Le chloroplaste, siège de la photosynthèse

Le chloroplaste est l'organite cellulaire où se déroule la photosynthèse. Sa structure complexe est adaptée à cette fonction essentielle.

Définition: Les chloroplastes sont des organites compartimentés contenant des empilements $grana$ de sacs aplatis $thylakoïdes$ baignant dans un liquide riche en enzymes $stroma$ où l'on peut observer des grains d'amidon.

Structure du chloroplaste :

• Une enveloppe constituée de deux membranes
• Des thylakoïdes empilés en grana
• Un stroma contenant des enzymes et des grains d'amidon
• La chlorophylle est contenue dans la membrane des thylakoïdes

Highlight: L'observation au microscope électronique $MET x 20 000$ permet de visualiser clairement la structure interne du chloroplaste avec ses grana, son stroma et ses grains d'amidon.

Vocabulaire:

• Thylakoïde : sac aplati contenant la chlorophylle
• Granum : empilement de thylakoïdes
• Stroma : liquide interne du chloroplaste riche en enzymes

Les étapes de la photosynthèse

La photosynthèse se déroule en deux phases principales, qui sont des réactions d'oxydoréduction :

1. La phase photochimique
2. La phase chimique $ou phase sombre$

La phase photochimique

Cette phase se déroule dans les thylakoïdes et correspond à une réaction d'oxydoréduction entre l'eau et des accepteurs de protons et d'électrons $R$.

Définition: La phase photochimique de la photosynthèse implique la photolyse de l'eau et la production d'énergie chimique sous forme d'ATP et de composés réduits $RH2$.

Bilan de la phase photochimique :

• Oxydation : 2 H2O → 4 H+ + 4e- + O2
• Réduction : 2R + 4H+ + 4e- → 2 RH2

Highlight: Cette phase nécessite de l'énergie lumineuse qui est convertie en énergie chimique utilisable par la cellule sous forme d'ATP et de composés réduits.

Exemple: La libération de dioxygène lors de cette phase est le résultat de la photolyse de l'eau.

La phase chimique et le couplage des phases

La phase chimique

Aussi appelée phase sombre de la photosynthèse, cette étape implique la réduction du CO2 et la formation de molécules organiques.

Définition: La phase chimique de la photosynthèse aboutit à l'assimilation du dioxyde de carbone et à la formation de molécules organiques comme les glucides et les acides aminés.

Bilan de la phase chimique : 6 CO2 + 24 H+ + 24 e- → C6H12O6 + 6 H2O

Le couplage entre phase photochimique et chimique

La phase chimique de la photosynthèse nécessite des molécules d'ATP et de RH2 fabriquées lors de la phase photochimique, créant ainsi un couplage entre les deux phases.

Highlight: Ce couplage est essentiel pour l'efficacité globale de la photosynthèse.

Le devenir de la matière organique produite

La matière organique produite par la photosynthèse a plusieurs devenirs :

1. Exportation sous forme de petites molécules solubles $acides aminés, sucres$ vers d'autres organes via la sève élaborée dans le phloème.
2. Transformation en composés organiques assurant des fonctions biologiques : Croissance et port de la plante Stockage dans des organes de réserve $protéines, lipides, amidon, saccharose$

Exemple: Le stockage de matière organique permet à la plante de survivre dans des conditions défavorables et assure sa reproduction $réserves dans les graines et fruits$.

3. Utilisation dans les interactions avec d'autres espèces : Production de tanins ou de raphides contre la prédation Production de nectar ou d'anthocyanes pour attirer les insectes pollinisateurs

Vocabulaire:

• Sève élaborée: liquide transportant les produits de la photosynthèse dans le phloème
• Phloème: tissu conducteur de la sève élaborée

Le couplage entre la phase photochimique et la phase chimique

Le processus de photosynthèse implique un couplage étroit entre la phase photochimique et la phase chimique, qui se déroulent dans différentes parties du chloroplaste.

Phase photochimique

• Se déroule dans la membrane des thylakoïdes
• Implique la chlorophylle
• Utilise l'eau $H2O$ et produit de l'oxygène $O2$
• Produit de l'ATP à partir d'ADP
• Génère des composés réduits $RH2$

Phase chimique

• Se déroule dans le stroma du chloroplaste
• Utilise l'enzyme RubisCO dans le cycle de Calvin
• Consomme du CO2
• Produit des trioses phosphates, qui peuvent être convertis en : Amidon Hexoses phosphates Glucose

Highlight: La RubisCO $Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase$ est l'enzyme-clé du cycle de Calvin, jouant un rôle crucial dans la fixation du CO2.

Vocabulaire:

• Stroma: liquide interne du chloroplaste où se déroule la phase chimique
• Cycle de Calvin: série de réactions biochimiques de la phase sombre de la photosynthèse

Ce couplage permet une utilisation efficace de l'énergie lumineuse pour la production de matière organique, faisant de la plante une productrice de matière organique essentielle dans les écosystèmes.

Les cellules chlorophylliennes et la photosynthèse

La photosynthèse est le processus fondamental par lequel les cellules chlorophylliennes des plantes produisent de la matière organique à partir de matière minérale et d'énergie lumineuse. Ce phénomène permet aux végétaux chlorophylliens d'être autotrophes et phototrophes.

Définition: La photosynthèse est le processus par lequel les cellules chlorophylliennes des parties aériennes des plantes fabriquent des molécules organiques nécessaires à leur survie, à partir de matière minérale et grâce à l'énergie lumineuse.

Les principales caractéristiques de la photosynthèse sont :

• L'absorption de CO2 et le rejet d'O2
• La captation de l'énergie lumineuse par les pigments chlorophylliens dans les chloroplastes
• Le bilan global : 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Vocabulaire: La chlorophylle brute est un mélange de différents pigments qui peuvent être séparés et caractérisés par chromatographie. Elle contient principalement des pigments verts $chlorophylles a et b$ ainsi que des pigments jaunes et oranges $caroténoïdes$.

Highlight: Le spectromètre permet d'obtenir le spectre d'absorption de la chlorophylle brute en fonction de la longueur d'onde des radiations lumineuses. Cela montre que les pigments chlorophylliens absorbent principalement les radiations bleues-violettes et rouges, mais peu les vertes.