Photosynthèse est la synthèse de composés organiques dans les feuilles des plantes vertes à partir de l'eau et du dioxyde de carbone atmosphérique en utilisant l'énergie solaire (lumineuse) adsorbée par la chlorophylle des chloroplastes.
Grâce à la photosynthèse, l'énergie lumineuse visible est captée et convertie en énergie chimique, qui est stockée (stockée) dans les substances organiques formées lors de la photosynthèse.
La date de découverte du processus de photosynthèse peut être considérée comme 1771. Le scientifique anglais J. Priestley a attiré l'attention sur les changements dans la composition de l'air dus à l'activité vitale des animaux. En présence de plantes vertes, l’air redevient propice à la respiration et à la combustion. Par la suite, les travaux de plusieurs scientifiques (Y. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J.B. Boussingault) ont établi que les plantes vertes absorbent le CO 2 de l'air, à partir duquel se forme la matière organique avec la participation de l'eau à la lumière. . C'est ce processus que le scientifique allemand W. Pfeffer a appelé en 1877 la photosynthèse. La loi de conservation de l'énergie formulée par R. Mayer était d'une grande importance pour révéler l'essence de la photosynthèse. En 1845, R. Mayer a proposé que l'énergie utilisée par les plantes soit l'énergie du Soleil, que les plantes convertissent en énergie chimique par le processus de photosynthèse. Cette position a été développée et confirmée expérimentalement dans les recherches du remarquable scientifique russe K.A. Timiriazev.
Le rôle principal des organismes photosynthétiques :
1) transformation de l'énergie de la lumière solaire en énergie des liaisons chimiques des composés organiques ;
2) saturation de l'atmosphère en oxygène ;
Grâce à la photosynthèse, 150 milliards de tonnes de matière organique se forment sur Terre et environ 200 milliards de tonnes d'oxygène libre sont libérées chaque année. Il empêche une augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère, empêchant ainsi la surchauffe de la Terre (effet de serre).
L’atmosphère créée par la photosynthèse protège les êtres vivants des rayons UV nocifs à ondes courtes (le bouclier oxygène-ozone de l’atmosphère).
Seulement 1 à 2 % de l’énergie solaire est transférée à la récolte des plantes agricoles ; les pertes sont dues à une absorption incomplète de la lumière. Il existe donc d'énormes perspectives d'augmentation de la productivité grâce à la sélection de variétés à haute efficacité de photosynthèse et à la création d'une structure de culture favorable à l'absorption de la lumière. À cet égard, le développement des fondements théoriques du contrôle de la photosynthèse devient particulièrement pertinent.
L'importance de la photosynthèse est énorme. Notons seulement qu'elle fournit le carburant (énergie) et l'oxygène atmosphérique nécessaires à l'existence de tous les êtres vivants. Le rôle de la photosynthèse est donc planétaire.
La planétarité de la photosynthèse est également déterminée par le fait que grâce au cycle de l'oxygène et du carbone (principalement), la composition actuelle de l'atmosphère est maintenue, ce qui à son tour détermine le maintien de la vie sur Terre. Nous pouvons en outre dire que l’énergie stockée dans les produits de la photosynthèse est essentiellement la principale source d’énergie dont dispose actuellement l’humanité.
Réaction totale de la photosynthèse
CO 2 +H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
La chimie de la photosynthèse est décrite par les équations suivantes :
Photosynthèse – 2 groupes de réactions :
scène lumineuse (dépend de éclairage)
scène sombre (dépend de la température).
Les deux groupes de réactions se produisent simultanément
La photosynthèse se produit dans les chloroplastes des plantes vertes.
La photosynthèse commence par la capture et l'absorption de la lumière par le pigment chlorophylle, présent dans les chloroplastes des cellules végétales vertes.
Cela s’avère suffisant pour déplacer le spectre d’absorption de la molécule. 
La molécule de chlorophylle absorbe les photons dans le violet et le bleu, puis dans la partie rouge du spectre, et n'interagit pas avec les photons dans la partie verte et jaune du spectre.
C'est pourquoi la chlorophylle et les plantes semblent vertes - elles ne peuvent tout simplement pas profiter des rayons verts et les laisser errer à travers le monde (le rendant ainsi plus vert).
Les pigments photosynthétiques sont situés sur la face interne de la membrane thylakoïde.
