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Métabolisme et régulation > Module 12 : La photosynthèse > Flashcards

Module 12 : La photosynthèse Flashcards

1
Q

Qu’est-ce qu’un phototrophe? Chimiotrophe? Autotrophe?

A
  • P : capte et utilise l’énergie solaire
  • C : Obtiennent leur énergie de l’oxydation de carburants chimiques
  • A : only CO2
  • H : obtiennent le carbone des molécules organiques complexes
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2
Q

Comment appelle-t-on le processus qui permet de capter l’énergie lumineuse et de la convertir en énergie chimique (ATP et NADPH)? Son équation?

A

Photosynthèse oxygénique

CO2 + H2O → O2 + (CH2O)n

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3
Q

Décrit les organismes chimiohétérotrophes aérobiques.

A

Utilisent l’O2 produit pour dégrader les produits riches en énergie de la photosynthèse en CO2 et H2O

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4
Q

Quel est la source de toute l’énergie biologique?

A

L’énergie solaire → organismes photosynthétiques l’utilise pour produire le glucose

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5
Q

Chez les eucaryotes photosynthétiques, quel est le site principal de production d’ATP en absence de lumière? Lorsque la lumière du soleil est disponible ?

A
  • La mitochondrie

- Les chloroplastes produisent la grande proportion de l’ATP

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6
Q

Chez les plantes et les algues, le site de la photosynthèse est…? Situé où?

A
  • Le chloroplaste

- Présent dans le cytoplasme des cellules eucaryotes photosynthétiques

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7
Q

Structures du chloroplaste?

A
  • Membrane externe
  • Membrane interne
  • Stroma
  • Membrane thylakoïde
  • Granum (plusieurs membranes thylakoïdes)
  • Lamelles du stroma
  • Lumen
  • 3 membranes + 3 espaces séparées
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8
Q

Vrai ou faux : Dans le chloroplaste, la phase obscure et la phase lumineuse se déroulent simultanément.

A

Vrai

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9
Q

Résumé de la phase lumineuse de la photosynthèse?

A
  1. Lumière est captée et utilisée pour arracher 2 électrons à une molécule d’eau (donneur d’électrons).
  2. Électrons acheminés dans des transporteurs → gradient de protons
  3. Gradient fournit É pour synthétiser de l’ATP
  4. Électrons réduisent du NADP+ en NADPH
    - Membrane thylakoïde contient les pigments + complexes enzymatiques nécessaires
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10
Q

Résumé de la phase obscure de la photosynthèse? (cycle de calvin)

A
  1. Utilise l’ATP et NADPH produits dans la phase lumineuse pour former des glucides à partir du CO2.
    - Stroma renferme les enzymes requises pour cette phase
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11
Q

Lors de la phase lumineuse, où est formé le gradient de protons? Où sont synthétisés l’ATP et le NADPH?

A
  • Dans le lumen

- Dans le stroma

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12
Q

Comment nomme-t-on l’énergie portée par un photon? Quand un photon est absorbé et transféré à un électron d’un pigment, il passe d’un niveau d’énergie faible appelé ____ à un niveau énergétique plus grand dit _____.

A
  • Quantum
  • Fondamental
  • État excité
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13
Q

Nomme les 4 façons possibles pour un électron de retourner à son état initial. Lesquelles sont utilisés pour la photosynthèse?

A
  1. Lumière (fluorescence)
  2. Dissipation sous forme de chaleur
  3. Transfert d’exciton (É transférée à une molécule voisine) → photosynthèse
  4. Photooxydation → photosynthèse
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14
Q

Quels sont les pigments les plus importants pour la photosynthèse? Décris-les.

A

Les chlorophylles

  • Anneau tétrapyrrole avec Mg2+
  • Quatre azote
  • Groupement phytol + lien ester
  • +++ doubles liaisons dans l’anneau
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15
Q

À quoi sert le groupement phytol dans les chlorophylles? Les nombreuses doubles liaisons de l’anneau tétrapyrrole?

A
  • Aide à ancrer les chlorophylles dans les membranes thylakoïdes
  • Permettent aux chlorophylles d’absorber la lumière
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16
Q

Quelles sont les chlorophylles majeures chez les plantes? Chez les bactéries photosynthétiques? Par quoi se distinguent les différentes familles de chlorophylle?

A
  • chlorophylle a et chlorophylle b
  • Bactériochlorophylles
  • Par leur spectre d’absorption de la lumière
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17
Q

Les membranes thylakoïdes contiennent des chlorophylles et…?

A

Des pigments accessoires
- Plantes vertes : caroténoïdes (B-carotène : rouge-orange, lutéine : jaune)

  • Algues marines : pycobilines remplacent la chlorophylle a
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18
Q

Pourquoi dit-on que les caroténoïdes sont des pigments complémentaires?

A

Car ils absorbent la lumière à des longueurs d’onde qui ne sont pas absorbées par les
chlorophylles

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19
Q

Comment sont organisés les pigments contenus dans les membranes thylakoïdes ou dans les membranes bactériennes?

