le cycle de Calvin utilise l'énergie de porteurs électroniques à courte durée de vie pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en composés organiques pouvant être utilisés par le corps. Cet ensemble de réactions est également appelé fixation du carbone. L'enzyme clé du cycle s'appelle RuBisCO.

Les enzymes du cycle de Calvin sont fonctionnellement équivalentes à la plupart des enzymes utilisées dans d'autres voies métaboliques telles que la gluconéogenèse et la voie du pentose phosphate. Cependant, les enzymes du cycle de Calvin se trouvent dans le stroma du chloroplaste plutôt que dans le cytosol cellulaire, séparant les réactions.

Ces enzymes sont activées à la lumière, ainsi que par des produits de la réaction dépendante de la lumière. Ces fonctions de régulation empêchent le cycle de Calvin de respirer du dioxyde de carbone. De l'énergie (sous forme d'ATP) serait gaspillée pour réaliser ces réactions qui n'ont pas de productivité nette.

Quels facteurs influencent le processus?

Les facteurs externes les plus importants impliqués dans la performance de la photosynthèse sont:

  • Température: Chaque espèce végétale a une plage de températures dans laquelle elle se sent le plus à l'aise. Dans cette plage, l'efficacité du procédé varie en conséquence d'une augmentation de la mobilité des molécules.
  • Concentration de dioxyde de carbone: les performances photosynthétiques augmentent proportionnellement à la concentration de dioxyde de carbone dans l'air dans des conditions de rayonnement lumineux constant.
  • Concentration en oxygène: plus la concentration en oxygène dans l'air est élevée, plus les performances photosynthétiques sont faibles. Cette variation est due aux processus de photorespiration.
  • Intensité lumineuse: plus l'intensité lumineuse est élevée, plus les performances sont élevées, jusqu'à dépasser certaines limites. Une fois ces limites dépassées, une photo-oxydation irréversible des pigments photosynthétiques se produit.
  • Le temps d'éclairage: il existe des espèces qui ont une production photosynthétique plus élevée plus le nombre d'heures de lumière est élevé.
  • Pénurie d'eau: en l'absence d'eau au sol et de vapeur d'eau dans l'air, les performances photosynthétiques diminuent. Si la plante détecte un manque d'eau, elle ferme les stomates pour éviter qu'elles ne se dessèchent. La contrepartie est que ce système d'autoprotection empêche l'entrée de dioxyde de carbone. De plus, l'augmentation de la concentration d'oxygène interne déclenche la photorespiration.
  • La couleur de la lumière: en fonction du chlore de la lumière et des caractéristiques de l'espèce, la conversion photosynthétique est différente.
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Date de publication : 24 août 2018
Dernier examen : 15 mars 2020