Les pigments sont organisés en photosystèmes(champs d'antenne pour capturer la lumière) - contenant 250 à 400 molécules de pigments différents.
Le photosystème est constitué de :
centre de réaction photosystèmes (molécule de chlorophylle UN),
molécules d'antenne
Tous les pigments du photosystème sont capables de se transférer de l’énergie d’état excité. L'énergie photonique absorbée par l'une ou l'autre molécule de pigment est transférée à une molécule voisine jusqu'à ce qu'elle atteigne le centre réactionnel. Lorsque le système résonant du centre de réaction passe dans un état excité, il transfère deux électrons excités à la molécule acceptrice et s'oxyde ainsi et acquiert une charge positive.
Dans les plantes :
photosystème 1(absorption lumineuse maximale à une longueur d'onde de 700 nm - P700)
photosystème 2(absorption lumineuse maximale à une longueur d'onde de 680 nm - P680
Les différences dans les optima d’absorption sont dues à de légères différences dans la structure des pigments.
Les deux systèmes fonctionnent en tandem, comme un convoyeur en deux parties appelé photophosphorylation non cyclique .
Équation récapitulative pour photophosphorylation non cyclique:
Ф - symbole du résidu d'acide phosphorique
Le cycle commence avec le photosystème 2.
1) les molécules d'antenne capturent le photon et transmettent l'excitation à la molécule centrale active P680 ;
2) la molécule P680 excitée donne deux électrons au cofacteur Q, tandis qu'elle s'oxyde et acquiert une charge positive ;
Cofacteur(cofacteur). Une coenzyme ou toute autre substance nécessaire à une enzyme pour remplir sa fonction
Coenzymes (coenzymes)[de lat. co (cum) - ensemble et enzymes], composés organiques de nature non protéique participant à la réaction enzymatique en tant qu'accepteurs d'atomes individuels ou de groupes atomiques clivés par l'enzyme de la molécule de substrat, c'est-à-dire pour réaliser l'action catalytique des enzymes. Ces substances, contrairement au composant protéique de l'enzyme (apoenzyme), ont un poids moléculaire relativement faible et sont généralement thermostables. Parfois, les coenzymes désignent toutes les substances de faible poids moléculaire dont la participation est nécessaire pour que l'action catalytique de l'enzyme se produise, y compris les ions, par exemple. K + , Mg 2+ et Mn 2+ . Les enzymes sont localisées. dans le centre actif de l'enzyme et, avec le substrat et les groupes fonctionnels du centre actif, forment un complexe activé.
La plupart des enzymes nécessitent la présence d'un coenzyme pour exercer une activité catalytique. L'exception concerne les enzymes hydrolytiques (par exemple, les protéases, les lipases, la ribonucléase), qui remplissent leur fonction en l'absence de coenzyme.
La molécule est réduite de P680 (sous l'action d'enzymes). Dans ce cas, l'eau se dissocie en protons et l'oxygène moléculaire, ceux. l'eau est un donneur d'électrons, qui assure le réapprovisionnement en électrons du P 680.
PHOTOLYSE EAU- clivage d'une molécule d'eau, notamment lors de la photosynthèse. La photolyse de l’eau produit de l’oxygène qui est libéré par les plantes vertes à la lumière.
Photosynthèse non chlorophyllienne
Localisation spatiale
La photosynthèse végétale se produit dans les chloroplastes : organites isolés à double membrane de la cellule. Les chloroplastes peuvent être trouvés dans les cellules des fruits et des tiges, mais le principal organe de la photosynthèse, anatomiquement adapté pour sa réalisation, est la feuille. Dans la feuille, le tissu du parenchyme palissadique est le plus riche en chloroplastes. Chez certaines plantes succulentes à feuilles dégénérées (comme les cactus), la principale activité photosynthétique est associée à la tige.
La lumière nécessaire à la photosynthèse est mieux captée en raison de la forme plate de la feuille, qui offre un rapport surface/volume élevé. L'eau est acheminée depuis la racine via un réseau développé de vaisseaux (veines des feuilles). Le dioxyde de carbone pénètre en partie par diffusion à travers la cuticule et l'épiderme, mais la majeure partie se diffuse dans la feuille par les stomates et à travers la feuille par l'espace intercellulaire. Les plantes qui effectuent la photosynthèse CAM ont développé des mécanismes spéciaux pour l'assimilation active du dioxyde de carbone.
