2.4

1
2.4 La photosynthèse

• SBI 4U
• Dominic Décoeur

2
Une petite introduction

• http//rea.decclic.qc.ca/dec_virtuel/Biologie/101-
  NYA-05/Cellule_et_evolution/1.La_Cellule/Etapes_Ph
  otosynthese/

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La photosynthèse

• Cest la synthèse des glucides, dans les
  chloroplastes, à partir de lénergie solaire.
• La première étape (photo) de la photosynthèse
  convertit lénergie solaire en énergie chimique.
  La seconde étape (synthèse) utilise cette énergie
  pour produire du PGAL, qui sert ensuite à
  fabriquer du glucose.

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La photosynthèse

• Chloroplaste 
• contient une double membrane. Il transfert
  lénergie lumineuse en énergie chimique (ATP,
  NADPH). Lénergie est ensuite utilise pour
  transformer le CO2 en glucose. On dit quil y a
  environ 5 milliards de chloroplastes par feuille.
• Stroma 
• solution aqueuse dense qui contient tous les
  enzymes pour la fixation et la transformation du
  CO2 en glucide.
• Thylakoïde 
• disques de formes régulières, inter reliés et
  empilés les uns sur les autres. Cest dans la
  membrane du thylakoïde que lénergie lumineuse
  est transformée en ATP et NADPH. Ce sont les
  réactions photochimiques lumineuses de la
  photosynthèse.

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La photosynthèse

• Chlorophylle 
• pigments qui absorbent la lumière et donnent la
  couleur verte.
• Granum 
• empilement de disques du thylakoïde les uns sur
  les autres reliés par une membrane appelée
  lamelle du stroma. Ils fonctionnent le jour et
  contiennent du chlorophylle en plus de produire
  du sucre et de lénergie chimique.

6
La structure dun chloroplaste
7
Transfert dénergie

• Photosystème  un réseau (pigment de lantenne,
  le centre réactionnel, laccepteur délectron) de
  molécules de chlorophylle qui absorbe lénergie
  lumineuse. Ces molécules de chlorophylle sont
  nommées antennes pigmentaires.
• La phase lumineuse nécessite la participation de
  2 systèmes 
• Photosystème I (PSI)  absorbe la lumière à 700
  nm.
• Photosystème II (PSII)  absorbe la lumière à 680
  nm.

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Unité photosynthétique

• Ce nest pas une molécule de chlorophylle qui
  fait le transfert délectrons mais plutôt une
  unité de plusieurs centaines de molécules
  dantennes pigmentaires. Il doit être alimenté
  avec la plus grande quantité dénergie possible.

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Un photosystème
Il fonctionne en faisant circuler lénergie
lumineuse dune molécule de chlorophylle à une
autre.
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Phase lumineuse

• Cest le transfert délectrons dans les
  chloroplastes.
• Pour effectuer la phase lumineuse, les molécules
  de chlorophylle sorganisent dans un système
  appelé unité photosynthétique.
• Les unités photosynthétique sont comme des
  entonnoirs qui canalisent lénergie vers la
  chlorophylle qui elle accepte les électrons
  énergisés.
• La phase lumineuse existe grâce à la
  participation de deux photosystèmes 
• P680 transfert délectrons non cyclique
• P700 transfert délectrons cyclique

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Photophosphorylation cyclique

• Cest le trajet le plus simple pour lélectron
  excité.
• Le processus se fait dans la membrane interne des
  thylakoïdes.
• Ce processus sappelle la phosphorylation
  cyclique parce que les électrons sont recyclés.
• À laide du P700, les électrons passent par la
  chaîne de transfert délectrons (ferrédoxine,
  cytochrome) et sont retournés au centre
  réactionnel.
• Seules des molécules dATP sont produites par la
  voie cyclique du P700.
• Il n'y a pas de production d'O2 ni de NADPH H.

12
Le P700 la voie cyclique de transfert
délectrons
Dans le photosystème 700 (voie cyclique), les
électrons sont recyclés une fois que leur énergie
a été utilisée pour former des molécules dATP.
13

• Lorsque le P700 du PSI devient excité, un
  électron est éjecté. Ainsi, il suit la chaîne
  délectrons jusquà la ferrédoxine. La
  ferrédoxine se déplace jusquà la plastoquinone
  et un électron passe de la ferrédoxine à la
  plastoquinone.
• La PQ prend un proton du stroma et la dernière
  étape se reproduit. La PQ ayant 2 protons se
  dirige vers les complexes des cytochromes b6/f.
• Les électrons retournent vers le P700 par la
  plastocyanine.
• Les protons induits dans le lumen par la PQ et
  les complexes des cytochromes servent à produire
  de lATP grâce à lATP synthase.

