Chap 6 phys - Photosynthèse Flashcards
Comment sont adaptées les feuilles pour la photosynthèse?
Adaptation pour maximiser: absorption de l’énergie lumineuse, échange gazeux, exportation des photosynthétats et approvisionnement en eau et minéraux
Chevauchement des feuilles:
utilisation plus efficace de l’énergie lumineuse, diminution des pertes d’eau, augmente l’absorption du CO2
Augmentation de la surface foliaire p/r volume
Angle d’insertion de la feuille p/r tige
Feuille mince -> transmission des ondes lumineuse à travers le mésophylle (côté lumière: épiderme translucide, cuticule épaisse, peu ou pas de stomate/ côté ombré: principal contact avec le CO2, mince cuticule, nombreux stomate)
Pour favoriser la transmission et guider la lumière: parenchyme palissadique: site principale pour photosynthèse, plusieurs chloroplaste, longue cellule +/- rectangulaire, petit espaces intercellulaires guidant la lumière, plusieurs couche pour maximiser l’interception des quanta / parenchyme lacuneux: absorption et transport du CO2, grande cellules +/- irrégulière, très grande espaces intercellulaire / la lumière est guidé selon l’architecture de la feuille vers les couches inférieurs (réflexion, réfraction, absorption) (absorption/ effet tamis/ effet lentille/ refraction/ reflection) une partie seulement de la lumière atteint les chloroplaste, une partie seulement du spectre est utile
Comparez la photosynthèse et la respiration.
Respiration: -besoin d'oxygène, composé organique -produit CO2, H2O, énergie -dans le cytoplasme et mitochondrie Photosynthèse: -besoin de CO2, lumière -produit O2, composé organique -dans chloroplaste
Qu’est-ce que le point de compensation? Comparez chez les plantes en C3 vs C4.
Quantité de lumière permettant d’avoir autant de CO2 fixé que de CO2 produit
CO2 absorbé= CO2 dégagé
synthèse net nulle car synthèse=dégradation
Point de compensation C4 plus faible que C3
Discutez de l’importance de la quantité, qualité et durée de la lumière pour la photosynthèse.
Quantité:
-Irradiance ou éclairement énergétique: flux de photon qui frappent une surface plane
-Éclairement lumineux: irradiance dans la lumière visible par unité de surface en lumen m-2
-Lumière visible active dans la photosynthèse 400-700nm
unité: Lumen (flux lumineux émis par une chandelle à une distance de 1m sur surface 1m2), Lux= lumen/m2, Einstein= énergie fournit par 1mol de photon, Pied-chandelle= énergie de 1Lm/pi2
Qualité: distribution de l’énergie spectrale (SED) variable selon la source et varie dans le spectre solaire/ lampe artificielle: fluorescence: élevé dans le bleu et diminue dans le rouge/ incandescence: peu dans le bleu, important dans le rouge et l’infrarouge/ certain processus physiologique régulé par des longueur d’onde précise (floraison, germination rouge/ photosynthèse, ouverture stomate bleu)
Durée:
-Minimum trophique: végétaux doivent recevoir une durée minimale d’éclairement
-Photopériodisme quotidien: interruption périodique de la lumière pour réguler certain processus et pour favoriser la respiration
-Photopériodisme saisonnier: permet la survie en saison froide
Comment se fait l’absorption de l’énergie lumineuse? (deux lois)
Loi de Grotthuss-Draper:
-Seule l’énergie lumineuse absorbée peut participer à une réaction photochimique
Loi Stark-Einstein(équivalence photochimique):
-Sauf exception, le nombre de photon absorbé est égal au nombre de molécule accédant à un état excité
-donc un seul photon absorbé par une molécule peut modifier l’état d’excitation de cette molécule
Comment l’énergie transférée du photon modifie l’électron qui l’absorbe?
Transfert très rapide de l’énergie du photon à l’électron du pigment, l’électron excité change d’état d’excitation (modification du spin des électrons de valence),
-électron excité= état singulet, instable, libération d’énergie pour revenir à un état plus stable
-État triplet: état plus stable ou métastable
-État stable
Électron en paire dans une orbitale, électron qui absorbe de l’énergie devient excité à niveau d’énergie plus élevé (conserve son orientation dans le spin) état singulet, lorsque l’électron excité n’est plus en paire (change de spin) devient état triplet
Excitation photon bleu: 2e état singulet –>chaleur–>1e état singulet–>fluorescence–>état triplet–>phosphorescence
Excitation photon rouge: 1e état singulet–>fluorescence–> état triplet–> phosphorescence
Quels sont les modes de dissipation de l’énergie lumineuse?
- Chaleur: désactivation thermique
- Lumière: sous forme de lumière
- -Fluorescence: sous forme de photon; cesse rapidement après l’excitation
- -Phosphorescence: sous forme de photon; persiste un temps considérable après l’arrêt de l’excitation
- Résonance inductive: énergie excédentaire est transféré à un pigment adjacent
- -explique la plus grande partie du transfert d’énergie entre pigment (chloroplaste)
- -très efficace, mais les pigments doivent être très proches
- -perte d’énergie sous forme de chaleur
- Réaction photochimique: réaction d’oxydation où l’électron excité est cédé à un accepteur=photo-oxydation
- -pigment oxydé, accepteur réduit
- -électron peut participer aux réaction photochimique à l’état triplet –> désactivation thermique si excité par un photon de lumière bleue
- –première étape de photosynthèse
Qu’est-ce qui permet la réaction photochimique?
