- Exigences
- La lumière
- Pigments
- Mécanisme
- -Systèmes de photos
- -Photolyse
- -Photophosphorylation
- Photophosphorylation non cyclique
- Photophosphorylation cyclique
- Produits finis
- Références
La phase légère de la photosynthèse est la partie du processus photosynthétique qui nécessite la présence de lumière. Ainsi, la lumière initie des réactions qui aboutissent à la transformation d'une partie de l'énergie lumineuse en énergie chimique.
Des réactions biochimiques se produisent dans les thylacoïdes chloroplastiques, où se trouvent des pigments photosynthétiques excités par la lumière. Ce sont la chlorophylle a, la chlorophylle b et les caroténoïdes.
Phase claire et phase sombre. Maulucioni, de Wikimedia Commons
Plusieurs éléments sont nécessaires pour que des réactions dépendant de la lumière se produisent. Une source lumineuse dans le spectre visible est nécessaire. De même, la présence d'eau est nécessaire.
Le produit final de la phase légère de la photosynthèse est la formation d'ATP (adénosine triphosphate) et de NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate). Ces molécules sont utilisées comme source d'énergie pour la fixation du CO 2 dans la phase sombre. De même, au cours de cette phase, de l'O 2 est libéré, produit de la dégradation de la molécule H 2 O.
Exigences
Pour que des réactions dépendant de la lumière dans la photosynthèse se produisent, une compréhension des propriétés de la lumière est nécessaire. De même, il est nécessaire de connaître la structure des pigments impliqués.
La lumière
La lumière a à la fois des propriétés d'onde et de particule. L'énergie provient du soleil sur Terre sous forme d'ondes de différentes longueurs, appelées spectre électromagnétique.
Environ 40% de la lumière qui atteint la planète est de la lumière visible. Cela se trouve dans les longueurs d'onde comprises entre 380 et 760 nm. Il comprend toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, chacune avec une longueur d'onde caractéristique.
Les longueurs d'onde les plus efficaces pour la photosynthèse sont celles du violet au bleu (380-470 nm) et du rouge-orange au rouge (650-780 nm).
La lumière a également des propriétés de particules. Ces particules sont appelées photons et elles sont associées à une longueur d'onde spécifique. L'énergie de chaque photon est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est élevée.
Lorsqu'une molécule absorbe un photon d'énergie lumineuse, l'un de ses électrons est excité. L'électron peut quitter l'atome et être reçu par une molécule accepteur. Ce processus se produit dans la phase légère de la photosynthèse.
Pigments
Dans la membrane thylacoïdienne (structure du chloroplaste), il existe divers pigments capables d'absorber la lumière visible. Différents pigments absorbent différentes longueurs d'onde. Ces pigments sont la chlorophylle, les caroténoïdes et les phycobilines.
Les caroténoïdes donnent les couleurs jaune et orange présentes dans les plantes. Les phycobilines se trouvent dans les cyanobactéries et les algues rouges.
La chlorophylle est considérée comme le principal pigment photosynthétique. Cette molécule a une longue queue d'hydrocarbure hydrophobe, qui la maintient attachée à la membrane thylacoïdienne. De plus, il possède un cycle porphyrine qui contient un atome de magnésium. L'énergie lumineuse est absorbée dans cet anneau.
Il existe différents types de chlorophylle. La chlorophylle a est le pigment qui intervient le plus directement dans les réactions lumineuses. La chlorophylle b absorbe la lumière à une longueur d'onde différente et transfère cette énergie à la chlorophylle a.
Dans le chloroplaste, on trouve environ trois fois plus de chlorophylle a que de chlorophylle b.
Mécanisme
-Systèmes de photos
Les molécules de chlorophylle et les autres pigments sont organisés au sein du thylacoïde en unités photosynthétiques.
Chaque unité photosynthétique est composée de 200 à 300 molécules de chlorophylle a, de petites quantités de chlorophylle b, de caroténoïdes et de protéines. Il y a une zone appelée le centre de réaction, qui est le site qui utilise l'énergie lumineuse.
Image: Phase légère de la photosynthèse. Auteur: Somepics.
Les autres pigments présents sont appelés complexes d'antennes. Ils ont pour fonction de capter et de transmettre la lumière au centre de réaction.
