La succession des deux phases de la photosynthèse
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Objectif(s)
Les végétaux captent l'énergie lumineuse
pour fabriquer leur propre matière organique.
Comment l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique ? Comment est transformé le CO2 atmosphérique ? Quels sont les produits issus de la photosynthèse ?
Comment l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique ? Comment est transformé le CO2 atmosphérique ? Quels sont les produits issus de la photosynthèse ?
1. Pigments, spectre d'absorption et spectre d'action
a. Pigments photosynthétiques
Une chromatographie d'une goutte de chlorophylle
brute permet de séparer les
différents pigments
photosynthétiques :
• Les caroténoïdes (carotènes et xanthophylles) sont des pigments de couleur jaune orangé.
• Les chlorophylles a et b sont des pigments verts. Ces pigments sont organisés en photosystèmes à l'intérieur de la membrane des thylakoïdes.
• Les caroténoïdes (carotènes et xanthophylles) sont des pigments de couleur jaune orangé.
• Les chlorophylles a et b sont des pigments verts. Ces pigments sont organisés en photosystèmes à l'intérieur de la membrane des thylakoïdes.
b. Spectre d'absorption et spectre d'action
Si on fait traverser un échantillon de
chlorophylle brute par de la lumière blanche, on
constate que les pigments absorbent essentiellement
les radiations situées aux
extrémités du spectre,
c'est-à-dire la lumière rouge et bleue. Il
n'y a pas d'absorption de la lumière verte. Ces
radiations absorbées sont celles qui sont
efficaces pour la photosynthèse :
spectre d'absorption et spectre
d'action ont le même profil.
c. Équation de la photosynthèse
L'équation de la photosynthèse est la
suivante :
6 CO2 + 6 H2O + Énergie
lumineuse ->
C6H12O6 +
6 O2
Cette équation a des apparences de
simplicité mais présente un processus fort
complexe. En fait, la photosynthèse est
divisée en 2 phases : une phase
photochimique et une phase non photochimique.
2. La phase photochimique
Elle se déroule dans les thylakoïdes du
chloroplaste et nécessite la
présence de la lumière.
a. Principe
• L'énergie des photons lumineux est
captée par le photosystème et est transmise
jusqu'aux molécules de chlorophylle
(Chl) ; celles-ci vont perdre un
électron et passer dans un état
oxydé.
• Les électrons arrachés parcourent toute une chaîne de transporteurs (séries de réactions d'oxydo-réduction) jusqu'à un accepteur final R qui est réduit en RH2 : les électrons riches en énergie sont donc mis en réserve dans RH2.
• Au cours de ce transfert, il y a formation d'adénosine triphosphate (ATP) à partir d'ADP (adénosine diphosphate) et d'un Pi (phosphate inorganique). Il y a phosphorylation.
• Les molécules de Chl vont chercher à combler les « trous » laissés par les électrons qui ont été « arrachés » : c'est l'eau (H2O) qui va céder des électrons et des protons pour régénérer les molécules de Chl. Ce retrait scinde la molécule d'eau et permet la formation et la libération d'O2 : il y a photolyse.
• Les électrons arrachés parcourent toute une chaîne de transporteurs (séries de réactions d'oxydo-réduction) jusqu'à un accepteur final R qui est réduit en RH2 : les électrons riches en énergie sont donc mis en réserve dans RH2.
• Au cours de ce transfert, il y a formation d'adénosine triphosphate (ATP) à partir d'ADP (adénosine diphosphate) et d'un Pi (phosphate inorganique). Il y a phosphorylation.
• Les molécules de Chl vont chercher à combler les « trous » laissés par les électrons qui ont été « arrachés » : c'est l'eau (H2O) qui va céder des électrons et des protons pour régénérer les molécules de Chl. Ce retrait scinde la molécule d'eau et permet la formation et la libération d'O2 : il y a photolyse.
b. Bilan de la phase photochimique

Dans des conditions expérimentales, à partir d'une suspension de chloroplastes, il n'y a libération d'O2 que si on ajoute dans le milieu un accepteur d'électrons : c'est Hill qui le constate dès 1937, d'où le nom donné au « réactif de Hill ».
Cette condition expérimentale montre que ce n'est pas le CO2 qui joue le rôle d'accepteur d'électrons issus de la photolyse de l'eau.
3. La phase non photochimique ou cycle de Calvin
Elle se déroule dans le stroma du
chloroplaste. Elle ne nécessite pas la
présence directe de lumière mais
elle est couplée à la phase
photochimique.
Le carbone entre dans cette phase sous forme de CO2 et il en ressort sous forme d'un glucide à 3 atomes de carbone : le 3-phosphoglycéraldéhyde ou C3P (triose phosphate).
Pour fabriquer une molécule de ce triose phosphate, le cycle doit fixer trois molécules de CO2.
Le carbone entre dans cette phase sous forme de CO2 et il en ressort sous forme d'un glucide à 3 atomes de carbone : le 3-phosphoglycéraldéhyde ou C3P (triose phosphate).
Pour fabriquer une molécule de ce triose phosphate, le cycle doit fixer trois molécules de CO2.
a. Principe
• Fixation d'une molécule de CO2
sur un glucide à 5 atomes de carbone, le ribulose
1-5 biphosphate (C5P2). C'est la
formation d'un composé intermédiaire
à 6 C.
• Le composé intermédiaire se scinde instantanément en 2 molécules à 3 atomes de carbone : le 3-phosphoglycérate (APG).
• Chaque molécule de phosphoglycérate reçoit un groupement phosphate supplémentaire pris à l'ATP, le RH2 lui cède ses électrons et ses protons et est réoxydé en R : cette réaction d'oxydo-réduction permet la formation du triose phosphate (C3P).
• Le composé intermédiaire se scinde instantanément en 2 molécules à 3 atomes de carbone : le 3-phosphoglycérate (APG).
• Chaque molécule de phosphoglycérate reçoit un groupement phosphate supplémentaire pris à l'ATP, le RH2 lui cède ses électrons et ses protons et est réoxydé en R : cette réaction d'oxydo-réduction permet la formation du triose phosphate (C3P).
b. Devenir du triose phosphate
• Une partie permet de
régénérer le ribulose 1-5
biphosphate de départ (réaction qui
consomme de l'ATP).
• Une partie permet la synthèse de molécules glucidiques, puis de protides et de lipides ultérieurement.
• Une partie permet la synthèse de molécules glucidiques, puis de protides et de lipides ultérieurement.
L'essentiel
La photosynthèse se déroule dans un organite
spécialisé, le chloroplaste, et fait intervenir
deux phases complémentaires et couplées : phase
photochimique et phase non photochimique. Elle aboutit
à la synthèse de molécules organiques.
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