CO + H O Énergie (lumière) Sucre + O

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CO + H O Énergie (lumière) Sucre + O

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Extrait

La Photosynthèse Oxygénique
La photosynthèse est un mécanisme qui permet de « capturer »
l’énergie lumineuse et de la « stabiliser » en forme utilisable par les
mécanismes cellulaires (énergie chimique sous forme de sucres).
CO + H O2 2
(carbone oxydé)
Énergie
(lumière)
Sucre + O2
(carbone réduit)
L’énergie est stockée sous forme chimique et
utilisée pour le métabolisme cellulaire
1
Photosynthèse oxygénique
Autotrophes: procaryotes et eucaryotes
Chlamydomonas reinhardtii
Plantes Algues (mono et
pluricellulaires)
et photosynthèse non oxygénique…
Autotrophes et photohétérotrophes:
procaryotes
Synechococcus
Cyanobactérie
Bactérie verte, pourpre (sulfureuse ou non)
Rhodopseudomonas
2
http://www.life.uiuc.edu/govindjee/photoweb/o
Le soleil: la source d’énergie
la plus importante
215.4 x 10 kJ d’énergie solaire sont
interceptés par la terre
(correspondante à l’énergie produite par une puissante central
nucléaire qui marche 150 mille ans en continue)
Terre
0.15 % est absorbée par les organismes photosynthétiques et
transformée en énergie chimique: 6 CO + 6 H O C H O + 6 O2 2 6 12 6 2
11 10 tons (!) de CO sont fixés globalement par an2
3
La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes
(les plastes verts)
45
La théorie endosymbiotique
Réalisation d'une cellule eucaryote autotrophe par absorption d'une
bactérie photosynthétique (cyanobactérie) par une cellule eucaryote
hétérotrophe.
Cette bactérie devient un chloroplaste (un plaste particulier), ses
membranes internes ont une origine bactérienne. La membrane
externe de l'enveloppe a pour origine la membrane plasmique de la
cellule elle-même.
6O
O
Æ

