Qu’est-ce que la photosynthèse?
Processus de conversion des rayonnements électromagnétiques en énergie chimique.
Qu’est-ce que la photosynthèse oxygénique?
Utilisation de l’énergie lumineuse pour convertir le CO2 et l’eau en glucides (CH2O)n et en oxygène (O2).
Qu’est-ce que la photosynthèse anoxygénique?
Photosynthèse de certaines bactéries qui utilisent l’énergie lumineuse pour générer des molécules organiques, mais sans produire d’O2.
Quelle est l’équation globale de la photosynthèse oxygénique?
CO2 + H2O -> O2 + (CH2O)n
Quels sont les glucides principalement formés par la photosynthèse?
Saccharose
Amidon
Quelle est l’utilité des glucides formés par la photosynthèse?
1) Fournir l’énergie nécessaire au déroulement de la vie
2) Fournir le carbone nécessaire à la fabrication de diverses biomolécules.
Pourquoi dit-on que les organismes photosynthétiques oxygéniques sont des photoautotrophes?
Parce qu’ils captent l’énergie solaire pour former l’ATP et du NADPH qu’ils utilisent pour produire des glucides et d’autres molécules organiques à partir du CO2 et de l’H2O tout en rejetant de l’O2 dans l’atmosphère.
Quel est le rôle des chimiohétérotrophes aérobies suite à la photosynthèse?
Ils utilisent l’O2 formé pour dégrader les produits organiques riches en énergie de la photosynthèse en CO2 et H2O qui seront à nouveau utilisés par les organismes photosynthétiques.
Quelles sont les 2 phases de la photosynthèse?
Phase lumineuse
Phase obscure
Décrivez brièvement la phase lumineuse de la photosynthèse.
Ses réactions sont celles qui dépendent directement de la lumière. La photochimie qui en résulte enlève 2 e- à un H2O et le fait cheminer au travers d’une série de transporteurs, pour produire l’ATP (photophosphorylation) et le NADPH. C’est dans cette phase que l’O2 est formé.
Décrivez brièvement la phase obscure de la photosynthèse.
Ses réactions forment les réactions du cycle de Calvin et sont indépendants de la lumière et utilisent l’ATP et le NADPH produits durant la phase lumineuse pour former des glucides à partir du CO2.
Quelle est la particularité de la phase obscure?
Elle est un concept de laboratoire et a lieu en même temps que la phase lumineuse dans le chloroplaste mais fait appel à des mécanisme qui ne font pas appel à lumière, contrairement à la phase lumineuse.
Où ont lieu les 2 phases de la photosynthèse?
Dans les chloroplastes, des organelles intracellulaires.
Quelle est la structure externe du chloroplaste?
2 membranes
Membrane externe: perméable aux petites molécules et aux ions
Membrane interne: définit le compartiment interne
Que retrouve-t-on à l’intérieur de la membrane interne des chloroplastes?
Stroma: phase aqueuse
Membrane thylakoïde: structure membranaire interne qui est une vésicule repliée en forme de sacs empilés les uns sur les autres pour former un granum.
Qu’est-ce qu’une lamelle du stroma?
Des grana interconnectés par des régions de la membrane thylakoïde.
Qu’Est-ce que le lumen?
Le compartiment interne défini par les membranes thylakoïdes.
Combien de membranes et d’espaces internes contiennent les chloroplastes?
3 membranes
3 espaces internes
Où se trouvent les pigments et les complexes enzymatiques qui effectuent les réactions de la phase lumineuse et la synthèse d’ATP dans les chloroplastes?
Ils se trouvent tous dans les membranes thylakoïdes.
Où se trouvent la majorité des enzymes requises par les réactions de la phase obscure?
Le stroma
Qu’est-ce que la phosphorylation oxydative?
Point culminant du métabolisme énergétique. Toutes les étapes de la dégradation oxydative des glucides, acides gras et acides aminés convergent vers cette étape finale de la respiration cellulaire, où l’énergie dérivée des réactions d’oxydation est utilisée pour synthétiser l’ATP chez les organismes aérobies.
Qu’est-ce que la photophosphorylation?