Il existe deux types d'unités photosynthétiques, appelées photosystèmes. Ils diffèrent en ce que leurs centres de réaction sont associés à différentes protéines. Ils provoquent un léger décalage de leurs spectres d'absorption.
Dans le photosystème I, la chlorophylle a associée au centre de réaction présente un pic d'absorption de 700 nm (P 700). Dans le photosystème II, le pic d'absorption se produit à 680 nm (P 680).
-Photolyse
Au cours de ce processus, la dégradation de la molécule d'eau se produit. Photosystem II participe. Un photon de lumière frappe la molécule P 680 et conduit un électron à un niveau d'énergie plus élevé.
Les électrons excités sont reçus par une molécule de phéophytine, qui est un accepteur intermédiaire. Par la suite, ils traversent la membrane thylacoïde où ils sont acceptés par une molécule de plastoquinone. Les électrons sont finalement transférés vers le P 700 du photosystème I.
Les électrons abandonnés par le P 680 sont remplacés par d'autres de l'eau. Une protéine contenant du manganèse (protéine Z) est nécessaire pour décomposer la molécule d'eau.
Lorsque H 2 O est rompu, deux protons (H +) et de l'oxygène sont libérés. Deux molécules d'eau doivent être clivées pour qu'une molécule d'O 2 soit libérée.
-Photophosphorylation
Il existe deux types de photophosphorylation, selon la direction du flux d'électrons.
Photophosphorylation non cyclique
Les photosystèmes I et II y sont impliqués. On l'appelle non cyclique car le flux d'électrons va dans un sens.
Lorsque l'excitation des molécules de chlorophylle se produit, les électrons se déplacent à travers une chaîne de transport d'électrons.
Cela commence dans le photosystème I lorsqu'un photon de lumière est absorbé par une molécule P 700. L'électron excité est transféré vers un accepteur primaire (Fe-S) contenant du fer et du sulfure.
Ensuite, il passe à une molécule de ferrédoxine. Par la suite, l'électron se dirige vers une molécule de transport (FAD). Cela le donne à une molécule de NADP + qui le réduit en NADPH.
Les électrons transférés par le photosystème II en photolyse remplaceront ceux transférés par le P 700. Cela se produit à travers une chaîne de transport constituée de pigments contenant du fer (cytochromes). De plus, les plastocyanines (protéines qui présentent du cuivre) sont impliquées.
Au cours de ce processus, les molécules NADPH et ATP sont produites. Pour la formation de l'ATP, l'enzyme ATPsyntétase intervient.
Photophosphorylation cyclique
Il se produit uniquement dans le photosystème I. Lorsque les molécules du centre de réaction P 700 sont excitées, les électrons sont reçus par une molécule P 430.
Par la suite, les électrons sont incorporés dans la chaîne de transport entre les deux photosystèmes. Dans le processus, des molécules d'ATP sont produites. Contrairement à la photophosphorylation non cyclique, le NADPH n'est pas produit et l'O 2 n'est pas libéré.
À la fin du processus de transport d'électrons, ils retournent au centre de réaction du photosystème I. Pour cette raison, on parle de photophosphorylation cyclique.
Produits finis
À la fin de la phase lumineuse, l'O 2 est libéré dans l'environnement en tant que sous-produit de la photolyse. Cet oxygène sort dans l'atmosphère et est utilisé dans la respiration des organismes aérobies.
Un autre produit final de la phase légère est le NADPH, une coenzyme (partie d'une enzyme non protéique) qui participera à la fixation du CO 2 pendant le cycle de Calvin (phase sombre de la photosynthèse).
L'ATP est un nucléotide utilisé pour obtenir l'énergie nécessaire aux processus métaboliques des êtres vivants. Ceci est consommé dans la synthèse du glucose.
Références
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- Salisbury F et C Ross (1994) Physiologie végétale. Grupo Editorial Iberoamérica. Mexico DF. 759 pp.
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- Stearn K (1997) Introduction à la biologie végétale. Éditeurs WC Brown. LES USAGES. 570 pp.
- Yamori W, T Shikanai et A Makino (2015) Le flux d'électrons cyclique du photosystème I via le complexe de type chloroplaste NADH déshydrogénase joue un rôle physiologique pour la photosynthèse à faible luminosité. Rapport scientifique de la nature 5: 1-12.