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Vidéo de la leçon : Réactions dépendantes de la lumière Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire les réactions qui se produisent pendant la phase claire de la photosynthèse et rappeler les produits formés.

12:07

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir les réactions de la photosynthèse dépendantes de la lumière. Nous découvrirons la chaîne de transport d’électrons et la série de réactions qui ont lieu pour produire de l’ATP dans les cellules végétales.

Les plantes, comme tous les organismes vivants, ont besoin de nourriture pour rester en vie et en bonne santé. Mais contrairement aux animaux, les plantes ne peuvent pas se déplacer pour chasser ou récolter leur nourriture; elles effectuent à la place la photosynthèse. La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et en oxygène. Nous pouvons en apprendre un peu plus sur la photosynthèse à partir du mot en lui même. «Photo-»  signifie lumière et «synthèse» signifie fabriquer. Ainsi, la photosynthèse fait référence à un processus qui fabrique des aliments en utilisant la lumière.

La photosynthèse chez les plantes comporte deux étapes principales: une étape qui dépend complètement de la présence de la lumière et une qui ne l’est pas. De ce fait, même si une des étapes de la photosynthèse se produit indépendamment de la lumière, la réaction globale ne pourra pas avoir lieu sans une source de lumière. Jetons un coup d’œil sur l’étape de la photosynthèse qui utilise directement l’énergie lumineuse, que nous appelons la phase claire, la phase lumineuse, ou encore la phase où se produisent les réactions dépendantes de la lumière ou réactions photochimiques. Les réactions photochimiques ont lieu dans les chloroplastes des cellules végétales. Les chloroplastes sont des organites qui se trouvent principalement dans les cellules des plantes et de certaines algues.

L’étape claire de la photosynthèse dépend des photosystèmes pour absorber la lumière, qui se trouvent dans la membrane des thylakoïdes à l’intérieur du chloroplaste. C’est donc là que se déroulent les réactions dépendantes de la lumière. Examinons un peu plus en détail les structures impliquées dans les réactions photochimiques.

À l’intérieur de la membrane des thylakoïdes se trouvent deux photosystèmes. Ces photosystèmes contiennent des pigments photosynthétiques, principalement le pigment chlorophylle. Ces pigments absorbent la lumière nécessaire aux réactions dépendantes de la lumière. Il existe également d’autres structures; notamment des transporteurs d’électrons, les pompes à protons, l’enzyme NADP+ réductase et l’enzyme ATP synthase. Nous en apprendrons plus sur le rôle que jouent ces structures tout au long de la vidéo. Passons donc en revue les réactions qui composent la phase claire de la photosynthèse.

Tout d’abord, le photosystème deux absorbe l’énergie lumineuse. Cela peut vous paraître étrange: pourquoi le photosystème deux intervient-il avant le photosystème un? C’est en fait simplement à cause de l’ordre dans lequel ils ont été découverts, le photosystème un ayant été découvert et nommé avant de trouver le second.

L’absorption de l’énergie lumineuse par le photosystème deux amorce deux événements. Tout d’abord, les électrons du photosystème deviennent excités et passent à un niveau d’énergie supérieur. Ils sont ensuite transférés à l’accepteur d’électrons suivant dans la chaîne de transport d’électrons.

Deuxièmement, une molécule d’eau est décomposée en un atome d’oxygène et deux ions hydrogène. La décomposition de la molécule d’eau par le biais de l’énergie lumineuse est appelée photolyse. La photolyse de l’eau libère également des électrons. Ces électrons remplacent ceux qui sont passés du photosystème deux à l’accepteur d’électrons suivant et, comme précédemment, peuvent absorber l’énergie lumineuse et devenir excités.

Maintenant, nous pouvons suivre le trajet de ces électrons. Ces électrons descendent le long des structures qui composent la chaîne de transport d’électrons, ce qui libère de l’énergie au cours du processus. Cette énergie est utilisée pour transporter activement les ions hydrogène depuis le stroma du chloroplaste vers l’intérieur du thylakoïde, également appelé le lumen du thylakoïde. Les électrons sont ensuite transmis vers le photosystème un par l’intermédiaire d’un transporteur d’électrons. Le photosystème un, tout comme le photosystème deux, absorbe l’énergie lumineuse. Ensuite, les électrons du photosystème un deviennent excités. Ils passent aux transporteurs d’électrons, puis à l’enzyme NADP+ réductase. À ce moment là, la coenzyme NADP+ est réduite, mais qu’est-ce que cela signifie excatement?

En chimie, la réduction correspond au gain d’électrons. Dans cette réaction, la coenzyme NADP+ gagne deux électrons et un ion hydrogène pour former du NADP réduit, également appelé NADPH. C’est une réaction importante, car le NADPH est une coenzyme clé dans l’étape suivante de la photosynthèse, la phase indépendante de la lumière. Vous vous souvenez peut-être qu’au début du processus, les ions hydrogène sont activement transportés du stroma vers le lumen du thylakoïde. Cela signifie que l’intérieur du thylakoïde contient une concentration plus élevée en ions hydrogène que le stroma. La différence de charge électrique et du nombre d’ions hydrogène de part et d’autre de la membrane du thylakoïde est appelée gradient électrochimique.

Nous nous attendons à ce que les ions hydrogène se déplacent dans le sens de leur gradient électrochimique par diffusion. Autrement dit, ils passent d’une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. Cependant, les ions hydrogène ne vont pas simplement diffuser à travers la membrane; au lieu de cela, ils se déplacent à travers le canal interne de l’enzyme ATP synthase. Ce mouvement d’ions vers le bas de leur gradient électrochimique s’appelle une chimiosmose. Mais pourquoi est-ce important? Le mouvement des ions hydrogène à travers l’ATP synthase est couplé à la phosphorylation de l’ADP. Dans ce processus, l’ADP, ou adénosine diphosphate, acquiert un groupe phosphate pour former de l’ATP ou de l’adénosine triphosphate.