L'espace interne du chloroplaste est rempli de contenu incolore (stroma) et est traversé par des membranes (lamelles) qui, lorsqu'elles sont reliées les unes aux autres, forment des thylakoïdes, qui à leur tour sont regroupés en piles appelées grana. L'espace intrathylakoïde est séparé et ne communique pas avec le reste du stroma ; on suppose également que l'espace interne de tous les thylakoïdes communique entre eux. Les étapes légères de la photosynthèse sont confinées aux membranes ; la fixation autotrophe du CO 2 se produit dans le stroma.
Les chloroplastes ont leur propre ADN, ARN, ribosomes (type années 70) et la synthèse des protéines se produit (bien que ce processus soit contrôlé depuis le noyau). Ils ne sont pas synthétisés à nouveau, mais sont formés en divisant les précédents. Tout cela a permis de les considérer comme les descendants de cyanobactéries libres devenues partie intégrante de la cellule eucaryote au cours du processus de symbiogenèse.
Photosystème I
Le complexe de récupération de lumière I contient environ 200 molécules de chlorophylle.
Dans le centre réactionnel du premier photosystème se trouve un dimère de chlorophylle a avec un maximum d'absorption à 700 nm (P700). Après excitation par un quantum de lumière, il restaure l'accepteur primaire - la chlorophylle a, qui restaure l'accepteur secondaire (vitamine K 1 ou phylloquinone), après quoi l'électron est transféré à la ferrédoxine, qui réduit le NADP à l'aide de l'enzyme ferrédoxine-NADP réductase.
La protéine plastocyanine, réduite dans le complexe b 6 f, est transportée vers le centre réactionnel du premier photosystème depuis l'espace intrathylakoïde et transfère un électron vers le P700 oxydé.
Transport d'électrons cyclique et pseudocyclique
En plus du chemin électronique non cyclique complet décrit ci-dessus, un chemin cyclique et pseudo-cyclique a été découvert.
L'essence de la voie cyclique est que la ferrédoxine, au lieu du NADP, réduit la plastoquinone, qui la renvoie au complexe b 6 f. Cela se traduit par un gradient de protons plus important et plus d’ATP, mais pas de NADPH.
Dans la voie pseudocyclique, la ferrédoxine réduit l'oxygène, qui est ensuite converti en eau et peut être utilisé dans le photosystème II. Dans ce cas, le NADPH ne se forme pas non plus.
Scène sombre
Au stade sombre, avec la participation de l'ATP et du NADPH, le CO 2 est réduit en glucose (C 6 H 12 O 6). Bien que la lumière ne soit pas nécessaire à ce processus, elle participe à sa régulation.
Photosynthèse C 3, cycle de Calvin
La troisième étape implique 5 molécules de PHA qui, grâce à la formation de composés à 4, 5, 6 et 7 carbones, sont combinées en 3 5 carbones ribulose-1,5-biphosphate, qui nécessitent du 3ATP.
Enfin, deux PHA sont nécessaires à la synthèse du glucose. Pour former une de ses molécules, 6 tours de cycle, 6 CO 2, 12 NADPH et 18 ATP sont nécessaires.
Photosynthèse C 4
Articles principaux : Cycle Hatch-Slack-Karpilov, Photosynthèse C4
À une faible concentration de CO 2 dissous dans le stroma, la ribulose biphosphate carboxylase catalyse la réaction d'oxydation du ribulose-1,5-biphosphate et sa dégradation en acide 3-phosphoglycérique et acide phosphoglycolique, qui est obligé d'être utilisé dans le processus de photorespiration. .
Pour augmenter la concentration de CO2, les plantes de type 4 C ont modifié l’anatomie de leurs feuilles. Le cycle de Calvin est localisé dans les cellules de la gaine du faisceau vasculaire ; dans les cellules du mésophylle, sous l'action de la PEP carboxylase, le phosphoénolpyruvate est carboxylé pour former de l'acide oxaloacétique, qui est transformé en malate ou aspartate et transporté vers les cellules de la gaine, où il est décarboxylé pour former du pyruvate, qui est renvoyé aux cellules du mésophylle.