'
o
Q
Q
O
L'équation globale de la photosynthèse
Ça comporte une série de réactions REDOX. En forme générale pour les organismes autotrophes
oxygeniques on la peut indiquer:
lumiere
nCO + nH O (CH O) + nO2 2 2 n 2
6CO + 6H O + lumière C H O + 6O2 2 6 12 6 2
0’G = 2870 kJ/mole
La photosynthèse est un mécanisme qui permet d’abord de « capturer » l’énergie lumineuse et de la
« stabiliser » en forme utilisable par les mécanismes cellulaires.
H O est le donneur d’électrons:2
2 phases séparées
7
La lumière comme source d’énergie
La lumière montre propriétés de particules et ondes. Ça est une onde électromagnétique décrite par une
fréquence ( ) et une longueur d’onde ( ), qui sont en relation avec la suivante équation:
Q = c /
8 -1avec c (vitesse de la lumière) = 3 x 10 m s
Chaque photon d'un rayonnement (lumière, ondes radios, rayons X...) est porteur d'un quantum d'énergie (un
certain "paquet") caractéristique de sa fréquence (fréquence de la lumière = couleur):
E = h hc/
-34 avec h (constante de Planck) = 6.63 x 10 J s
8Transfert de l’énergie d’excitation
Lorsque une molécule absorbe un photon, un électron est porté à un état excité à partir
d’un état fondamental.
Cette énergie peut être puis transféré à des autres molécules principalement en 2 façons:
1. Transfert de l’énergie par résonance État excité
Un électron transfère son énergie à un électron
voisin d’une autre molécule: le premier
électron retourne à l’état fondamental, le Photon
deuxième va vers un état excité. État
fondamental
1 2 1 2
électrons molécules molécules
État excité2. Transfert de l’électron excité
L’électron entier est transféré sur la deuxième
molécule (avec son énergie d’excitation).
Photon
État
fondamental
électrons
9
1 2 1 2
molécules molécules
La photosynthèse s’effectue en deux phases complémentaires
H O + CO2 2
Énergie
Chloroplaste
Oxydation de ATP and
l’eau NADPH
La lumLa lumiière est ère est
ababssoorbrbée pée paar r lesles
chlorophylles
Cycle de ADP
NADP
Calvin
Énergie utilisée
O C H OO C H O2 6 12 6+
Phase Lumineuse Phase Obscure
Transformation de l’énergie solaire en énergie Stockage de l’énergie sous forme de sucres
chimique sous forme de ATP et NADPH (utilisation de l’ATP et NADPH)
10Les complexes de la phase lumineuse et le transport des électrons
PQ
PC
Les photosystèmes I et II Cytochrome b f ATP synthase6
Responsables de la conversion Participe à la chaîne du transport Catalyse la synthèse de l’ATP à
de l’énergie lumineuse en électronique et au transfert de partir de l’ADP et P en utilisant le i
énergie chimique protons dans le lumen. gradient protonique de membrane.
11
Les complexes de la phase lumineuse de la photosynthèse sont constitués par nombreuses sous-
unités, la plupart constituée par des protéines intégrales de membrane (plus des protéines
périphériques de membrane).
12'
'
'
ATPase
PSIIPSII PSICytb6/f PSI
H O2
-e
+ -2H + O + e2 13
Pourquoi deux complexes qui capturent la lumière?
0O /H O E ’=0.816
2 2
+ 0NADP /NADPH E ’=-0.324
E ’ = 0.816 – (-0.324) = 1.14 V0
G ’= -n F E ’ =-220 kJ/mol0 0
L’énergie d’un seul photon
n’est pas suffisante pour
+réduire le NADP en NADPH
(un fort réducteur) en utilisant
un électron extrait de
l’oxygène (un fort oxydant).
14Le schéma à Z de la photosynthèse
NADPH
Cytb f6
Lumière
Gradient de protons
pour synthétiser l’ATP
Lumière
Deux complexes qui capturent la lumière et une série de transporteur d’électrons permettent la
+réduction du NADP en utilisant des électrons extraits de l’oxygène.
Une partie de l’énergie lumineuse est aussi utilisée pour former un gradient transmembranaire de 15
protons nécessaire pour la synthèse de l’ATP.
Les pigments photosynthétiques:
les chlorophylles
Dans les plantes il y a deux types de chlorophylles:
«a» e t «b»
(différentes seulement pour le groupe indiqué, méthyle pour la Chl a
et carbonyle pour la Chl b)
Porphyrine: responsable de l’absorption
Phytol: confère hydrophobicité à la molécule.
Rôle des chlorophylles:
absorption de l’énergie lumineuse
transfert de l’énergie d’excitation
donneur d’électrons
accepteur d’électrons
16Les pigments photosynthétiques:
les caroténoïdes
Les caroténoïdes sont des molécules liées
aux complexes photosynthétiques très
hydrophobes et très riches en double
liaisons.
Plusieurs types de caroténoïdes sont
présents dans le plantes, avec les rôles
principaux:
Capture de la lumière Photoprotection
17
Absorption des pigments photosynthétiques
1.5

Chl.a

Chl.b
Car
1.0



0.5


0.0
400 500 600 700
longueur d’onde (nm)
18
AbsorptionLe Photosystème II (PSII): eau-plastoquinone oxydoréductase
Système antennaire:
capture de la lumière et
photoprotection
Core complex:
ça contient le centre
réactionnel (D1-D2) qui
permet la séparation de
charge.
(vue de la face stromatique)
Le photosystème II est le premier complexe qui capture la lumière: en utilisant l’énergie des
photons, ce complexe peut oxyder l’oxygène de l’HO et réduire une molécule de 2
19plastoquinone.
Les protéines antenne
Les plantes supérieurs et les algues verts possèdent des protéines membranaires (antennes)
lient chlorophylle a, chlorophylle b et caroténoïdes.
- 3 hélices transmembranaires
Hélice b
Hélice a - 14 Chls
-4 Ca r s
chlorophylle
Le système antennaire des
cyanobactéries est différent
(dehors de la membrane)
Hélice d
Hélice ccaroténoïde
20
Ces protéines appartiennent à la famille Lhc (light harvesting complex)