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À quoi sert la phosphorylation cyclique?

• Le transport non cyclique produit du NADPH et de
  lATP en quantités égales.
• Le cycle de Calvin a besoin de plus dATP que de
  NADPH.
• Le transport cyclique sera utile pour produire
  lATP manquant.

15
Animation

• La première partie de lanimation explique la
  photophosphorylation cyclique
• http//highered.mcgraw-hill.com/classware/ala.do?
  isbn0072956208alaidala_900856showSelfStudyTree
  true

16
Photophosphorylation non cyclique

• Premièrement il faut savoir que ces réactions
  impliquent les deux photosystèmes.
• Il y a la production d'O2, d'ATP et la NADP est
  réduit en NADPH et H.
• C'est l'eau qui est le donneur d'électron et le
  NADP qui est l'accepteur final.
• L'O2 est libérée des chloroplastes, sort des
  cellules et finalement sort des feuilles par les
  stomates.

17
Photophosphorylation non cyclique

• Dans ce photosystème, lénergie des électrons
  sert à produire de lATP grâce aux H et dautres
  seront transférés au P700.
• Les électrons qui sont passés par la chaîne
  respiratoire ne sont pas recyclés. Cest pour
  cette raison quon dit quil est non-cyclique.
• Pour remplacer les électrons perdus par le P680,
  des enzymes dans la membrane du thylakoïde font
  la photolyse de lH20.

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Photolyse

• Cest la décomposition de la molécule dH20
• H20 ? 2H 2é ½O2
• H  forme lATP car il y a accumulation dans le
  thylakoïde et ils passent dans
• la pompe à H.
• é  remplace ceux perdu par le P680.
• O2  nous fournis lO2 quon respire.
• Donc, loxygène que lon respire vient de lH2O
  que lon donne aux plantes.
• Sans H2O, les plantes ne peuvent pas faire de
  photosynthèse.

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Photophosphorylation non cyclique

• En fonctionnant avec le P680, les électrons sont
  transférés à la ferrédoxine puis au NADP et il y
  a production de NADPH. Les électrons perdus par
  le P700 sont remplacés pas ceux donnés par le
  P680.
• Le P680 produit de lATP et transfert les
  électrons au P700. Ce dernier accepte les
  électrons et produit du NADPH.
• Comme pour la respiration cellulaire, tous les
  ATP produits viennent de la différence de
  concentration des H.

20
La voie non cyclique de transfert délectrons
Les électrons de leau passent du photosystème
680 au photosystème 700, puis au NADP. Les
molécules dATP et de NADPH produites par ces
réactions alimentent les réactions de synthèse
qui forment le glucose.
21
Un aperçu du P680 et P700
Dans la membrane thylakoïdienne, les complexes
enzymatiques aspirent les ions hydrogène du
stroma dans le sac du thylakoïde. Ce processus
forme un gradient de concentration dions
hydrogène. À mesure que les ions hydrogène
descendent le gradient et retournent dans le
stroma par le biais du complexe ATP synthétase,
des molécules dATP sont formées.
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Bilan global de la phase lumineuse

• Le nombre dATP produit par les réactions
  lumineuses est en fait variable, 12 étant un
  chiffre moyen. Néanmoins, on écrit généralement
  léquation comme ceci 
• 12H2O  12NADP  12 (ADP  P) ? 6O2  12
  (NADPH  H)  12ATP
• Les molécules dATP et de NADPH sont formées au
  moyen du complexe ATP synthétase et du complexe
  NADP-réductase respectivement.
• Lintensité des réactions lumineuses peut être
  augmentée par accroissement de lintensité
  lumineuse, jusquà un certain seuil, et
  dépendamment si cest une plante dombre ou une
  plante de lumière.

23
Animation de la phase lumineuse

• http//www.fw.vt.edu/dendro/forestbiology/photosyn
  thesis.swf
• http//www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/
  metabolism/photosynthesis.swf
• http//highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginp
  op.cgi?itswf535535/sites/dl/free/0072437316
  /120072/bio13.swfPhotosynthetic20Electron20Tra
  nsport20and20ATP20Synthesis

24
Phase sombre

• On reconnaît la phrase sombre comme étant le
  cycle de Calvin. Cest la phase de synthèse, à
  laide denzymes, du glucose dans le stroma.
• On parle de réaction endothermique.
• Les ATP et NADPH fabriqués dans la phase
  lumineuse se retrouvent dans le stroma afin de
  fournir lénergie nécessaire à la synthèse des
  molécules utiles à la plante.