L’ATP est la molécule porteuse d’énergie de toutes les cellules vivantes, y compris les plantes. La décomposition de l’ATP et des liaisons associées fournit un apport d’énergie constamment disponible et rapide. Comme cette phosphorylation de l’ADP est couplée au mouvement des ions hydrogène à travers l’ATP synthase, nous pouvons dire que l’ATP est synthétisé par chimiosmose. Alors maintenant, nous avons atteint la fin des réactions photochimiques. Récapitulons rapidement les principaux réactifs et produits.

Nous savons qu’une molécule d’eau, H2O, est décomposée en oxygène, en ions hydrogène et en électrons, grâce à l’énergie lumineuse. Cet oxygène vient en fait de l’oxygène que nous, les êtres humains, respirons. Après, NADP+ accepte deux électrons et un ion hydrogène pour former un NADP réduit ou NADPH. Enfin, l’ADP gagne un groupe phosphate pour former de l’ATP par chimiosmose. Le processus que nous avons examiné jusqu’à présent peut également être appelé photophosphorylation non cyclique. Décomposons ce terme pour comprendre ce qu’il signifie.

«Photo-» fait référence à la lumière, et «-phosphorylation» désigne l’ajout d’un groupe phosphate. Nous savons que dans les réactions photochimiques, l’énergie lumineuse est requise et l’ADP est phosphorylé pour former de l’ATP. «Non cyclique» signifie que ce processus est linéaire, c’est à dire il ne se déroule que dans une seule direction. Cependant, la photophosphorylation cyclique peut également avoir lieu. Dans la photophosphorylation cyclique, seul le photosystème un est utilisé.

Les électrons excités par l’absorption de la lumière sont principalement recyclés. Ces électrons ne sont pas transmis à la NADP+ réductase pour être acquis par le NADP+. Au lieu de cela, les électrons qui ont été excités par l’énergie lumineuse dans le photosystème un se déplacent à travers les transporteurs d’électrons et retournent au photosystème un pour répéter le cycle. Les ions hydrogène continuent d’être activement transportés dans le lumen des thylakoïdes, puis traversent l’ATP synthase. Ainsi, de l’ATP est toujours générée.

Maintenant que nous avons appris les réactions photochimiques de la photosynthèse, essayons quelques questions pratiques.

Quel est le nom donné à la création de l’ATP à partir de la phosphorylation de l’ADP en utilisant l’énergie lumineuse? (A) La déphosphorylation, (B) la phosphorylation oxydative, (C) la photophosphorylation, (D) la chimiosmose.

Pour nous aider à répondre à cette question, analysons les réactions décrites. La phosphorylation fait référence à l’ajout d’un groupe phosphate. Lorsque l’ADP est phosphorylée, elle forme la molécule porteuse d’énergie ATP. À l’étape de la photosynthèse dépendante de la lumière, cette phosphorylation de l’ADP est catalysée par l’enzyme ATP synthase. Ce processus ne se produit que lorsque la lumière est disponible. C’est en fait de là que vient la partie «photo-» de photosynthèse. «Photo-» signifie lumière et «-synthèse» signifie fabriquer. Nous pouvons donc en déduire que les réactions qui nécessitent de l’énergie lumineuse contiendront généralement le mot «photo-».

D’après nos réponses, nous pouvons voir que l’une des options résume le processus de phosphorylation d’une molécule via l’énergie lumineuse. Par conséquent, la création d’ATP à partir de la phosphorylation de l’ADP en utilisant l’énergie lumineuse est connue sous le nom de photophosphorylation, soit le choix de réponse (C).

Le schéma fourni illustre les réactions photochimiques. Comment sont remplacés les électrons à mesure qu’ils passent du photosystème deux au photosystème un? (A) Par la réduction de NADP+, (B) par la photolyse de l’eau, (C) par l’absorption d’énergie lumineuse, (D) par le mouvement des ions H+.

La phase de la photosynthèse dépendante de la lumière utilise l’énergie lumineuse pour initier une série de réactions, ce qui aboutit finalement à la production d’ATP. Tout d’abord, le photosystème deux absorbe l’énergie lumineuse, ce qui excite les électrons contenus dans le pigment de chlorophylle du photosystème. Les électrons se déplacent alors d’une structure de la chaîne de transport d’électrons à une autre. Cela signifie que les électrons qui ont été transportés depuis le photosystème deux doivent être remplacés.

L’énergie lumineuse absorbée par le photosystème deux est non seulement utilisée pour exciter les électrons, mais aussi pour décomposer les molécules d’eau. Chaque molécule d’eau est décomposée en oxygène, deux ions hydrogène et deux électrons. La décomposition de l’eau par le biais de l’énergie lumineuse est appelée la photolyse. Les électrons produits par la photolyse de l’eau remplacent les électrons qui passent du photosystème deux au photosystème un. Par conséquent, notre bonne réponse est le choix (B). Les électrons sont remplacés par la photolyse de l’eau.

Terminons notre vidéo avec quelques points clés. La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en oxygène et en glucose en utilisant l’énergie lumineuse. Les réactions de la photosynthèse dépendantes de la lumière se produisent principalement dans la membrane des thylakoïdes. Ces réactions sont amorcées avec l’absorption de la lumière par les photosystèmes. L’ATP est formée par la phosphorylation de l’ADP, qui est couplée au mouvement des ions hydrogène à travers l’ATP synthase. La formation d’ATP grâce à l’énergie lumineuse est appelée photophosphorylation.

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