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La photosynthèse

La photosynthèse

Les plantes ont la capacité de convertir des substances inorganiques (le dioxyde de carbone et l'eau) en sucre organique.

Biologie

Mots clés

photosynthèse, phase lumineuse, phase sombre, chloroplaste, catabolisme, autotróf, feuille, lumière, ensoleillement, oxygène, matériau organique, dioxyde de carbone, glucose, énergie solaire, eau, dextrose, production d'oxygène, fixation de carbone, membrane interne, granum, thylakoïde, stroma, photosystème II, photosystème I, pigments photosynthétiques, ATP, ATPase, système de transport d'électrons, glycérine-triphosphate, glycéraldéhyde triphosphate, pentose diphosphate, transformation énergétique, cycle, photon, gaz atmosphériques, glucides, Soleil, métabolisme, plante, biochimie, biologie, _javasolt

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Scènes

Le principe de la photosynthèse

  • CO₂ - Ilest une molécule inorganique, à partir de laquelle la plante produit une molécule organique, le sucre. Les plantes sont des organismes autotrophes, ils sont capables de convertir des substances inorganiques en substances organiques. Les organismes hétérotrophes (les animaux et les champignons) n'en sont pas capables.
  • O₂ - Il est libéré comme sous-produit lors de la photosynthèse. Sur Terre, les besoins en oxygène des organismes hétérotrophes sont satisfaits par la photosynthèse.
  • lumière - Les particules de lumière s'appellent les photons. Les plantes utilisent l'énergie des photons afin de produire le sucre organique à partir du CO2 inorganique.
  • C₆H₁₂O₆ - Les plantes produisent le glucose à partir de CO2 en se servant de l'énergie de la lumière.
  • H₂O - L'eau arrive à la plante à partir du sol. Lors de la photosynthèse l'eau se décompose en oxygène, en protons (H+) et en électrons (e-).

Structure d'une feuille

  • faisceau vasculaire: xylème - Il transporte l'eau et les sels minéraux. Lors de la photosynthèse, la plante décompose l'eau en oxygène, en protons (H+) et en électrons (e-).
  • faisceau vasculaire: phloème - Il transporte les nutriments organiques dissous dans de l'eau. Les sucres produits lors de la photosynthèse sont transportés dans la phloème jusqu'aux autres parties de la plante.
  • stomate - Le CO2 nécessaire à la photosynthèse (qui se déroule dans le parenchyme assimilateur) entre dans la feuille à cet endroit. L'oxygène libéré sort également par la stomate. La transpiration aussi s'y déroule et c'est pourquoi il est capable de se refermer afin d'éviter une perte d'eau totale.
  • parenchyme assimilateur - Ses cellules contiennent une grande quantité de chloroplastes, dans lesquels se déroule la photosynthèse. La partie supérieure possède une structure en palissade alors que la partie inférieure est spongieuse.
  • épiderme - Il possède une enveloppe cellulaire. Ses cellules ne contiennent pas de chloroplastes sauf les cellules de garde des stomates. Elles servent à protéger la plante et, via les stomates, à communiquer avec l'environnement.

Photosynthèse

  • faisceau vasculaire: xylème - Il transporte l'eau et les sels minéraux. Lors de la photosynthèse, la plante décompose l'eau en oxygène, en protons (H+) et en électrons (e-).
  • faisceau vasculaire: phloème - Il transporte les nutriments organiques dissous dans de l'eau. Les sucres produits lors de la photosynthèse sont transportés dans la phloème jusqu'aux autres parties de la plante.
  • stomate - Le CO2 nécessaire à la photosynthèse (qui se déroule dans le parenchyme assimilateur) entre dans la feuille à cet endroit. L'oxygène libéré sort également par la stomate. La transpiration aussi s'y déroule et c'est pourquoi il est capable de se refermer afin d'éviter une perte d'eau totale.
  • cellule du parenchyme - Elle contient beaucoup de chloroplastes, dans lesquelles se passe la photosynthèse.
  • CO₂ - Il est une molécule inorganique, à partir de laquelle la plante produit une molécule organique, le sucre. Les plantes sont des organismes autotrophes, ils sont capables de convertir des substances inorganiques en substances organiques. Les organismes hétérotrophes (les animaux et les champignons) n'en sont pas capables.
  • O₂ - Il est libéré comme sous-produit lors de la photosynthèse. Sur Terre, les besoins en oxygène des organismes hétérotrophes sont satisfaits par la photosynthèse.
  • lumière - Ses particules s'appellent les photons. Les plantes utilisent l'énergie des photons afin de produire le sucre organique à partir du CO2 inorganique.
  • C₆H₁₂O₆ - Les plantes produisent le glucose à partir de CO2 en se servant de l'énergie de la lumière.
  • H₂O - Elle arrive à la plante à partir du sol. Lors de la photosynthèse l'eau se décompose en oxygène, en protons (H+) et en électrons (e-).