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Phase sombre

• Cest dans le stroma que la plante utilise le CO2
  de lair pour former du glucose. Le Cycle de
  Calvin comporte 3 étapes importantes 
• 1. Fixation du carbone
• 2. Réduction
• 3. Régénération du ribulose diphosphate 

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Fixation du carbone

• Un CO2 réagit avec un sucre (5C), le ribulose
  diphosphate (RuBP) pour former 2 molécules (3C)
  de phosphoglycérate (PGA).
• Cette réaction est réalisée par une enzyme
  particulière, la RudiP-carboxylase, enzyme la
  plus abondante de la biosphère.
• CO2 RuBP ? 2 PGA
• (1C) (5C) (3C
  chacun)

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Réduction

• Chaque molécule de phosphoglycérate (PGA) subit
  une phosphorylation par un ATP puis est réduit
  par lNADPH pour donner le phosphoglycéraldéhyde
  (PGAL).
• 
  ATP / NADPH
• PGA PGAL
  ADP NADP
• (3C) (3C)

28
Réduction

• Cela se produit en deux étapes
• Premièrement, les molécules dATP donnent des
  groupements phosphate aux molécules de PGA qui se
  transforment en biphosphoglycérate (PGAP).
• Deuxièmement, une molécule de NADPH donne un ion
  hydrogène et deux électrons au PGAP. Cela réduit
  le PGAP en phosphoglycéraldéhyde (PGAL). Le
  NADP oxydé peut retourner à la membrane
  thylakoïdienne pour être réduit à nouveau.

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Régénération du ribulose diphosphate

• Le cycle doit se faire 2 fois avant de générer
  une molécule de glucose car la majorité des PGAL
  redeviennent du RDP.
• Pour une plante, le PGAL est léquivalent de
  lacétyl-CoA chez lhumain.

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Résumé de la phase sombre

• Chaque tour de ce cycle consomme trois molécules
  de CO2.
• Ces réactions aboutissent à la production de six
  molécules de PGAL (composé à trois carbones).
  Cinq dentre elles servent à la poursuite du
  cycle  elles sont recyclées en trois molécules
  de RudiP (avec consommation de 3 ATP).
• La dernière sort du cycle, pour servir, en
  particulier, à la fabrication de sucres. Chaque
  tour de cycle (qui consomme 3 CO2, 9 ATP et
  6 NADPH2) aboutit donc à une production nette
  dune molécule de PGAL.

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Résumé de la phase sombre

• Deux molécules de PGAL sont combinées pour
  synthétiser une molécule de glucose.
• Lintensité des réactions obscures peut être
  augmentée par accroissement de la température.
  Loptimum se situe vers 30C pour les plantes des
  climats tempérés et vers 40C pour quelques
  plantes tropicales.

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Bilan global de la phase sombre

• La somme totale des réactions du cycle de Calvin
  est
• 6CO2 12 NADPH 12 H2O 18 ATP ? C6H12O6 12
  NADP 18 ADP 18 P
• Donc, le Cycle de Calvin 
• Forme le glucose, principale source dénergie
• Régénère la molécule de RuBP, qui est un
  accepteur de CO2.

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La phase sombre le cycle de Calvin
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Animation de la phase sombre

• http//www.science.smith.edu/departments/Biology/B
  io231/calvin.html
• http//highered.mcgraw-hill.com/sites/0070960526/s
  tudent_view0/chapter5/animation_quiz_1.html
• http//www.tfo.org/education/enseignants/toutes_le
  s_ressources/horairescolaire/index.cfmaSE00000064
  16
• http//vcell.ndsu.nodak.edu/animations/photosynthe
  sis/movie.htm (très complexe)

35
Animation de la photosynthèse

• http//www.tfo.org/education/enseignants/toutes_le
  s_ressources/horairescolaire/index.cfmaSE00000064
  16

36
Respiration cellulaire vs Photosynthèse

• Lorganite cellulaire pour la photosynthèse est
  le chloroplaste, tandis que lorganite cellulaire
  pour la respiration cellulaire aérobie est la
  mitochondrie.
• Ceci est une comparaison entre les deux
  processus. Les deux prochaines diapositives
  proposent dautres comparaisons intéressantes.

37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
Quiz

• La photosynthèse
• http//membres.lycos.fr/ajdesor/CAHIER.htm
• Allez à la section de Biologie et cliquer sur le
  titre  Photosynthèse .

40
Laboratoire virtuel

• http//www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/ind
  ex.html

41

• Plusieurs bons sites à vérifier (prof)
• http//www.defl.ca/debloisj_dev/cellules/contenu
  /cellule14.html