Avec 4, la photosynthèse ne s'accompagne pratiquement pas de pertes de ribulose-1,5-biphosphate du cycle de Calvin, et est donc plus efficace. Cependant, la synthèse d’une molécule de glucose nécessite non pas 18, mais 30 ATP. Ceci se justifie sous les tropiques, où le climat chaud nécessite de garder les stomates fermés, ce qui empêche l'entrée du CO 2 dans la feuille, ainsi qu'avec une stratégie de vie rudérale.
la photosynthèse elle-même
Plus tard, il a été découvert qu'en plus de libérer de l'oxygène, les plantes absorbent du dioxyde de carbone et, avec la participation de l'eau, synthétisent de la matière organique à la lumière. S'appuyant sur la loi de conservation de l'énergie, Robert Mayer a postulé que les plantes convertissent l'énergie du soleil en énergie de liaisons chimiques. W. Pfeffer a appelé ce processus photosynthèse.
Les chlorophylles ont été isolées pour la première fois par P. J. Peltier et J. Caventou. M. S. Tsvet a réussi à séparer les pigments et à les étudier séparément en utilisant la méthode de chromatographie qu'il a créée. Les spectres d'absorption de la chlorophylle ont été étudiés par K. A. Timiryazev, qui, développant les principes de Mayer, a montré que ce sont les rayons absorbés qui permettent d'augmenter l'énergie du système, créant des liaisons C-C de haute énergie au lieu de faibles liaisons C-O et O-H ( avant cela, on croyait que la photosynthèse utilisait des rayons jaunes qui ne sont pas absorbés par les pigments des feuilles). Cela a été fait grâce à la méthode qu'il a créée pour comptabiliser la photosynthèse basée sur le CO 2 absorbé : lors d'expériences d'éclairage d'une plante avec de la lumière de différentes longueurs d'onde (différentes couleurs), il s'est avéré que l'intensité de la photosynthèse coïncide avec le spectre d'absorption de la chlorophylle. .
La nature redox de la photosynthèse (à la fois oxygénée et anoxygénique) a été postulée par Cornelis van Niel. Cela signifiait que l'oxygène lors de la photosynthèse était entièrement formé à partir de l'eau, ce qui a été confirmé expérimentalement par A.P. Vinogradov lors d'expériences avec un marqueur isotopique. Robert Hill a découvert que les processus d'oxydation de l'eau (et de libération d'oxygène) et d'assimilation du CO 2 peuvent être séparés. W. D. Arnon a établi le mécanisme des étapes lumineuses de la photosynthèse, et l'essence du processus d'assimilation du CO 2 a été révélée par Melvin Calvin à l'aide d'isotopes de carbone à la fin des années 1940, pour lesquels il a reçu le prix Nobel.
Autres faits
voir également
Littérature
- Hall D., Rao K. Photosynthèse : Trad. de l'anglais - M. : Mir, 1983.
- Physiologie végétale / éd. prof. Ermakova I.P. - M. : Académie, 2007
- Biologie moléculaire des cellules / Albertis B., Bray D. et al. - M. : Mir, 1994
- Rubin A.B. Biophysique. En 2 vol. - M. : Maison d'édition. Université et sciences de Moscou, 2004.
- Chernavskaya N.M.,
Photosynthèse non chlorophyllienne
Localisation spatiale
La photosynthèse végétale se produit dans les chloroplastes : organites isolés à double membrane de la cellule. Les chloroplastes peuvent être trouvés dans les cellules des fruits et des tiges, mais le principal organe de la photosynthèse, anatomiquement adapté pour sa réalisation, est la feuille. Dans la feuille, le tissu du parenchyme palissadique est le plus riche en chloroplastes. Chez certaines plantes succulentes à feuilles dégénérées (comme les cactus), la principale activité photosynthétique est associée à la tige.
La lumière nécessaire à la photosynthèse est mieux captée en raison de la forme plate de la feuille, qui offre un rapport surface/volume élevé. L'eau est acheminée depuis la racine via un réseau développé de vaisseaux (veines des feuilles). Le dioxyde de carbone pénètre en partie par diffusion à travers la cuticule et l'épiderme, mais la majeure partie se diffuse dans la feuille par les stomates et à travers la feuille par l'espace intercellulaire. Les plantes qui effectuent la photosynthèse CAM ont développé des mécanismes spéciaux pour l'assimilation active du dioxyde de carbone.