Cellule

  • Appareil de Golgi - Il joue un rôle important dans la transformation des protéines.
  • Réticulum endoplasmique - C'est un réseaux complexe et intriqué de membranes dans la cellule. Il joue un rôle important dans la synthèse des protéines et dans la synthèse des lipides ainsi que dans la décomposition de certaines matières.
  • vésicule - Dans la cellule, certaines matières sont transportées dans des vésicules, c'est à dire des compartiments formés par la membrane. Un type de vésicule est le lysosome, où se déroulent la digestion des matières et la décomposition des matières inutiles.
  • cytoplasme
  • vacuole - C'est une bulle à l'intérieur de la cellule, remplie de sève. Elle joue un rôle important dans le maintien de la pression hydrostatique interne (ou turgescence), dans le stockage de minéraux et dans la sélection des déchets.
  • chloroplaste - La photosynthèse s'y déroule: l'énergie solaire sert à produire du sucre à partir du dioxyde de carbone.
  • paroi de la cellule - Elle est composée de cellulose et sert à défendre la cellule, à lui permettre de garder sa forme cellulaire et à rendre les tissus de la plante fermes.
  • noyau - Il est fait de chromatine, une combinaison d'ADN et de protéines. Les cellules des animaux, des végétaux et des champignons sont eucaryotes, cela veut dire qu'elles ont un noyau. Les cellules procaryotes (les bactéries) n'ont pas de noyau et leur ADN se trouve dans le cytoplasme.
  • membrane cellulaire - C'est une membrane de lipides qui entoure la cellule.
  • cytosquelette - Il joue un rôle un dans le positionnement et le mouvement des vésicules et des organites. Il permet aussi aux cellules animales qui n'ont pas de membrane cellulaire d'avoir une structure et une forme.
  • Mitochondrie - C'est la centrale énergétique de la cellule: il produit de l'ATP en décomposant les molécules organiques. L'ATP est la molécule du transfert énergétique des cellules.

Phase lumineuse

  • chloroplaste - Il s'occupe de la photosynthèse: il se sert de l'énergie lumineuse afin de produire du sucre à partir du CO2. Il possède deux membranes: la membrane interne contient les enzymes de la photosynthèse.
  • membrane interne - Les thylakoïdes sont des sacs plats qui font partie de la structure de la membrane interne, et ils contiennent les enzymes fondamentales de la phase lumineuse de la photosynthèse. Les thylakoïdes se regroupent pour former les grana.
  • granum
  • thylakoïde
  • stroma
  • membrane thylakoïde - Elle contient les enzymes fondamentales de la phase lumineuse de la photosynthèse.
  • intérieur du thylakoïde
  • photosystème II - Il contient les protéines et les pigments photosynthétiques. Il capte la lumière dont l'onde est de 680nm. Ses pigments sont la chlorophylle a, la chlorophylle b et la xanthophylle. Le pigment fondamental de son centre de réaction est la chlorophylle a. Quand cette chlorophylle a absorbe un photon, elle s'excite et libère un électron qui arrive dans le système de transport des électrons.
  • photosystème I - Il contient les protéines et les pigments photosynthétiques. Il capte la lumière dont l'onde est de 700nm. Ses pigments sont la chlorophylle a, la chlorophylle b et la xanthophylle. Le pigment fondamental de son centre de réaction est la chlorophylle a. Quand cette chlorophylle a absorbe un photon, elle s'excite et libère un électron. Cet électron est remplacé par le photosystème I par un électron capté dans le système de transport des électrons.
  • e-
  • H₂O - Elle arrive à la plante à partir du sol. Lors de la photosynthèse l'eau se décompose en oxygène, en protons (H+) et en électrons (e-).
  • O
  • H+
  • O₂ - Il est libéré comme sous-produit lors de la photosynthèse. Sur Terre, les besoins en oxygène des organismes hétérotrophes sont satisfaits par la photosynthèse.
  • PQ - Elle transmet les électrons libérés par le photosystème II vers le complexe cytochrome.
  • cit - Complexe cytochrome. Il se compose d'une protéine qui contient du fer. Il accepte les électrons de la PQ et les transfère à la PC. En même temps il envoie des H- à la cavité thylakoïde à travers de la membrane.
  • PC - Elle transfère les électrons du complexe cytochrome vers le photosystème I.
  • Fd - Elle transfère les électrons du photosystème I à la molécule FNR.
  • FNR - Elle transfère les électrons entre la ferrédoxine et la NADP, c'est à dire qu'elle réduit la NADP.
  • phosphate
  • ADP
  • ATP - Elle apparait lors de l'union entre l'ADP et le phosphate. C'est une molécule fondamentale de la création d'énergie cellulaire. Elle est utilisée quand du glucose organique est produit lors de la phase obscure, à partir de dioxyde de carbone inorganique.
  • NADP - Elle se réduit en acceptant e- du FNR et H+ qui de déplace à travers de la ATPase
  • NADPH
  • ATPase - C'est une enzyme capable de produire de l'ATP. Les ions H+ arrivent du côté intérieur de la membrane thylakoïde vers le côté externe. Les ions H+ poussent vers l'extérieur à cause de la grande concentration en H+ et de la charge positive excessive. Par conséquent, de l'énergie se libère de l'ATPase et sert à produire de l'ATP.
  • système de transport des électrons - Les électrons excités du photosystème I se dirigent vers le photosystème II à travers de la chaine de transport des électrons. En même temps, les ions H+ traversent la membrane et s'accumulent à l'intérieur du thylakoïde.
  • Force motrice affectant les ions H+

