3- La photosynthèse, un mécanisme en deux étapes
Les pigments qui reçoivent l’énergie lumineuse jouent donc un rôle fondamental dans la photosynthèse.
Comment ces pigments chlorophylliens participent-ils à la conversion de l’énergie lumineuse en énergie
chimique utilisable par la cellule
Comment le CO2 est-il incorporé dans les molécules organiques, produits de la photosynthèse ?
Activité 3a : La photosynthèse, un processus à 2 phases (Belin, p. 17)
Activité 3b : La phase photochimique, dans les thylakoïdes (fiche TP3) +
Activité 3c : La phase chimique, dans le stroma (Belin, p. 22-23)
Bilan 3 :
La conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique, c’est-à-dire en sucres simples, à partir du
CO2 atmosphérique et d’H2O peut se résumer sous la réaction photosynthétique globale :
6 CO2 + 6 H2O + Energie lumineuse convertie en ATP + C6H12O6 + 6 O2
Plusieurs types d'expériences ont montré que la photosynthèse pouvait être découpée en deux phases de significations
différentes mais couplées entre elles et nécessitant des intermédiaires.
- une phase de conversion de l’énergie radiative pendant
la phase photochimique
, dans les thylakoïdes,
- une phase d’assimilation et donc de réduction du CO2 pendant
la phase non photochimique
, dans le stroma.
La phase photochimique convertit l’énergie lumineuse en ATP dans les thylakoïdes (voir TP)
Dans les thylakoïdes, la phase photochimique débute par l’activation de la chlorophylle:
- l’énergie lumineuse photonique est absorbée par les électrons de la chlorophylle au niveau de
photosystèmes
,
- les molécules de chlorophylle activées par la lumière libèrent des électrons (c’est la source d’électrons
indispensable au vivant),
- ces électrons, « dopés » énergétiquement, sont captés et pris en charge par un système de transporteurs
d’électrons (chaîne photosynthétique) pour être conduits vers un accepteur d’électron R+ (composés oxydés) qui
est réduit en RH2 (transporteurs de protons = composés réduits, c’est la source de protons indispensable au
vivant), conformément aux potentiels redox des diverses molécules impliquées
- la chlorophylle devenue électropositive reprend ses électrons en dissociant une molécule d’eau et produisant du
dioxygène: c’est
la photolyse de l’eau ou oxydation de l’eau
: 2 H2O 4 H+ + 4 e- + O2
- suivant un principe analogue à celui observé dans les mitochondries (voir infra), l’écoulement des électrons le long
de la chaîne photosynthétique permet d’emmagasiner de l’énergie sous forme d’ATP. En effet, les protons
s’accumulent dans
le thylakoïde
, la concentration en H+ devient élevée et un flux de protons s’établit dans le canal
de l’ATPsynthétase, assurant la synthèse et donc la régénération de l’ATP (c’est la source d’énergie
indispensable au vivant). L’ATP se construit à partir d’ADP et de phosphate inorganique Pi prélevé dans la
solution du sol et acheminé dans la sève brute.
L’énergie lumineuse est donc convertie en énergie chimique sous deux formes :
Des composés RH2 possédant un fort pouvoir réducteur
Des molécules d’ATP dont l’hydrolyse peut libérer une grande quantité d’énergie