La photosynthèse est la synthèse de molécules organiques à partir de matières inorganiques (CO2 et H2O) grâce à l’énergie lumineuse. Celle-ci se déroule dans des organites particuliers, les chloroplastes, présents essentiellement dans les feuilles de la plante. L'intérieur du chloroplaste est nommé stroma. Au sein de ce stroma se trouvent les thylakoïdes (empilés sous forme de granum) et c’est dans la membrane de ces thylakoïdes que la photosynthèse a lieu.

chloroplaste general

L’énergie lumineuse est captée par des pigments particuliers, la chlorophylle, associés entre eux par des protéines pour former des antennes collectrices afin d’optimiser la captation de la lumière. Les deux types de chlorophylles (a et b) absorbent essentiellement dans les longueurs d’onde bleu et rouge.

chlorophylle formule absorbance

On peut distinguer deux phases dans la photosynthèse : une phase photochimique (dite phase claire) et une phase chimique (dite phase obscure).

1. La phase photochimique

1.1. La chaîne d’oxydo-réduction

La phase photochimique nécessite de la lumière. Elle a lieu au niveau de la membrane des thylakoïdes. La lumière va exciter une molécule de chlorophylle. Celle-ci va perdre 4 électrons qui vont servir pour la suite de la réaction de photosynthèse.

En parallèle, deux molécules d’eau H2O vont être oxydées pour donner une molécule de dioxygène O2, 4 protons H+ et 4 électrons e-. Ce sont ces 4 e- qui vont remplacer les électrons perdus par la chlorophylle initialement. Quant au reste des produits de l’oxydation de l’eau, l’O2 va être libéré dans l’atmosphère et les protons vont s’accumuler dans la lumière des thylakoïdes.

2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

Le flux d’électrons initié par l’excitation de la chlorophylle excitée par la lumière va transiter dans la membrane à travers plusieurs complexes protéiques pour in fine réduire l’oxydant NADP+ (qu’on appellera R) en NADPH/H+ (qu’on appellera RH2).

2R + 4H+ + 4e- → 2RH2

phase photochimique photosynthese

1.2. Le gradient de proton et la production d’ATP

L’accumulation de protons générés par l’oxydation de l’eau et au cours des différentes réactions d’oxydo-réduction va être utilisée par un complexe enzymatique, l’ATP-synthase pour former de l’Adénosine triphosphate (ATP) à partir d’une molécule d’Adénosine diphosphate (ADP) et de phosphate inorganique (Pi). Cette réaction se nomme la phosphorylation. L’ATP-synthase utilise le gradient de proton (de l’intérieur du thylakoïde vers l’extérieur) afin de fonctionner.

ADP + Pi → ATP

Le bilan de la phase photochimique est donc la production d’une molécule de dioxygène, d’un composé réduit RH2 et d’ATP.

2H2O + 2R + ADP + Pi → 2RH2 + ATP + O2

Phase photochimique bilan photosynthese

 

2. La phase biochimique (phase obscure)

Cette phase biochimique ne nécessite pas directement de la lumière et elle se déroule dans le stroma des chloroplastes. Cette seconde étape de la photosynthèse est couplée à la phase photochimique, c’est-à-dire que les produits de la première (RH2 et ATP) seront directement utilisés.

Cette phase sombre consiste à fixer le CO2 pour former du Glycéraldéhyde-3-phosphate qui servira de précurseur aux glucides et aux acides gras. Cette ensemble de réaction se nomme le cycle de Calvin.

2.1. Incorporation du CO2

Une enzyme, la RubisCO va incorporer une molécule de CO2 dans une molécule à 5 carbones, la ribulose bisphosphate. Le produit de cette réaction est un ose à 6 carbones qui sera instantanément scindé en deux molécules à 3 carbones : le 3-phosphoglycérate (ou acide phosphoglycérique APG)

Formation APG RubisCO

2.2. La réduction de l’APG

L’APG est un acide (et non un sucre) qui doit être réduit pour former un sucre. Chaque molécule d’APG va recevoir un groupement phosphate supplémentaire pris à l'ATP et le RH2 va ensuite réduire cette molécule pour former du triose phosphate (C3P).

Reduction APG triosephosphate

2.3. Bilan du cycle Calvin

Une partie de ce C3P va venir régénérer la molécule qui a initié le cycle de Calvin, en consommant au passage de l’ATP et l’autre partie du C3P formé entre dans la formation du glucose puis du saccharose, de l’amidon et des lipides.

Cycle de Calvin bilan 

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