Photosynthèse

Photosynthèse

Introduction

L’interet d’étudier les organismes photosynthétique :

• Base l’alimentation humaine et animale
• Source de molécules complexes (thérapeutiques, parfums,…)
• Source de biomasse renouvelable (construction, bio énergies, dépollution)

La biomasse (matière organique d'origine végétale, animale, bactérienne ou fongique, utilisable comme source d'énergie) sur Terre est d’origine végétale  (82%).

Les plantes produisent tout l’oxygène respiré par tous les êtres vivants

Immobiles, les organismes photosynthétiques s’adaptent à tous les environnements (pollution, altitude, sécheresse froid, température excès de minéraux…)

Les organismes photosynthétiques sont phototrophes

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1. Capter la lumière

1. La feuille, capteur solaire

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La feuille est un excellent capteur solaire grâce à sa structure interne optimisée pour la photosynthèse. Son épiderme laisse passer la lumière jusqu’au parenchyme palissadique, situé sous la face supérieure, où les cellules riches en chloroplastes sont disposées en couches serrées pour maximiser l’absorption de la lumière. En dessous, le parenchyme lacuneux, plus aéré, facilite les échanges gazeux en connectant les cellules aux stomates situés sur la face inférieure. Cette organisation permet une capture efficace de la lumière tout en optimisant la diffusion du CO₂ nécessaire à la photosynthèse, faisant de la feuille un capteur solaire naturel très performant.

1. Le chloroplaste

Le chloroplaste est un organite essentiel à la photosynthèse, fonctionnant comme un capteur solaire naturel grâce à sa structure interne complexe. Cette structure est compartimentée en plusieurs zones distinctes, chacune dédiée à des fonctions biochimiques spécifiques, optimisant ainsi l'efficacité de la photosynthèse.

Les principaux compartiments du chloroplaste :

1. L'enveloppe chloroplastique : Composée de deux membranes (externe et interne) séparées par un espace intermembranaire, elle contrôle les échanges de substances entre le cytoplasme et le chloroplaste.
2. Le stroma : Matrice aqueuse interne contenant des enzymes, de l'ADN chloroplastique et des ribosomes, où se déroulent les réactions du cycle de Calvin pour la fixation du CO₂ en glucides.
3. Les thylakoïdes : Sacs membraneux empilés en structures appelées grana, contenant les pigments photosynthétiques comme la chlorophylle. C'est le site des réactions photochimiques qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique.
4. Le lumen thylakoïdien : Espace intérieur des thylakoïdes où s'accumulent les protons lors du transport d'électrons, créant un gradient électrochimique essentiel à la synthèse d'ATP.
5. Les inclusions : Granules d'amidon et gouttelettes lipidiques servant de réserves énergétiques et de matériaux pour la synthèse membranaire.

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1. Pigments des plantes

Un pigment est une molécules absorbant la lumière.

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Le chlorophylle est composé d’un noyau tétrapyrollique (hydrophyle) et d’un phytol (liposoluble)

La caroténoïde est un hydrocarbure constitues de 40 carbones cyclisés aux extrémités :

• formes non oxydées = carotènes (alpha et beta)
• formes oxydées = xanthophylles

L’anthocyane est indépendant du pH

Les pigments utiles à la photosynthèse sont les chlorophylles ainsi que les caroténoides.

1. Mécanisme d’absorption de la lumière

Lorsqu'un pigment absorbe la lumière, les photons incidents élèvent les électrons de la molécule à un état d'énergie supérieur, dit excité.

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1. Mecanisme physiques de récupération

Les mécanismes physiques de récupération de l’énergie lumineuse après l’absorption par un pigment incluent plusieurs processus :

1. Fluorescence : Lorsque l’électron excité revient à son état fondamental, il peut libérer de l’énergie sous forme de lumière, souvent à une longueur d’onde plus longue (moins énergétique) que celle absorbée.
2. Résonance : L’énergie d’un électron excité peut être transférée à une molécule voisine sans déplacement de l’électron lui-même. Ce transfert d’énergie par résonance est crucial dans l’antenne collectrice des chloroplastes, où l’énergie captée est dirigée efficacement vers le centre réactionnel.
3. Photochimie : Si l’énergie absorbée est utilisée pour déclencher une réaction chimique, elle est convertie en énergie chimique. Dans la photosynthèse, cela se produit au niveau du centre réactionnel des photosystèmes, où l’électron excité est transféré à une chaîne de transporteurs, initiant la conversion de l’énergie lumineuse en ATP et NADPH.

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1. Réactions photochimiques

L’objectif ici, est de récupérer l’énergie du photon qui est sous la forme d’un électron excité d’une chlorophylle et la transférer sans pertes sur une molécules biologique

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