L ACTE PHOTOCHIMIQUE DE LA PHOTOSYNTHESE

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1 L ACTE PHOTOCHIMIQUE DE LA PHOTOSYNTHESE Acte photochimique Réactions chimiques

2 L ACTE PHOTOCHIMIQUE DE LA PHOTOSYNTHESE I- La lumière et son énergie. A- Les radiations lumineuses Rappel : E = hν; h constante de Planck; ν fréquence Lumière visible : 380 à 750 nm Les différentes longueurs d'ondes de la lumière visible sont vues par l'oeil humain comme différentes couleurs

3 B- Etat fondamental et état excité.

4 C- Application aux chlorophylles

5 Excitation de la chlorophylle dans un chloroplaste (a) Absorption d'un photon e 2 Etat excité (b) fluorescence de la chlorophylle en solution chaleur Lumière Lumière (fluorescence) Photon Molécule de Chlorophylle Etat fondamental

6 D Pourquoi les plantes sont-elles vertes? LA COULEUR DE LA LUMIERE OBSERVEE EST LA COULEUR QUI N'EST PAS ABSORBEE! Les chloroplastes absorbent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique Lumière Lumière réfléchie Lumière Absorbée Lumière transmise Chloroplaste

7 II- Pigments et capture de l'énergie lumineuse : les photosystèmes A- Pigments actifs Chl + hν Chl* Chl + + e - + W 0 (W 0 : perte thermique) B- Pigments accessoires é é

8 C- Antenne et centre réactionnel Représentation schématique d'une antenne de photosystème. L'antenne est schématisée par un entonnoir qui draine l'énergie des photons reçus par de nombreuses molécules de pigments jusqu'à une molécule de chlorophylle a correspondant au centre réactionnel. L'électron cédé par la chlorophylle à un accepteur primaire lui est rendu par un donneur primaire.

9 D Expérience de Thomas Engelman (années 1880) Le rendement de la photosynthèse n est pas le même à toutes les longueurs d onde (couleurs) algue filamenteuse spirogyre Bactéries attirées par l oxygène

10 III - Existence de deux photosystèmes (Effet Emerson et Lewis, 1943) A-Effet Emerson (Emerson et Lewis, 1943) Rendement quantique Φ = nombre de moles de O2 dégagées (ou de CO2 absorbées) nombre de moles de photons absorbées diminue considérablement dans le rouge sombre >685 nm. = "chute dans le rouge". A : longueur d'onde variable (de 660 à 720 nm) B : longueur d'onde variable (de 660 à 720 nm) + une radiation monochromatique fixe à 650 nm - suggère l'existence de deux photosystèmes (deux ensembles de pigments). - l'un n'absorbe pas la lumière au-delà de 680 nm : il est associé au dégagement de O2. - l'autre absorbe la lumière au-delà de 680 nm mais ne dégage pas de O2.

11 effet Emerson

12 B - Structure et fonctionnement du PSII 1- Structure du PSII trois domaines protéiques. a - L' antenne deux parties : - antenne périphérique (1/2 des chlorophylle = 1/3 des protéines du thylakoïde. protéines CAB associées à des chlorophylles a, b et des carotènes = antenne majeure (ou LHCII pour "Light Haversting Complexe II"). - seconde antenne interne au "coeur" du PSII. - protéines CP43 et CP47 associées à de la chlorophylle a et des carotènes. chlorophylle b absente.

13 b - Le centre réactionnel deux sous-unités majeures : les protéines D1 et D2. renferme : - un dimère de chlorophylle a absorbe à 680 nm = chlorophylle "piège" P des centres fer-soufre (Fe-S) = transporteurs d'électrons - un cytochrome b559 - deux molécules de plastoquinone liées QA et QB (quinones = transporteurs de deux e-). c - Le complexe d'oxydation de l'eau ou OEC (Oxygen Evolving Complex) Différentes protéines font saillie dans le lumen et renferment du manganèse (Mn). Quatre atomes de Mn par centre (avec Ca 2+ et Cl - comme cofacteur).

14 2 - Transformation de l'énergie lumineuse et fonctionnement du centre réactionnel du PSII

15 C- Structure et fonctionnement du PSI. 1-Structure 2- Transformation de l'énergie lumineuse 2Fd 2+ red + 2H+ + NADP + 2Fd 3+ ox + NADPH + H+

16 D- Schéma en Z et transfert acyclique des électrons 2H 2 O + 2NADP photons O 2 + 2NADPH + 2H + é é é é H éoé H H H é é é é ATP Vers cycle de Calvin

17 D- Schéma en Z et transfert acyclique des électrons 2H 2 O + 2NADP photons O 2 + 2NADPH + 2H + Schéma en Z

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19 E- transfert cyclique des électrons Le cycle de Calvin nécessite 9 ATP pour 6 NADPH+H + : il faut donc produire plus d ATP!

20 a- Structure et fonctionnement des ATPases

21 G- La photophosphorylation 1- Transport de protons à travers la membrane du thylakoïde nadp+npi natp+nh 2 O

22 b- Cas d'un transfert acyclique des électrons

23 c- Cas d'un transfert cyclique des électrons d- Conclusion

24 H- Translocation des protons Expérience du bain d'acide de Jagendorf et Uribe (1966) Synthèse d'atp à l'obscurité