Processus utilisé par les organismes photosynthétiques pour capturer l’énergie lumineuse et la harnacher pour produire de l’ATP.
D’un point de vue mécanistique, en quoi est que la phosphorylation oxydative et la photophosphorylation se ressemblent?
1) Processus impliquent le transport d’e- au travers d’une chaîne de transporteurs membranaires.
2) L’énergie rendue disponible par le flot des e- est couplée au transport de protons (processus endergonique) au travers d’une membrane imperméable aux protons. Ce processus permet ainsi de conserver l’énergie des réactions d’oxydation sous la forme d’un gradient électrochimique.
3) Le retour des protons au travers de la membrane par l’intermédiaire de protéines spécifiques fournit l’énergie pour la synthèse d’ATP, catalysée par un complexe protéique membranaire(ATP synthase) qui couple le flot de protons à la phosphorylation de l’ADP.
L’H2O est-il un donneur d’e- fort ou faible?
Faible
L’H2O est utilisé comme donneur d’e- dans quel processus?
Photophosphorylation
Qu’implique le fait que le donneur d’e-, l’H2O, de la photophosphorylation est un donneur faible?
La photophosphorylation requiert donc un apport d’énergie lumineuse pour créer un bon donneur d’e- et un bon accepteur d’e-.
Quels sont les transporteurs membranaires d’e- de la photophosphorylation?
Cytochromes
Quinones
Protéines Fe-S
Comment et pourquoi est-ce que les protons traversent la membrane imperméable lors de la photophosphorylation6
Ils sont pompés à travers la membrane afin de créer un potentiel électrochimique.
Le transfert des e- et le pompage des protons est catalysé par des complexes membranaires homologues dans leur structure et fonctionnement à quel complexe des mitochondries?
Le complexe III
Comment se fait la synthèse d’ATP dans les chloroplastes?
Le potentiel électrochimique généré par le transfert des e- et le pompage des protons permet la synthèse d’ATP à partir d’ADP et de Pi par une ATP synthase similaire à celle des mitochondries et des bactéries.
Qu’arrive-t-il au sein d’une molécule lorsqu’un photon est absorbé?
Un e- de la molécule absorbante (chromophore) est élevé à un niveau d’énergie supérieur. Cette molécule est dite en état excité qui est généralement instable
Quelle condition est requise pour qu’un e- de la molécule absorbante (chromophore) soit élevé à un niveau d’énergie supérieur lorsqu’un photon est absorbé?
Cela requiert que la quantité d’énergie du photon correspond exactement à celle nécessaire pour réaliser la transition électronique.
Suite à avoir été en état excité, qu’arrive-t-il à la molécule absorbante?
L’e- retourne à l’orbitale de plus faible énergie et le quantum (quantité d’énergie du photon) est retourné sous forme de lumière (fluorescence), de chaleur ou est utilisé pour réduire une autre molécule (pouvoir réducteur, photooxydation).
Quel est un mode alternatif important de la photosynthèse?
Transfert de l’énergie d’une molécule excite à une molécule voisine qui possède des propriétés électroniques similaires.
Qu’est-ce que l’exciton?
Un quantum d’énergie qui est transféré d’une molécule excitée à une autre molécule (transfert d’exciton).
Qu’est-ce qu’un photon?
Quantum d’énergie lumineuse
Quels sont les photorécepteurs les plus importants pour la photosynthèse chez les plantes?
Les chlorophylles
Quelle est la forme des chlorophylles et à quoi ressemblent-elles?
Structures polycycliques et planaires qui ressemblent au noyau hème des hémoglobines, de la myoglobine et des cytochromes, quoique avec du Mg2+ comme ion métallique central au lieu du Fe2+ ou Fe3+. Toutes les chlorophylles ont un groupement phytol relié par un lien ester, ce groupement hydrophobe sert d’ancrage à des protéines des membranes thylakoïdes.
Combien de cycles entourent le Mg2+ et quelle est leur structure?
