1.5 Obtenir de l’énergie par la photosynthèse et la respiration cellulaire

Quelques termes… Énergie Travail Autotrophe Hétérotrophe Photosynthèse Respiration cellulaire ATP Parcours biochimique

Le mouvement de carbone

Rappels :

Cycle énergétique (ATP)

ATP : Adénosine TriPhosphate

Consommation de l’ATP L’ATP permet un travail dans la plupart des activités nécessitant de l’énergie dans les cellules, telles : Les réactions anaboliques (e.g. synthèse des lipides et des polysaccarides) Le transport actif des molécules et des ions Les impulsions nerveuses La maintenance du volume cellulaire par l’osmose La contraction des muscles Le battement des flagelles La bioluminescence

Photosynthèse

Structure du chloroplaste Stroma : liquide aqueux qui contient de l’ADN et des ribosomes.

Processus de photosynthèse L’énergie provenant de la lumière est converti en énergie chimique, et ensuite emmagasinée dans les liaisons chimiques des molécules de nutriments. Dans la photosynthèse, deux ensembles de réactions chimiques se passent : Les réactions photochimiques Les réactions biochimiques

Les phases de la photosynthèse : photochimique (light reactions) et biochimique (dark reactions)

Les réactions photochimiques Réactions dépendantes de la lumière Requiert de l’énergie (lumière) afin de créer des molécules porteuses d’énergie ATP et NADPH (utilisées dans la deuxième étape). Créer aussi du O2. Dans le granum du chloroplaste.

La lumière et les photons Quand la lumière frappe un objet, elle peut soit être en partie réfléchit, transmise ou absorbée. Absorbe toutes les couleurs : noir Réfléchit toute la lumière : blanc.

Les pigments Un pigment est une molécule qui absorbe certaines longueurs d’onde de lumière, et reflète donc certaines couleurs. E.g. la chlorophylle reflète la couleur verte chez les plantes. Tout objet a une combinaison de pigments.

Pigment : chlorophylle Dans les chloroplastes, les pigments sont situés dans la membrane des thylakoïdes. Il y a cependant une variété de pigments; la chlorophylle est le pigment photosynthétique principal.

Travail d’équipe entre les différentes chlorophylles En absorbant des couleurs que la chlorophylle-a ne peut pas absorber, les pigments accessoires (comme la chlorophylle-b et bien d’autres) permettent à la plante de capturer plus d’énergie provenant de la lumière.

Système de transport d’électrons Lorsque la lumière atteint une molécule de chlorophylle, des électrons absorbent l’énergie de la lumière. Cette énergie excite les électrons, et les permet de sortir de la molécule de chlorophylle. Ceux-ci sont ensuite ramassés par des molécules nommées accepteurs d’électrons. Ces molécules transportent ensuite les électrons et les distribuent à une série de molécules, ce qui est connu comme le système de transport d’électrons.

(Le transfert d’électrons)

Produits des réactions photochimiques À mesure que les électrons sont transportés dans le système, ils relâchent de l’énergie qui est par la suite utilisée pour produire de l’ATP. L’accepteur d’électrons final est le NADPH. Ultimement, les produits des réactions photochimiques sont le NADPH et l’ATP, avec de l’oxygène.

Le processus recommence… Les électrons qui sont partis de la molécule de chlorophylle sont remplacés par d’autres électrons provenant des liaisons chimiques brisées d’une molécule de H2O. Ce processus nécessite de l’énergie de la lumière. Ainsi, le O2 est crée à partir du H2O.

En résumé…

Les réactions biochimiques Les réactions indépendantes de la lumière sont appelées les réactions biochimiques. Sont accomplit lorsque les produits des réactions avec lumière sont utilisés pour former les liaisons des glucides. (C6H12O6) Ceci ce passe dans le stroma du chloroplaste.

