La Photosynthèse

Définition de la photosynthèse Ensemble de réactions physico-chimiques conduisant à la transformation de l’énergie lumineuse et du CO2 en énergie chimique sous forme de matière organique. La photosynthèse est réalisée par les organismes chlorophylliens qu’on nomme alors autotrophes. Ce sont également des producteurs primaires.

Lieu de la photosynthèse : la cellule végétale paroi pectocellulosique + membrane plasmique collée vacuole chloroplastes

Lieu de la photosynthèse : la cellule végétale chloroplaste Paroi végétale vacuole noyau cytoplasme

Lieu de la photosynthèse : Le chloroplaste enveloppe thylakoïdes stroma amidon granum

La photosynthèse se décompose en 2 étapes  La phase photochimique (aussi appelée phase claire ou phase lumineuse)  La phase d’incorporation du CO2(aussi appelée phase sombre)

Le soleil émet de l’énergie lumineuse sous forme de particules d’énergie nommées photons. Ceux-ci sont captés par les antennes collectrices des PS. L’énergie ainsi captée est transmise au centre réactionnel (chlorophylle a). CHAINE PHOTOSYNTHETIQUE DE TRANSPORT D’ELECTRONS 2 e- La chlorophylle a, excitée par l’énergie reçue, expulse 2 électrons. Elle se trouve alors dans un état instable. L’apport de 2 électrons permettront de retrouver la stabilité. PSI PSII La membrane des thylakoïdes contient de nombreux photosystèmes toujours associés par 2 (PSI et PSII). Chaque photosystème comprend : des antennes collectrices (composées de pigments accessoires tels le carotène, la chlorophylle b et le xanthophylle…)  un centre réactionnel (constitué de chlorophylle a). Les électrons sont pris en charge par des chaînes de transporteurs d’électrons. Le transport est assuré par des réactions d’oxydo-réduction dans le sens des potentiels redox croissants. 2 e- H2O Les électrons issus du PSII vont stabiliser PSI. Par contre, pour PSII les électrons proviennent de la « décomposition de l’eau » dite photolyse de l’eau. espace intrathylakoïde membrane du thylakoïde stroma du chloroplaste

Chaque molécule d’eau se dissocie en : PHOTOLYSE DE L’EAU Chaque molécule d’eau se dissocie en : PSII 2 e- 2 électrons qui sont captés par PSII qui redevient stable. 2 H+ 2 protons. H2O O2 Dioxygène qui quitte le chloroplaste et la cellule et sera rejeté dans le milieu extérieur au niveau des stomates. membrane du thylakoïde stroma du chloroplaste

n H+ FORCE PROTON MOTRICE PSI PSII FORCE PROTON MOTRICE n H+ 2) Le transport d’électrons qui libère de l’énergie utilisée par les protons pour traverser la membrane du thylakoïde n H+ L’espace intrathylakoïde présente une forte concentration en protons d’une double origine: H2O 1) La photolyse de l’eau

PHOTOPHOSPHORYLATION n H+ PHOTOPHOSPHORYLATION  synthèse d’ATP La différence de concentration des protons entre l’intérieur et l’extérieur du thylakoïde génère un flux (= force proton motrice) traversant le thylakoïde au niveau des sphères pédonculées. n H+ H2O ATP ADP Pi L’énergie de la force proton motrice permet à une enzyme, l’ATP synthétase, d’ajouter un groupement Phosphate (Pi) à une molécule d’ADP pour former ainsi de l’ATP. sphère pédonculée La membrane des thylakoïdes contient des sphères pédonculées, protéïnes canal qui permettent la communication entre l’intérieur et l’extérieur du thylakoïde.

n H+ REDUCTION DU NADP en NADPH2 H2O n H+ NADPH2 NADP ATP En fin de parcours, les électrons et les protons sont pris en charge par l’accepteur final, le NADP, qui passe alors de la forme oxydée à la forme réduite NADPH2. n H+ H2O ATP sphère pédonculée Pi ADP

La phase photochimique n H+ O2 NADP NADPH2 ADP Pi H2O stroma du chloroplaste espace intrathylakoïde membrane du thylakoïde PSI PSII sphère pédonculée ATP

Bilan de la phase photochimique Chlorophylle Lumière O2 NADPH2 ATP ADP H2O NADP Pi

La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN La seconde phase de la photosynthèse se déroule dans le stroma des chloroplastes et ne nécessite pas la présence de lumière. Le CO2 , capté par les stomates de la plante, ainsi que l’ ATP et le NADPH2, formés lors de la première phase, concourent à la formation de matière organique au cours du cycle de Calvin.

La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 3 HexPP 6 APG Le sucre à 6 carbones obtenu, Hexose diphosphate (HexPP) est particulièrement instable et se scinde très rapidement en composés à 3 carbones, l’acide phospho-glycérique(APG). 3 CO2 RuDP carboxylase 3 RuDP Le CO2 entre dans le cycle de Calvin en se fixant sur un composé à 5 carbones, le Ribulose diphosphate (RuDP) grâce à une enzyme, la Ribulose diphosphate carboxylase.

La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 6 ADPG 6 ADP 6 ATP L’APG est phosphorylé en ADPG (acide diphosphoglycérique). Les Phosphates proviennent de l’ATP qui se transforme alors en ADP. 3 CO2 3 HexPP 6 APG RuDP carboxylase 3 RuDP 6 NADPH2 6 NADP 6 Pi L’ADPG est réduit en Phospho-glycér-aldéhyde (PGA) lors d’une réaction couplée à l’oxydation du NADPH2 en NADP. On remarque également une déphosphorylation (Pi). 6 PGA

La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 3 ATP 3 ADP 5 PGA Les 5 PGA restant subissent une réorganisation chimique et une phosphorylation grâce à l’ATP pour régénérer le RuDP, matière initiale du cycle. PGA GLUCIDES PROTIDES LIPIDES Des 6 PGA formés, un quitte le cycle et donnera des glucides, lipides ou protides selon les réactions 6 ATP 3 CO2 3 HexPP 6 APG RuDP carboxylase 6 ADP 6 ADPG 3 RuDP 6 NADPH2 6 PGA 6 NADP 6 Pi

La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 6 ATP 3 CO2 3 HexPP 6 APG RuDP carboxylase 6 ADP 6 ADPG 3 RuDP 6 NADPH2 3 ADP 5 PGA 6 PGA 6 NADP 3 ATP 6 Pi PGA PROTIDES LIPIDES GLUCIDES

Bilan du CYCLE DE CALVIN 9 ADP 6 NADP 6 Pi PGA 3 CO2 9 ATP 6 NADPH2

Bilan de la Photosynthèse n H+ O2 NADP NADPH2 ADP Pi H2O ATP Phase Photo- chimique couplage 6 NADPH2 3 ATP 6 ADP 6 NADP 6 Pi 6 ATP 3 ADP 3 CO2 PGA GLUCIDES PROTIDES LIPIDES Cycle De Calvin Les 2 phases sont couplées par les recyclages des transporteurs (NADP, NADPH2) et des molécules énergétiques (ATP, ADP et Pi).

Bilan simplifié de la Photosynthèse Chlorophylle Lumière O2 PGA H2O CO2

Il n'y a plus qu'à apprendre !...