L'espace interne du chloroplaste est rempli de contenu incolore (stroma) et est traversé par des membranes (lamelles) qui, lorsqu'elles sont reliées les unes aux autres, forment des thylakoïdes, qui à leur tour sont regroupés en piles appelées grana. L'espace intrathylakoïde est séparé et ne communique pas avec le reste du stroma ; on suppose également que l'espace interne de tous les thylakoïdes communique entre eux. Les étapes légères de la photosynthèse sont confinées aux membranes ; la fixation autotrophe du CO 2 se produit dans le stroma.
Les chloroplastes ont leur propre ADN, ARN, ribosomes (type années 70) et la synthèse des protéines se produit (bien que ce processus soit contrôlé depuis le noyau). Ils ne sont pas synthétisés à nouveau, mais sont formés en divisant les précédents. Tout cela a permis de les considérer comme les descendants de cyanobactéries libres devenues partie intégrante de la cellule eucaryote au cours du processus de symbiogenèse.
Photosystème I
Le complexe de récupération de lumière I contient environ 200 molécules de chlorophylle.
Dans le centre réactionnel du premier photosystème se trouve un dimère de chlorophylle a avec un maximum d'absorption à 700 nm (P700). Après excitation par un quantum de lumière, il restaure l'accepteur primaire - la chlorophylle a, qui restaure l'accepteur secondaire (vitamine K 1 ou phylloquinone), après quoi l'électron est transféré à la ferrédoxine, qui réduit le NADP à l'aide de l'enzyme ferrédoxine-NADP réductase.
La protéine plastocyanine, réduite dans le complexe b 6 f, est transportée vers le centre réactionnel du premier photosystème depuis l'espace intrathylakoïde et transfère un électron vers le P700 oxydé.
Transport d'électrons cyclique et pseudocyclique
En plus du chemin électronique non cyclique complet décrit ci-dessus, un chemin cyclique et pseudo-cyclique a été découvert.
L'essence de la voie cyclique est que la ferrédoxine, au lieu du NADP, réduit la plastoquinone, qui la renvoie au complexe b 6 f. Cela se traduit par un gradient de protons plus important et plus d’ATP, mais pas de NADPH.
Dans la voie pseudocyclique, la ferrédoxine réduit l'oxygène, qui est ensuite converti en eau et peut être utilisé dans le photosystème II. Dans ce cas, le NADPH ne se forme pas non plus.
Scène sombre
Au stade sombre, avec la participation de l'ATP et du NADPH, le CO 2 est réduit en glucose (C 6 H 12 O 6). Bien que la lumière ne soit pas nécessaire à ce processus, elle participe à sa régulation.
Photosynthèse C 3, cycle de Calvin
La troisième étape implique 5 molécules de PHA qui, grâce à la formation de composés à 4, 5, 6 et 7 carbones, sont combinées en 3 5 carbones ribulose-1,5-biphosphate, qui nécessitent du 3ATP.
Enfin, deux PHA sont nécessaires à la synthèse du glucose. Pour former une de ses molécules, 6 tours de cycle, 6 CO 2, 12 NADPH et 18 ATP sont nécessaires.
Photosynthèse C 4
Articles principaux : Cycle Hatch-Slack-Karpilov, Photosynthèse C4
À une faible concentration de CO 2 dissous dans le stroma, la ribulose biphosphate carboxylase catalyse la réaction d'oxydation du ribulose-1,5-biphosphate et sa dégradation en acide 3-phosphoglycérique et acide phosphoglycolique, qui est obligé d'être utilisé dans le processus de photorespiration. .
Pour augmenter la concentration de CO2, les plantes de type 4 C ont modifié l’anatomie de leurs feuilles. Le cycle de Calvin est localisé dans les cellules de la gaine du faisceau vasculaire ; dans les cellules du mésophylle, sous l'action de la PEP carboxylase, le phosphoénolpyruvate est carboxylé pour former de l'acide oxaloacétique, qui est transformé en malate ou aspartate et transporté vers les cellules de la gaine, où il est décarboxylé pour former du pyruvate, qui est renvoyé aux cellules du mésophylle.
