La Photosynthèse

1. La Photosynthèse

2. 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.

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

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

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

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

7. CHAINE PHOTOSYNTHETIQUE DE TRANSPORT D’ELECTRONS 2 e- 2 e- PSII PSI 2 e- 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). 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). 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. 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. 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. H2O espace intrathylakoïde membrane du thylakoïde stroma du chloroplaste

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

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

10. PHOTOPHOSPHORYLATION  synthèse d’ATP n H+ H2O ATP La membrane des thylakoïdes contient des sphères pédonculées, protéïnes canal qui permettent la communication entre l’intérieur et l’extérieur du thylakoïde. 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. 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 Pi ADP n H+

11. REDUCTION DU NADP en NADPH2 n H+ NADPH2 NADP 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

12. La phase photochimique n H+ NADPH2 PSII PSI 2 e- NADP n H+ H2O espace intrathylakoïde ATP sphère pédonculée membrane du thylakoïde Pi ADP O2 stroma du chloroplaste

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

14. 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.

15. La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 3 CO2 3 HexPP 6 APG RuDP carboxylase 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). 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. 3 RuDP

16. La phase d’incorporation du carbone LE CYCLE DE CALVIN 6 ATP 6 ADP 6 ADPG • L’APG est phosphorylé en ADPG (acide diphosphoglycérique). • Les Phosphates proviennent de l’ATP qui se transforme alors en ADP. 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 NADPH2 6 PGA 6 NADP 6 Pi 3 CO2 3 HexPP 6 APG RuDP carboxylase 3 RuDP

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

18. 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

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

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

21. Bilan simplifié de la Photosynthèse Lumière Chlorophylle O2 H2O CO2 PGA

22. Il n'y a plus qu'à apprendre !...