Cinq cycles entourent le Mg2+ et ont des structures polyènes étendues, constituées de plusieurs liaisons simples et doubles alternées. Les liaisons doubles conjuguées permettent une interaction avec le rayonnement lumineux et son absorption. Les chaînes latérales sont variables donc il y a modification du spectre d’absorption entre les différentes familles de chlorophylles.
Quelles sont les formes majeures de la chlorophylle chez les plantes?
Chlorophylle a
Chlorophylle b
Elles sont toutes les 2 vertes mais leurs spectres d’absorption varient.
Quelle est la forme majeure de la chlorophylle chez les bactéries photosynthétiques?
Bactériochlorophylles (BChl)
En quoi diffèrent les différents types de BChl (a, b, c, d, e, f et g)?
Ils ont différents degrés de saturation des anneaux II et IV et des substituants des anneaux I, II, IV
Les chlorophylles sont-elles les seuls types de pigments des membranes thylakoïdes?
Non, il y a également les pigments accessoires.
Caroténoïdes: polyènes linéaires (jaune, rouge ou pourpre) ex: beta-carotène (rouge-orange) ou lutéine (jaune).
Phycobilines: pigments rouge des algues rouges et les cyanobactéries remplaçant la chlorophylle a ex: phycoérythrobiline et phycocyanobiline
Pourquoi dit-on que les caroténoïdes sont des photorécepteurs complémentaires aux chlorophylles?
Elles absorbent la lumière à des longueurs d’onde qui ne sont pas absorbées par les chlorophylles.
Vrai ou faux? Les organismes photosynthétiques aquatiques, qui sont responsables de près de la moitié de la photosynthèse sur Terre, contiennent d’autres types de pigments accessoires que les organismes terrestres.
Vrai, puisque la lumière de longueurs d’onde comprises entre 450 et 550 nm est presque complètement absorbée à partir de de 10 mètres de profondeur d’eau.
Qu’Est-ce qu’un photosystème?
L’ensemble des pigments contenus dans les membranes thylakoïdes ou dans les membranes bactériennes qui sont organisés en unités fonctionnelles.
Vrai ou faux? Seuls quelques pigments dans un photosystème peuvent absorber des photons.
Faux, ils peuvent tous absorber des photons.
Vrai ou faux? Seuls quelques molécules de chlorophylle sont capables de transduire la lumière en énergie chimique.
Vrai, seules les molécules associées aux centre réactionnels photsynthétiques (RC) sont capables de transduire la lumière en énergie chimique.
Quelle est la fonctions des pigments qui sont présents dans un photosystème mais qui ne participent pas aux réactions photochimiques qui ont lieu aux RC?
Ces pigments agissent comme des antennes collectrices de lumière (pigments antennaires).
Comment est assuré un transfert efficace et ultra rapide des excitons aux RC à partir des pigments antennaires?
Les pigments antennaires sont toujours associés à des protéines spécifiques, ce qui permet de fixer leur position par rapport à celles des autres pigments antennaires, celle de la membrane et celle de RC. Ceci permet le transfert efficace et rapide des excitons aux RC.
Comment appelle-t-on le complexe formé de RC, pigments antennaires et de la membrane, stabilisé par des protéines spécifiques?
Light harvesting complex (LHC)
En quoi est-ce que les propriétés des molécules de chlorophylle associées aux LHCs diffèrent-elles de celles des chlorophylles libres?
Quand les molécules de chlorophylles libres sont excitée in vitro avec de la lumière, l’énergie absorbée est rapidement relâchée sous forme de fluorescence, alors que lorsque la chlorophylle localisée dans des feuilles (associées aux LHCs) est excitée par la lumière, on observe que très peu de fluorescence.
Quelles sont les étapes du transfert d’énergie de la réception d’un photon jusqu’à l’excitation d’un RC?
1) les pigments antennaires transfèrent l’énergie d’un photon absorbé
2) transfert d’énergie par transfert d’exciton de molécule à molécule
3) excitation atteint une paire spéciale de chlorophylle au RC
Qu’arrive-t-il à l’excitation une fois qu’elle atteint la paire spéciale de chlorophylles au RC?