Avec 4, la photosynthèse ne s'accompagne pratiquement pas de pertes de ribulose-1,5-biphosphate du cycle de Calvin, et est donc plus efficace. Cependant, la synthèse d’une molécule de glucose nécessite non pas 18, mais 30 ATP. Ceci se justifie sous les tropiques, où le climat chaud nécessite de garder les stomates fermés, ce qui empêche l'entrée du CO 2 dans la feuille, ainsi qu'avec une stratégie de vie rudérale.
la photosynthèse elle-même
Plus tard, il a été découvert qu'en plus de libérer de l'oxygène, les plantes absorbent du dioxyde de carbone et, avec la participation de l'eau, synthétisent de la matière organique à la lumière. S'appuyant sur la loi de conservation de l'énergie, Robert Mayer a postulé que les plantes convertissent l'énergie du soleil en énergie de liaisons chimiques. W. Pfeffer a appelé ce processus photosynthèse.
Les chlorophylles ont été isolées pour la première fois par P. J. Peltier et J. Caventou. M. S. Tsvet a réussi à séparer les pigments et à les étudier séparément en utilisant la méthode de chromatographie qu'il a créée. Les spectres d'absorption de la chlorophylle ont été étudiés par K. A. Timiryazev, qui, développant les principes de Mayer, a montré que ce sont les rayons absorbés qui permettent d'augmenter l'énergie du système, créant des liaisons C-C de haute énergie au lieu de faibles liaisons C-O et O-H ( avant cela, on croyait que la photosynthèse utilisait des rayons jaunes qui ne sont pas absorbés par les pigments des feuilles). Cela a été fait grâce à la méthode qu'il a créée pour comptabiliser la photosynthèse basée sur le CO 2 absorbé : lors d'expériences d'éclairage d'une plante avec de la lumière de différentes longueurs d'onde (différentes couleurs), il s'est avéré que l'intensité de la photosynthèse coïncide avec le spectre d'absorption de la chlorophylle. .
La nature redox de la photosynthèse (à la fois oxygénée et anoxygénique) a été postulée par Cornelis van Niel. Cela signifiait que l'oxygène lors de la photosynthèse était entièrement formé à partir de l'eau, ce qui a été confirmé expérimentalement par A.P. Vinogradov lors d'expériences avec un marqueur isotopique. Robert Hill a découvert que les processus d'oxydation de l'eau (et de libération d'oxygène) et d'assimilation du CO 2 peuvent être séparés. W. D. Arnon a établi le mécanisme des étapes lumineuses de la photosynthèse, et l'essence du processus d'assimilation du CO 2 a été révélée par Melvin Calvin à l'aide d'isotopes de carbone à la fin des années 1940, pour lesquels il a reçu le prix Nobel.
Autres faits
voir également
Littérature
- Hall D., Rao K. Photosynthèse : Trad. de l'anglais - M. : Mir, 1983.
- Physiologie végétale / éd. prof. Ermakova I.P. - M. : Académie, 2007
- Biologie moléculaire des cellules / Albertis B., Bray D. et al. - M. : Mir, 1994
- Rubin A.B. Biophysique. En 2 vol. - M. : Maison d'édition. Université et sciences de Moscou, 2004.
- Chernavskaya N.M.,
27 février 2014 | Un commentaire | Lolita Okolnova
Photosynthèse- le processus de formation de substances organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau à la lumière avec la participation de pigments photosynthétiques.
Chimiosynthèse- une méthode de nutrition autotrophe dans laquelle la source d'énergie pour la synthèse de substances organiques à partir du CO 2 sont les réactions d'oxydation de composés inorganiques
Généralement, tous les organismes capables de synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques, c'est-à-dire organismes capables de photosynthèse et chimiosynthèse, faire référence à .
Certains sont traditionnellement classés comme autotrophes.
Nous avons parlé brièvement de la structure d'une cellule végétale, regardons l'ensemble du processus plus en détail...
L'essence de la photosynthèse
(équation récapitulative)
La principale substance impliquée dans le processus en plusieurs étapes de la photosynthèse est chlorophylle. C'est elle qui transforme l'énergie solaire en énergie chimique.
La figure montre une représentation schématique de la molécule de chlorophylle, d'ailleurs, la molécule est très similaire à la molécule d'hémoglobine...