Cycle de Calvin-Benson Quand il y a suffisamment de NADPH et d’ATP dans le stroma des chloroplastes, l’énergie de ces molécules peut servir à faire le glucide (avec ou sans de lumière). On appelle cette chaîne de réactions le cycle de Calvin-Benson. Ce cycle se divise en trois phases : Fixation du dioxyde de carbone Réduction Régénération du RuBP

1 - Fixation du CO2 l’atome de carbone dans le CO2 devient relié (fixation) chimiquement à une molécule qui existe déjà dans le stroma. Cette molécule est un composé à cinq atomes de carbone qu’on appelle « ribulose biphosphate », ou tout simplement RuBP. Le résultat : un composé à six atomes de carbone, très instable. Donc, il se dégrade rapidement en deux composés identiques à trois atomes de carbone. L’ATP qui a été produite lors des réactions photochimiques est utilisée comme source d’énergie dans cette phase.

2 - Réduction À l’aide de l’ATP et le NADPH, les deux composés à trois atomes de carbone deviennent énergisés. Ils deviennent ainsi deux molécules de « glycéraldéhyde-3-phosphate », ou PGAL.

3 – Régénération du RuBP De l’ATP est utilisé pour transformer chimiquement certains PGAL (venant de la réduction) en RuBP. Ceci complète et recommence le cycle de Calvin-Benson.

Produits des réactions biochimiques Ultimement, dans les réactions biochimiques, le carbone des molécules de CO2 est combiné avec l’hydrogène provenant du NADPH pour former du glucose.

Résumé de la photosynthèse

Respiration cellulaire

Structure de la mitochondrie

Processus de la respiration cellulaire L’énergie de la nourriture est convertit à une forme d’énergie qui est utilisable dans la cellule. Le glucose est brisé afin de relâcher l’énergie emmagasinée dans ces liaisons chimiques. Il y a deux types de respiration cellulaire : Aérobie Anaérobie

Respiration cellulaire aérobie Respiration cellulaire anaérobie - Respiration dans un milieu avec oxygène. - Respiration dans un milieu sans oxygène. - Les animaux, les plantes, de nombreux types de champignons, de protistes et de bactéries utilisent ce processus. - Certains organismes tels des bactéries vivant au fond de l’océan. - Brise les liaisons du glucose avec l’aide de l’oxygène. - Brise les liaisons du glucose en absence de l’oxygène. - Se fait en trois étapes : 1 – glycolyse (cytoplasme) 2 – cycle de Krebs (matrice de mitochondrie) 3 – transport d’électrons (membrane interne de mitochondrie) - Se fait en deux étapes : 1 – glycolyse (cytoplasme) 2 – fermentation (cytoplasme)  

Aérobie / Anaérobie : 1 - Glycolyse Dégradation d’une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate, ainsi qu’une petite quantité de carbone. Si les cellules eucaryotes n’ont pas accès à l’oxygène, le pyruvate lance le processus de fermentation.

Aérobie : 2 – Cycle de Krebs Le pyruvate entre dans le cycle de Krebs où des atomes de carbone sont séparés et combinés avec de l’oxygène (formation du dioxyde de carbone). Le rôle du cycle de Krebs est ainsi de transférer l’énergie emmagasinée dans le glucose vers d’autres molécules énergétiques (qui serviront au processus de transport d’électrons).

Aérobie : 3 – Transport d’électrons La grande majorité des molécules d’ATP sont produites pendant le transport des électrons. Cette étape de transfert d’électrons ressemble beaucoup à celui dans les chloroplastes. Les électrons de haute énergie sont transmis à une chaîne de molécules porteuses d’électrons attachées à la membrane interne de la mitochondrie. À chaque transfert d’électron, de l’énergie sous forme d’ATP sont relâchées lors du processus.

Anaérobie : Fermentation Ce processus devient en fonction dans la respiration anaérobie, suite à la glycolyse. Les organismes anaérobies n’utilisent pas d’oxygène, et certaines cellules d’organismes aérobies sont parfois privées d’oxygène. Lors de la fermentation, la cellule n’a pas besoin d’oxygène, ni de transport d’électrons pour produire de l’ATP. Cependant, la fermentation fournit beaucoup moins d’énergie que la respiration cellulaire aérobie.

Fermentation ailleurs La pâte à pain additionnée de levure, un type de champignon unicellulaire, est laissée à reposer dans un endroit chaud afin que la levure puisse fermenter. Trous dans le pain = formation de CO2

Fermentation chez les humains Chez l’être humain, y a-t-il des cas où de la fermentation est en fonction dans ses cellules? Indice : l’acide lactique est produit par la fermentation