L’excitation y est piégée car ces chlorophylles, quoique chimiquement identiques aux chlorophylles antennaires, ont des énergies d’état excité légèrement inférieures en raison de leur environnement différent. Ceci permet aux réactions photochimiques d’avoir lieu.
Qu’arrive-t-il à l’électron qui se trouve dans une molécule de chlorophylle de la paire spéciale excitée?
Cet e- est élevé à une orbitale de plus haute énergie et passe alors à un accepteur qui fait partie d’une chaîne de transport d’e-.
Qu’arrive-t-il au chlorophylle du RC suite au départ d’un e- et qu’est-ce que cela initie?
Cette chlorophylle se retrouve avec un e- en moins et l’accepteur d’e- acquiert une charge négative. L’e- perdu est remplacé via un donneur d’e- situé à proximité. De cette manière, la lumière entraîne une séparation de charge et initie une cascade d’oxydoréduction.
Chez les plantes vertes, la photosynthèse dépend de l’interaction entre quels 2 complexes membranaires distincts?
Le photosystème I (PSI) et le photosystème II (PSII)
Comment sont alimentés les photosystèmes I et II?
Ils sont alimentés de lumière afin de fournir leurs RC constitués de paires spéciales de chlorophylles, P680 pour PSII et P700 pour PSI.
Comment se fait le transfert d’e- pour les 2 photosystèmes?
Ils transfèrent des e- en utilisant des chaînes de transport d’e-.
Décrivez le PSI.
Il est un complexe transmembranaire constitué d’environ 14 chaînes polypeptidiques et de multiples protéines et cofacteurs associés. Son centre réactionnel répond à la lumière de longueurs d’onde plus courtes que 700nm. Lorsqu’excité, le PSI passe les e- à la ferrédoxine, qui les transfère à la Fd-NADP+ réductase, puis au NADP+ pour produire du NADPH.
Décrivez le PSII.
Il est un énorme assemblage transmembranaire de plus de 20 s-u et il répond à la lumière de longueurs d’onde plus courtes que 680 nm.
Dans quel sens se fait le flux d’e- entre PSI et PSII?
Les e- progressent du PSII au PSI.
Comment sont acquis les e- nécessaires à la génération de 2 molécules de NADPH?
Via 2 molécules d’eau qui entrent via le PSII.
Quels sont les produits secondaires de l’activité du PSII suite à l’incorporation de 2 molécules d’eau?
Une molécule de O2 et 4 H+
Comment les e- passent-ils du PSII au PSI?
Via le cytochrome b6f (complexe transmembranaire homologue au complexe III) et la plastocyanine (PC) (transporteur fonctionnellement similaire au cytochrome c des mitochondries, 1 e- à la fois)
Quelle est la fonction du cytochrome b6f autre que le transport des e-?
Il génère un gradient de protons à travers la membrane thylakoïde qui fournit l’énergie nécessaire à la formation d’ATP.
La coopération des 2 photosystèmes permet de former quels produits?
ATP
NADPH
Quels évènement suivent l’excitation du P700?
Le P700 excité cède un e- à l’accepteur A0 pour former A0- et P700+.
Qu’est-ce que A0-?
Une forme spéciale de chlorophylle, fonctionnellement similaire à la phéophytine du PSII. Elle est un agent réducteur puissant qui cède son e- à une chaîne de transporteurs qui mène au NADP+.
Quelles sont les caractéristiques de P700+?
Il est un agent oxydatn fort quia cquiert rapidement un e- de la plastocyanine, un transporteur d’e- soluble.
Quelle est la chaîne qui transmet les e- de A0- à NADP+?
1) la phylloquinone (A1) accepte un e- et le passe à un centre Fe-S
2) l’e- est cédé à une ferrédoxine (Fd) qui est faiblement associée à la membrane thylakoïde. La ferrédoxine contient un centre 2Fe-2S qui catalyse des réactions d’oxydoréduction, un e- à la fois
3) la flavoprotéine ferrédoxine:NADP+ oxydoréductase transfère les e- de la ferrédoxine réduite (Fdréd) au NADP+. Il faut 2 ferrédoxines réduites et 2 protons pour produire une molécule de NADPH
Qu’arrive-t-il aux e- excités de la paire spéciale de chlorophylles P680 et qu’arrive-t-il à cette chlorophylle par la suite?