La chlorophylle est intégrée graine de chloroplaste:
Phase lumineuse de la photosynthèse :
(réalisé sur les membranes thylakoïdes)
- La lumière, frappant une molécule de chlorophylle, est absorbée par celle-ci et l'amène dans un état excité - l'électron qui fait partie de la molécule, ayant absorbé l'énergie de la lumière, se déplace vers un niveau d'énergie plus élevé et participe aux processus de synthèse ;
- Sous l'influence de la lumière, une division (photolyse) de l'eau se produit également :
Dans ce cas, l’oxygène est éliminé dans l’environnement extérieur et les protons s’accumulent à l’intérieur du thylakoïde dans le « réservoir de protons ».
2Н + + 2е - + NADP → NADPH 2
Le NADP est une substance spécifique, une coenzyme, c'est-à-dire un catalyseur, en l'occurrence un porteur d'hydrogène.
- synthétisé (énergie)
Phase sombre de la photosynthèse
(se produit dans le stroma des chloroplastes)
synthèse réelle du glucose
un cycle de réactions se produit dans lequel C 6 H 12 O 6 est formé. Ces réactions utilisent l'énergie de l'ATP et du NADPH 2 formés dans la phase légère ; En plus du glucose, d'autres monomères de composés organiques complexes se forment lors de la photosynthèse - acides aminés, glycérol et acides gras, nucléotides
Attention : cette phase est sombre on l'appelle non pas parce qu'il se produit la nuit - la synthèse du glucose se produit en général 24 heures sur 24, mais la phase sombre ne nécessite plus d'énergie lumineuse.
« La photosynthèse est un processus dont dépendent en fin de compte toutes les manifestations de la vie sur notre planète. »
K.A. Timiriazev.
Grâce à la photosynthèse, environ 150 milliards de tonnes de matière organique se forment sur Terre et environ 200 milliards de tonnes d'oxygène libre sont libérées chaque année. De plus, les plantes impliquent des milliards de tonnes d’azote, de phosphore, de soufre, de calcium, de magnésium, de potassium et d’autres éléments dans leur cycle. Bien qu’une feuille verte n’utilise que 1 à 2 % de la lumière qui tombe sur elle, la matière organique créée par la plante et l’oxygène en général.
Chimiosynthèse
La chimiosynthèse est réalisée grâce à l'énergie libérée lors des réactions chimiques d'oxydation de divers composés inorganiques : hydrogène, sulfure d'hydrogène, ammoniac, oxyde de fer (II), etc.
Selon les substances entrant dans le métabolisme des bactéries, on distingue :
- bactéries soufrées - micro-organismes des plans d'eau contenant du H 2 S - sources à l'odeur très caractéristique,
- les bactéries du fer,
- bactéries nitrifiantes - oxydent l'ammoniac et l'acide nitreux,
- bactéries fixatrices d'azote - enrichissent les sols, augmentent considérablement la productivité,
- bactéries oxydant l'hydrogène
Mais l'essence reste la même - c'est aussi
Le processus de photosynthèse est l'un des processus biologiques les plus importants dans la nature, car c'est grâce à lui que des substances organiques se forment à partir du dioxyde de carbone et de l'eau sous l'influence de la lumière, et ce phénomène est appelé photosynthèse. Et surtout, au cours du processus de photosynthèse, une libération se produit, vitale pour l'existence de la vie sur notre étonnante planète.
Histoire de la découverte de la photosynthèse
L'histoire de la découverte du phénomène de la photosynthèse remonte à quatre siècles, lorsqu'en 1600 un certain scientifique belge Jan Van Helmont réalisa une expérience simple. Il a placé une brindille de saule (après avoir enregistré son poids initial) dans un sac contenant également 80 kg de terre. Et puis pendant cinq ans, la plante a été arrosée exclusivement avec de l'eau. Quelle a été la surprise du scientifique lorsque, après cinq ans, le poids de la plante a augmenté de 60 kg, malgré le fait que la masse de la terre n'a diminué que de 50 grammes, l'origine d'une augmentation de poids aussi impressionnante est restée un mystère pour le scientifique.