Réaction photochimique: réaction d’oxydation où l’électron excité est cédé à un accepteur=photo-oxydation
- -pigment oxydé, accepteur réduit
- -électron peut participer aux réaction photochimique à l’état triplet –> désactivation thermique si excité par un photon de lumière bleue
- –première étape de photosynthèse
Quels sont les différents pigments photorécepteurs?
Photorecepteur: pigment qui absorbe la lumière utile pour une réaction physiologique
- Spectre d’absorption du pigment: capacité d’une substance d’absorber la lumière en fonction des diverses longueurs d’ondes
- Spectre d’action: Efficacité du processus physiologique en fonction de la longueur d’onde, le spectre devrait s’apparenter au spectre d’absorption mais plusieurs pigments peuvent participer à un même processus
- Chlorophylle
- Caroténoide
Quels sont les particularités de la chlorophylle?
-Pigments capteur de lumière pour la photosynthèse
-hydrophobe, dans les membranes lipidiques des chloroplaste (thylacoide)
-plusieurs sortes: absorbe et transfère la lumière vers le centre réactif= site de réaction photochimique
Spectre d’absorption chlorophylle a et b: spécifique à certaines longueurs d’ondes, surtout rouge et bleu, peu dans le vert
Structure:
-tête porphyrine, tétrapyrrole cyclique fait en 4 anneaux pyrrolique contenant du N arrangé en cycle
-au centre Mg2+ chélaté (première molec accept e-)
-queue de phytol: 20 hydrocarbone liposoluble
Chlorophylle a:
-tout organisme photosynthétique
-groupement méthyle
-centre réactif
Chlorophylle b:
-groupement tormyl
-tout organisme photosynthétique (absence non létal)
-synthétisé a/p chlorophylle a
Chlorophylle c:
-chez les algues, sans queue de phytol
Chlorophylle d:
-seulement algue rouge
-structure très proche à chlorophylle a
Quels sont les particularités des caroténoides?
-Pigment jaune et orange présent chez tous les phototrophe
-Permettent l’élargissement du spectre d’absorption
Structure:
-terpénoide
-liposoluble, insoluble dans eau, membrane des chloroplaste ou chromoplaste
Carotène:
-orange et rouge orangé
-Béta chez algue et végétaux supérieur/ alpha petite quantité/ lycopène chez tomate
-associé a des protéines
-forte absorption dans le bleu
-absorbent jusqu’a 40 % de l’énergie lumineuse transféré aux centres réactifs
-protègent la chlorophylles de la photo-oxydation lors de forte intensité lumineuse (anti-oxydant se combine avec des radicaux libre oxygéné= xanthophylle)
Photooxydation: perte d’électron en présence de la lumière, réaction avec espèce réactive de l’oxygène (ROS)
Xanthophylle:
-jaune, carotène oxygéné
-alpha-carotène oxygéné= lutéine/ beta-carotène oxygéné=zéanxanthine
Définissez et distinguez spectre d’absorption et spectre d’action.
Spectre d’absorption du pigment: capacité d’une substance d’absorber la lumière en fonction des diverses longueurs d’ondes
Spectre d’action: Efficacité du processus physiologique en fonction de la longueur d’onde.
Le spectre d’action peut être élargie par rapport au spectre d’absorption s’il y a plusieurs pigments qui participent au même processus
Qu’est-ce que la phase photochimique?
– Où a-t-elle lieu?
Transfert linéaire d’électron: centre réactif du photosystème II via cytochrome b6/f et photosystème I; production NADPH; associé à la production ATP
À lieu dans les chloroplastes, dans les thylacoides
Qu’est-ce que la phase photochimique?
-Quels complexes sont impliqués dans la capture de l’énergie lumineuse?
Absorption de la lumière: Électron excité au centre réactif qui participe à la réaction photochimique à l’état triplet
Oxydation: l’électron excité du centre réactif est cédé à un accepteur=> photooxydation
Antenne: pigment +protéine, captent les photons, guide l’énergie d’excitation par résonance inductive -> centre réactif = 2 chlorophylle a + protéine
Plusieurs pigments différents permettent d’augmenter l’efficacité de la capture de lumière
Centre réactionnel de PSII: P680
Centre réactionnel de PSI: P700
Seul les chlorophylles a du PSII participent à la réaction photochimique
Qu’est-ce que la phase photochimique?
-Quels complexes sont impliqués dans le transfert des électrons?
Photon absorbé par la chlorophylle P680 du centre réactif PSII -> P680* devient photooxydé -> électron cédé à phéophytine- formation de P680+ et phéo- (1e accepteur e) -> Phéo- donne e à Quinone A puis Quinone B (cycle répété avec 2e électron, double réduction de QB2-) -> électron rejoigne le cycle des quinone -> QB2- se détache du complexe PSII et réagit avec 2 H+ du stroma -> PQH2= plastohydroquinone ou plastoquinol, déplacement vers cyt b6/f (et libère 2 H+ dans lumen) -> un e- passe par le cytochrome b6 (2 types) et retourne dans le pool des PQ -> un deuxième électron est tranféré du plastoquinol à une protéine fer-soufre puis au cytochrome f avant d’aller vers le PSI via le Plastocyanine (PC) (2H+ sont libéré dans le lumen par cycle Q) -> en même temps, un photon excite P700 (Photooxydation), électron transféré à une chlorophylle A0 puis quinone A1 puis au protéine FeS(Fx,Fb, Fa) et à la ferrédoxine NADP- réductase où NADPH est produit. au PSI= P700+: l’électron perdu est remplacé par celui apporté par la plastocyanine