Phase sombre

  • ATP
  • ADP
  • NADPH
  • NADP
  • SC - Une molécule de sucre contenant 5 atomes de carbone (pentose diphosphate).
  • CO₂ - Il est une molécule inorganique, à partir de laquelle la plante produit une molécule organique, le sucre. Le nombre d'atomes de carbone du pentose. L'enzyme qui catalyse la fixation de carbones (RuBisCo) est l'enzyme clé des réactions dans l'obscurité.
  • 3C
  • 3C - Une molécule qui contient 3 atomes de carbone (glycéraldéhyde triphosphate).
  • 6C (glucose) - C'est le produit de la photosynthèse qui est produit à partir d'un sucre de 5 atomes de carbone et le dioxyde de carbone d'un atome de carbone. La plante utilise le glucose dans ses processus métaboliques pour synthétiser l'amidon, et dans les processus anaboliques pour produire de l'ATP.
  • la fixation du CO2, la production de la glycérine triphosphate - C'est la réaction fondamentale de la phase obscure. Le dioxyde de carbone inorganique s'y fixe à la molécule de sucre organique. L'essence des processus autotrophes est la production d'une matière organique à partir d'une matière inorganique. Lu nombre d'atomes de carbone augmente de 5 à 6, et sont produites deux molécules de glycérine triphosphate de trois atomes de carbones. La réaction est catalysée par l'enzyme RuBisCo.
  • la formation de l'acide 1,3-biphosphoglycérique - La glycérine triphosphate de trois atomes de carbones se transforme en acide 1,3-biphosphoglycérique à l'aide de l'ATP.
  • formation de glycéraldéhyde triphosphate - L'acide 1,3-biphosphoglycérique de trois atomes de carbone se transforme en glycéraldéhyde triphosphate de trois atomes de carbone. La réaction nécessite du NADPH et en résulte un phosphate inorganique (l'animation ne montre pas cela).
  • la sortie du cycle du glycéraldéhyde triphosphate - Six molécules de glycéraldéhyde triphosphate sortent du cycle est la cellule les utilise afin de produire du glucose.
  • la production de la pentose diphosphate - Lors de plusieurs étapes, dans les réactions catalysées par les enzymes, à l'aide de l'ATP, les molécules de glycéraldéhyde triphosphate de trois atomes de carbones se transforment en pentose-diphosphate (ou ribulose-1,5-diphosphate) de 5 atomes de carbone. Nous appelons aussi cela la régénération du ribulose-1,5-diphosphate. Et le cycle redémarre.

Feuille artificielle

  • semi-conducteur nitrite - C'est un semi-conducteur bon marché est communément utilisé. Il décompose l'eau à l'aide de l'énergie lumineuse. Cela correspond à la phase lumineuse de la photosynthèse.
  • catalyseur métallique - Il catalyse la réduction du dioxyde de carbone. Cela correspond à la phase obscure de la photosynthèse. Il produit un matériel organique (acide formique) à partir du dioxyde de carbone.
  • H₂O
  • O₂
  • H+
  • e-
  • CO₂
  • HCOOH (acide formique)

Animation

Narration

L'essentiel dans la photosynthèse est que la plante utilise de l'énergie lumineuse afin de produire une matière organique, le glucose, à partir du dioxyde de carbone inorganique. Le sous-produit du processus est l'oxygène.