Ils sont transférés à la phéophytine, ce qui le rend négatif Pheo-. P680 devient ainsi un radical cationique P680+ qui est regénéré en P680 lors de la photolyse de l’eau par le complexe OEC du PSII.
Qu’arrive-t-il à l’e- supplémentaire de la phéophytine (pheo-) suite au transfert de P680?
Cet e- est transféré à la plastoquinone (PQa/Qa) qui à son tour passe l’e- à une autre plastoquinone (PQb/Qb). Lorsque PQb a acquis 2 e- de PQa et 2 protons du stroma, il est dans l’état réduit PQbH2.
Si 1 O2 et 4 H+ sortent du PSII lorsque 2 H2O entrent, qu’arrive-t-il aux 4 e- supplémentaires?
4 e- entrent dans le PSII
Qu’arrive-t-il au PQb réduit PQbH2?
PQbH2 rejoint le pool de plastoquinone dans la membrane et les e- sont relayés au cytochrome b6f qui les transfère à la plastocyanine.
Comment est exploité le site de liaison de la plastoquinone au PSII par les humains?
Ce site est la cible de plusieurs herbicides qui tuent les plantes en bloquant le transfert d’e- au cytochrome b6f.
Quel est le bilan de 2 photons absorbés, soit 1 photon par photosystème?
1 e- est transféré d’un H2O à un NADP+.
Comment fait-on pour former un O2 à partir des 2 photosystèmes?
Il y a transfert de 4 e- provenant de 2 H2O jusqu’à 2 NADP+ et un total de 8 photons sont absorbés, 4 par photosystème.
Qu’est-ce que le schéma Z?
Schéma qui décrit le parcours des e- de l’eau jusqu’au NADPH en passant de façon séquentielle d’un complexe ayant un faible potentiel réducteur vers un complexe ayant un potentiel réducteur plus grand. Chacun des complexes contient des centres redox ayant une affinité croissante pour les e-.
Quel est le schéma global du schéma Z?
2H2O + 2NADP+ + 8 photons -> O2 + 2NADPH + 2H+
Comment est la distribution des divers pigments de la photosynthèse?
Plusieurs chlorophylles antennaires et caroténoïdes sont positionnés autour des chlorophylles et des centre Fe-S du RC. Les transporteurs d’e- des RC sont donc bien intégrés avec les pigments antennaires et cet arrangement permet un transfert rapide et efficace de l’énergie des excitons des chlorophylles antennaires au RC.
Quelle est la composition du cytochrome b6f?
Ce complexe homologue au complexe II de la phosphorylation oxydative contient un cytochrome de type b avec 2 groupements hèmes (bH et bL), une protéine Fe-S et un cytochrome f.
Pourquoi le fonctionnement du complexe cytochrome b6f implique-t-il le cycle Q?
Parce que ce complexe transporte les e- d’une quinone réduite (molécule liposoluble qui transporte 2 e-) à un transporteur hydrosoluble qui accepte 1 e- à la fois, soit la plastocyanine.
Comment se fait le transport des 2 e- au sein du complexe cytochrome b6f?
Le 1er e- passe du PQbH2 au centre Fe-S puis au cytochrome f et finalement à la plastocyanine. Le second e- est recyclé via le cytochrome b6.
Combien de protons sont exportés dans le lumen pour chaque paire d’e- transférés et qu’Est-ce que cela engendre?
4 H+
Cela engendre un gradient de protons de part et d’autre de la membrane thylakoïde lorsque les e- circulent du PSII vers le PSI. Ce gradient de protons à travers la membrane thylakoïde fournit l’énergie nécessaire à la formation d’ATP.
Pourquoi l’influx d’un petit nombre de protons a un effet sur le pH du lumen (pH 5) par rapport au stroma (pH 8)?
Parce que le volume du lumen est très petit sa différence est de 1000 fois dans la concentration de protons, ce qui permet d’emmagasiner une énergie considérable pour la synthèse d’ATP.