La prochaine expérience importante et intéressante, qui devint le prélude à la découverte de la photosynthèse, fut réalisée par le scientifique anglais Joseph Priestley en 1771 (il est curieux que de par la nature de sa profession, M. Priestley était prêtre de l'Église anglicane , mais il est entré dans l'histoire comme un scientifique exceptionnel). Qu'a fait M. Priestley ? Il a placé la souris sous une capuche et cinq jours plus tard, elle est morte. Puis il a de nouveau placé une autre souris sous le capot, mais cette fois il y avait un brin de menthe sous le capot avec la souris et par conséquent la souris est restée en vie. Le résultat obtenu a conduit le scientifique à l'idée qu'il existe un certain processus opposé à la respiration. Une autre conclusion importante de cette expérience a été la découverte de l'oxygène comme vital pour tous les êtres vivants (la première souris est morte de son absence, la seconde a survécu grâce à un brin de menthe, qui a créé de l'oxygène pendant le processus de photosynthèse).
Ainsi, il a été établi que les parties vertes des plantes sont capables de libérer de l'oxygène. Puis, en 1782, le scientifique suisse Jean Senebier a prouvé que le dioxyde de carbone se décompose en plantes vertes sous l'influence de la lumière. En fait, une autre facette de la photosynthèse a été découverte. Puis, encore 5 ans plus tard, le scientifique français Jacques Boussengo a découvert que les plantes absorbent de l'eau lors de la synthèse de substances organiques.
Et le dernier accord d'une série de découvertes scientifiques liées au phénomène de la photosynthèse fut la découverte du botaniste allemand Julius Sachs, qui réussit en 1864 à prouver que le volume de dioxyde de carbone consommé et d'oxygène libéré se produit dans un rapport de 1:1.
L'importance de la photosynthèse dans la vie humaine
Si vous imaginez au sens figuré, la feuille de n'importe quelle plante peut être comparée à un petit laboratoire dont les fenêtres font face au côté ensoleillé. Dans ce laboratoire même, se produit la formation de substances organiques et d'oxygène, qui constituent la base de l'existence de la vie organique sur Terre. Après tout, sans oxygène et sans photosynthèse, la vie n’existerait tout simplement pas sur Terre.
Mais si la photosynthèse est si importante pour la vie et la libération d'oxygène, alors comment vivent les gens (et pas seulement les gens), par exemple dans le désert, où il y a un minimum de plantes vertes, ou, par exemple, dans une ville industrielle où les arbres sont rares. Le fait est que les plantes terrestres ne représentent que 20 % de l'oxygène rejeté dans l'atmosphère, tandis que les 80 % restants sont libérés par les algues marines et océaniques ; ce n'est pas pour rien que les océans du monde sont parfois appelés « les poumons de notre planète ». »
Formule de photosynthèse
La formule générale de la photosynthèse peut s’écrire comme suit :
Eau + Dioxyde de carbone + Lumière > Glucides + Oxygène
Voici à quoi ressemble la formule de la réaction chimique de la photosynthèse :
6CO 2 + 6H 2 O = C6H 12 O 6 + 6O 2
L'importance de la photosynthèse pour les plantes
Essayons maintenant de répondre à la question de savoir pourquoi les plantes ont besoin de photosynthèse. En fait, l'apport d'oxygène à l'atmosphère de notre planète est loin d'être la seule raison de la photosynthèse ; ce processus biologique est vital non seulement pour les humains et les animaux, mais aussi pour les plantes elles-mêmes, car les substances organiques formées lors de la photosynthèse constituent la base de la vie végétale.
Comment se produit la photosynthèse ?
Le principal moteur de la photosynthèse est la chlorophylle - un pigment spécial contenu dans les cellules végétales, qui est, entre autres, responsable de la couleur verte des feuilles des arbres et autres plantes. La chlorophylle est un composé organique complexe qui possède également une propriété importante : la capacité d'absorber la lumière du soleil. En l'absorbant, c'est la chlorophylle qui active ce petit laboratoire biochimique contenu dans chaque petite feuille, dans chaque brin d'herbe et dans chaque algues. Ensuite se produit la photosynthèse (voir la formule ci-dessus), au cours de laquelle l'eau et le dioxyde de carbone sont transformés en glucides nécessaires aux plantes et en oxygène nécessaire à tous les êtres vivants. Les mécanismes de la photosynthèse sont une création ingénieuse de la nature.
Phases de la photosynthèse
De plus, le processus de photosynthèse comprend deux étapes : la lumière et l’obscurité. Et ci-dessous, nous écrirons en détail sur chacun d'eux.