La photosynthèse se déroule dans les parties végétales vertes comme la feuille ou la tige légère. La couleur verte est engendrée par le parenchyme assimilateur, dont les cellules contiennent une grande quantité de chloroplastes photosynthétiques.

Les chloroplastes ont une double membrane, et à partir de la membrane interne se forment les thylakoïdes en forme de disque. Les thylakoïdes s'assemblent pour former des granas en forme de colonnes. La membrane des thylakoïdes contient les enzymes fondamentales de la phase lumineuse de la photosynthèse.

Parmi elles, les plus importants sont les deux photosystèmes et la chaine de transport des électrons qui se trouve parmi eux. Dans les photosystèmes, on peut rencontrer des pigments photosynthétiques attachés à des protéines. Le plus important d'entre eux est la chlorophylle A. Les molécules de chlorophylle A centrales du photosystème II s'excitent lorsqu'elles rencontrent des photons et libèrent un électron. L'électron arrive au système de transport des électrons. La chlorophylle oxygénée à laquelle il manque un électron remplace les électrons de ses molécules d'eau, ce processus est la décomposition de l'eau: les oxygènes des molécules d'eau s'unient pour former des molécules de dioxygène, alors que les protons s'accumulent du côté interne. Le premier membre de la chaine de transport des électrons est la plastoquinone qui transfère les électrons au complexe cytochrome. Le cytochrome est une protéine qui contient du fer, qui transfère les électrons à la plastocyanine, alors qu'au même moment elle envoie plus de protons vers le côté interne. Les électrons arrivent au photosystème I de la chaine de transport des électrons. Il manque un électron à la molécule de chlorophylle centrale du photosystème I, car en rencontrant les photons elle a libéré des électrons. Les électrons libérés, avec la médiation des molécules de ferrédoxine, arrivant à la ferrédoxine NADP réductase. Lors de la phase lumineuse, les protons s'accumulent du côté interne, c'est pourquoi la concentration de protons augmente et une excès de charge positive se forme. Cela crée une force motrice à partir de l'intérieur vers l'extérieur. Les protons peuvent sortir via l'ATPase, alors que de l'énergie se libère, le système passe d'un état de forte énergie à un état de faible énergie à cause de le l'égalisation entre la charge et la concentration. L'énergie libérée est utilisée afin de produire de l'ATP. Les protons et les électrons sortants acceptent le NADP et du NADPH se forme. EN résumé, l'utilisation de l'énergie des photons engendre une distribution inégale de protons. La force motrice résultant est utilisée pour former de l'ATP.

Les réactions de la phase obscure ne nécessitent pas de lumière. Durant les réactions en obscurité, à l'aide de l'énergie de l'ATP produit lors de la phase lumineuse et aux hydrogènes de la NADPH, le dioxyde de carbone se fixe sur les molécules organiques. Nous débutons avec trois molécules de sucre ayant 5 atomes de carbone. La somme des atomes de carbone est de 15. Une enzyme peut fixer un dioxyde de carbone à trois molécules de sucre, alors que les produits sont divisés en deux. Ainsi se forment 6 molécules ayant trois atomes de carbone. La somme des atomes de carbone est passée à 18. Ensuite, à l'aide d'un NADPH et d'un ATP pour chaque molécule, du glycéraldéhyde triphosphate est produit. Une de ces molécules sort du cycle, alors que les trois restantes, grâce à l'ATP vont former trois molécules à 5 atomes de carbone et le cycle peut recommencer. En somme, dans le cycle, une molécule de trois atomes de carbones est libérée, et pour que cela arrive, il est nécessaire d'avoir de l'ATP et du NADPH produits lors de la phase lumineuse. En deux cycles, deux molécules de trois atomes de carbone se forment, et s'unissent pour former un glucose de 6 atomes de carbone. La plante se sert du glucose pour produire des nutriments de l'amidon, et pour produire de l'ATP lors des processus anaboliques.

Il existe des expériences pour créer des systèmes photosynthétiques artificiels. Dans la feuille artificielle, les réactions lumineuses et obscures se déroulent dans deux récipients distincts. Les réactions lumineuses se déroulent dans un semi-conducteur nitrite, où la lumière génère la décomposition de l'eau. L'oxygène ressort sous forme de bulles, les protons et, au travers d'un fil, les électrons arrivent à l'autre récipient où se déroulent les réactions obscures. Ici, à l'aide du catalyseur métallique, de l'acide formique est produit à partir de l'eau et du dioxyde de carbone. Le système facilite l'usage de l'énergie solaire. De plus, il facilite la réduction de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui pourra aider à la réduction de l'effet de serre.

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