Qu’arrive-t-il au P680/PSII après qu’il aie donné son e- à la phéophytine?
Il doit récupérer un e- pour retourner à son état fondamental et être prêt à capturer un autre photon. Cet e- peut venir de l’eau pour les plantes ou d’une variété de donneurs (acétate, succinate, malate) pour les bactéries photosynthétiques selon le milieu.
Dans le processus de la recapture d’un e- par PSII, quel est le substrat et quels sont les produits?
2 molécules d’eau sont scindées pour générer 4 e-, 4 protons et 1 O2.
Les 4 e- arrachés à l’eau par P680+ sont-ils transférés en même temps?
Non, un seul est accepté à la fois. pour contourner ce problème, la cellule fait appel à un complexe Mn-Ca appelé l’oxygen evolving complex (OEC) qui passe les 4 e-, un à la fois, au P680+. L’OEC participe donc à la création d’un gradient de protons.
Quels sont les processus qui participent à la formation d’un gradient de protons?
1) L’oxydation de l’eau par l’OEC libère des protons dans le lumen
2) Le cytochrome b6f pompe des protons du stroma vers le lumen
3) La réduction du NADP+ en NADPH retire des protons du stroma ce qui participe à la formation du gradient
Quel est l’intérêt de la force proton motrice créée par les réactions lumineuses de la photosynthèse?
Elle est convertie en ATP par l’ATP synthase des chloroplastes (CF1-CF0).
Décrivez l’ATP synthase CF1-CF0 .
L’ATP synthase CF1-CF0 ressemble au complexe F1-F0 des mitochondries. CF0 fait passer les protons à travers la membrane thylakoïde alors que CF1 catalyse la formation d’ATP selon un mécanisme essentiellement identique à celui catalysé par F1 dans les mitochondries.
L’orientation inversée de l’ATP synthase CF1-CF0 de chloroplastes par rapport à celle des mitochondries et des bactéries a-t-elle un impact fonctionnel?
Non car l’orientation fonctionnelle des 3 synthases est identique.
Où ont lieu les réactions de la phase obscure dans le chloroplaste?
Stroma
Qu’arrive-t-il si le NADP+ n’est pas en quantités suffisantes pour accepter les e- de la ferrédoxine réduite?
Les e- provenant du P700 peuvent prendre un autre route qui ne se termine pas par le NADPH. Ce processus s’appelle la photophosphorylation cyclique.
Qu’Est-ce que la photophosphorylation cyclique?
L’e- de la ferrédoxine réduite est transféré au cytochrome b6f et non au NADP+. Cet e- revient ensuite par le cytochrome b6f pour réduire la plastocyanine qui peut alors être réoxydée par le P700+ pour terminer le cycle. Des protons sont pompés dans le lumen par le cytochrome b6f.
Quel est l’intérêt de la photophosphorylation cyclique?
L’ATP est produit sans formation concomitante de NADPH.
Le PSII participe-t-il à la photophosphorylation cyclique?
Non, donc il n’y a pas de formation d’O2.
Comment se fait la régulation du rapport ATP/NADPH par les plantes?
Les plantes régulent la distribution des e- entre le processus de réduction du NADP+ et la photophosphorylation cyclique.
Que requiert l’assimilation du CO2?
Cela requiert de l’ATP et du NADPH dans un ratio 3:2.
Où se trouvent le PSI et l’ATP synthase dans le chloroplaste?
Dans les lamelles où ils ont accès au contenu du stroma incluant l’ADP et le NADP+.
Où se trouve le PSII dans le chloroplaste?
Presque exclusivement dans les grana (pas de contact avec stroma).
Où se trouve le cytochrome b6f dans le chloroplaste?
Dans le stroma et les grana. il se déplace rapidement entre ces 2 régions.
Où se trouve la plastoquinone dans le chloroplaste?
Membrane
Où se trouve la plastocyanine dans le chloroplaste?
Lumen
Quel est l’intérêt d’avoir un espace thylakoïde interne commun, soit le lumen?
Cela permet aux protons libérés par le PSII dans les grana d’être utilisés par l,ATP synthase, localisée dans les lamelles.
