Demande à un biologiste
On entre avec une énergie et on sort avec une autre
Les réactions dépendantes de la lumière ont lieu dans la membrane thylakoïde, à l’intérieur des chloroplastes. Comme il s’agit de réactions » dépendantes » de la lumière, tu peux deviner que ces réactions ont besoin de lumière pour fonctionner. Rappelez-vous que le but de cette première partie de la photosynthèse est de convertir l’énergie de la lumière du soleil en d’autres formes d’énergie…
Les réactions de la photosynthèse dépendantes de la lumière nécessitent la lumière du soleil. Image par Mell27.
Les plantes ne peuvent pas utiliser directement l’énergie lumineuse pour fabriquer des sucres. Au lieu de cela, la plante transforme l’énergie lumineuse en une forme qu’elle peut utiliser : l’énergie chimique. L’énergie chimique est partout autour de nous. Par exemple, les voitures ont besoin de l’énergie chimique de l’essence pour fonctionner. L’énergie chimique que les plantes utilisent est stockée dans l’ATP et le NADPH. L’ATP et le NADPH sont deux types de molécules porteuses d’énergie. Ces deux molécules ne sont pas seulement dans les plantes, car les animaux les utilisent aussi.
Une recette pour l’énergie
Les plantes ont besoin d’eau pour fabriquer du NADPH. Cette eau est brisée pour libérer des électrons (particules subatomiques chargées négativement). Lorsque l’eau est cassée, elle crée également de l’oxygène, un gaz que nous respirons tous.
Les électrons doivent voyager à travers des protéines spéciales coincées dans la membrane thylakoïde. Ils passent par la première protéine spéciale (la protéine du photosystème II) et descendent la chaîne de transport des électrons. Puis ils passent par une deuxième protéine spéciale (la protéine du photosystème I).
Photosystème I et photosystème II
Attendez une seconde… les premiers électrons passent par le deuxième photosystème et ensuite ils passent par le premier ? Cela semble vraiment confus. Pourquoi nommer les photosystèmes de cette façon ?
Les molécules d’eau sont décomposées pour libérer des électrons. Ces électrons se déplacent ensuite le long d’un gradient, stockant au passage de l’énergie sous forme d’ATP. Image de Jina Lee.
Le photosystème I et II ne s’alignent pas sur le parcours des électrons dans la chaîne de transport car ils n’ont pas été découverts dans cet ordre.
Le photosystème I a été découvert en premier. Plus tard, on a découvert le photosystème II qui se trouvait plus tôt dans la chaîne de transport des électrons. Mais c’était trop tard, le nom est resté. Les électrons traversent d’abord le photosystème II puis le photosystème I.
La chaîne de transport d’électrons
Pendant qu’ils sont au photosystème II et I, les électrons recueillent l’énergie de la lumière solaire. Comment font-ils cela ? La chlorophylle, qui est présente dans les photosystèmes, absorbe l’énergie lumineuse. Les électrons énergisés sont ensuite utilisés pour fabriquer du NADPH.
La chaîne de transport d’électrons est une série de molécules qui acceptent ou donnent facilement des électrons. En les traversant pas à pas, les électrons sont déplacés dans une direction spécifique à travers une membrane. Le mouvement des ions hydrogène est couplé à cela. Cela signifie que lorsque les électrons sont déplacés, les ions hydrogène se déplacent également.
L’ATP est créé lorsque les ions hydrogène sont pompés dans l’espace intérieur (lumen) du thylakoïde. Les ions hydrogène ont une charge positive. Comme dans les aimants, les mêmes charges se repoussent, les ions hydrogène veulent donc s’éloigner les uns des autres. Ils s’échappent du thylakoïde par une protéine membranaire appelée ATP synthase. En traversant la protéine, ils lui donnent de l’énergie, comme l’eau qui traverse un barrage. Lorsque les ions hydrogène traversent la protéine et descendent dans la chaîne de transport des électrons, l’ATP est créé. C’est ainsi que les plantes transforment la lumière du soleil en énergie chimique qu’elles peuvent utiliser.
Le cycle de Calvin : Construire la vie à partir de l’air
Comment quelque chose comme l’air devient-il le bois d’un arbre ? La réponse se trouve dans ce qui compose l’air.
Comment l’air entourant un arbre peut-il être transformé en matière d’arbre ? Grâce à un ensemble complexe de réactions qui utilisent le carbone de l’air pour fabriquer d’autres matériaux. Image par André Karwath.
L’air contient différents éléments comme l’oxygène, le carbone et l’azote. Ces éléments constituent des molécules comme le dioxyde de carbone (CO2). Le dioxyde de carbone est constitué d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène. Les plantes prennent l’atome de carbone du dioxyde de carbone et l’utilisent pour fabriquer des sucres.
Ceci se fait à l’aide du cycle de Calvin. Le cycle de Calvin se produit à l’intérieur des chloroplastes, mais à l’extérieur des thylakoïdes (où l’ATP a été créé). L’ATP et le NADPH provenant des réactions dépendantes de la lumière sont utilisés dans le cycle de Calvin.
Des parties du cycle de Calvin sont parfois appelées réactions indépendantes de la lumière. Mais ne vous laissez pas tromper par ce nom… ces réactions ont besoin de la lumière du soleil pour fonctionner.
La protéine RuBisCO participe également au processus de transformation du carbone de l’air en sucres. RuBisCO fonctionne lentement, les plantes en ont donc besoin en grande quantité. En fait, RuBisCO est la protéine la plus abondante au monde !
Les produits du cycle de Calvin sont utilisés pour fabriquer du glucose, un sucre simple. Le glucose est utilisé pour construire des sucres plus complexes comme l’amidon et la cellulose. L’amidon stocke l’énergie pour la plante et la cellulose est la substance dont sont faites les plantes.
Images via Wikimedia Commons. Image de semis par Bff.