A

En unités fonctionnelles → photosystèmes

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20
Q

Vrai ou faux : Tous les pigments dans un photosystème peuvent absorber des photons et transformer la lumière en énergie
chimique

A

Faux, seulement quelques molécules de chlorophylle associées aux centres réactionnels photosynthétiques (RC) sont capables de transformer la lumière en énergie chimique

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21
Q

Comment appelle-t-on les pigments qui ne sont pas associés directement au centre
réactionnel?

A

Pigments antennaires (antennes collectrices de lumière)

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22
Q

Comment appelle-t-on les chlorophylles associées directement au centre réactionnel
d’un photosystème?

A

Paire spéciale

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23
Q

Dans les photosystèmes, les pigments antennaires sont toujours associés à des protéines spécifiques, pourquoi?

A
  • Permet de fixer leur position par rapport à celles des autres pigments antennaires et par rapport à la membrane
  • Disposition qui assure un transfert efficace et ultra rapide des excitons vers le RC.
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24
Q

Vrai ou faux : les chlorophylles du RC appelées paire spéciale sont chimiquement identiques aux chlorophylles antennaires.

A

Vrai, mais paires spéciales = énergie d’état excité légèrement inférieure en raison de leur environnement différents

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25
Q

Décrit les étapes du transfert d’exciton et d’électron.

A
  1. Pigment antennaire capte un photon
  2. L’énergie absorbée est
    transférée par transfert d’exciton
  3. L’énergie atteint une paire
    spéciale de chlorophylles dans le RC.
  4. L’électron de plus haute énergie de la paire spéciale est transféré à un accepteur → chaîne de transport d’électrons. Bye bye électron → chlorophylle du RC = 1 électron en moins
  5. l’accepteur d’électron acquiert une charge -. L’électron perdu par la chlorophylle
    du RC est remplacé via un donneur d’électron situé à proximité

→ Séparation des charges, cascade d’oxydoréduction

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26
Q

Chez les plantes vertes, la photosynthèse dépend de…?

A

l’interaction entre deux

photosystèmes, le photosystème I (PSI) et le photosystème II (PSII)

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27
Q

Chaque photosystème contient un RC. Nomme les et dis à quelle longueur d’onde répondent les 2 photosystèmes.

A
  • P680 pour le PSII (≤680 nm) et P700 pour le PSI (≤700 nm)

**Les 2 photosystèmes transfèrent des électrons en utilisant des chaînes de transport d’électrons

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28
Q

Dans la plupart des circonstances, le

flux d’électrons progresse du PSX au PSY.

A
  • PSII au PSI
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29
Q

Le sentier de transfert des électrons par les photosystèmes :
- Donneur d’électrons
- Accepteur d’électrons
Qu’est-ce qui est généré comme produit secondaire de l’activité du PSII?

A
  • 2 H2O = donneur
  • 2 NADPH = accepteur
  • Une molécule d’O2
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30
Q

Qu’est-ce que QB?

A

Transporteur membranaire de PSII

  • Plastiquinone
  • Molécule hydrophobe
  • Similaire à l’ubiquinone
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31
Q

Que se passe-t-il quand P680 (PSII) capte un photon?

A
  1. Électron est propulsé à haut niveau → séparation de charge → P680 excité = excellent donneur d’électron
  2. Électron chemine au travers les transporteurs du PSII et atteint QB → BYE BYE électron
  3. QBH2 (QB réduit) se dissocie du PSII et est libéré dans la membrane → électrons sont relayés ay cytochrome b6f
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32
Q

Lorsque P680 (PSII) a donné son électron, il doit en récupérer un autre. Pourquoi? D’où provient cet électron?

A
  • pour retourner à
    son état initial et être de nouveau prêt à capter un photon.
  • Cet électron peut provenir de composés organiques ou inorganiques MAIS plantes = eau
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33
Q

Vrai ou faux : Un seul photon de lumière visible contient assez d’énergie pour briser les liens dans une molécule d’eau.

A

Faux, quatre photons sont requis pour effectuer la photolyse de l’eau.

34
Q

Quel est le rôle de l’EOC (PSII)?

A
  • Complexe passe les quatre électrons, un à la fois, au P680+
  • Puisque les quatre
    protons produits au cours de la réaction sont relâchés dans le lumen, l’OEC participe à la
    création d’un gradient de protons.
35
Q

Vrai ou faux : Les quatre électrons arrachés à l’eau ne sont pas transférés en même temps au P680+.

A

Vrai, P680 ne peut accepter qu’un électron à la fois

36
Q

Qu’est-ce que la plastocyanine (PC)?

A
  • Transporteur hydrosoluble
  • Comme cytochrome c
  • Entre cytochrome b6f et PSI
37
Q

Comment sont les électrons suite à leur passage dans le cytochrome b6f?

A

Ont perdu beaucoup de leur énergie initiale et sont incapables de réduire le NADP+

38
Q

Que se passe-t-il quand P700 est excité suite à la captation d’un photon?

A

Perd un électron → récupéré par la ferrédoxine → le transfère à une réductase → production du NADPH

39
Q

somme des réactions qui ont lieu au PSI ?

A

4 PC + 4 photons + 2 NADP+ + 2 H+ → 4 PC(+1) + 2 NADPH

40
Q

Résumé des phénomènes d’oxydoréduction qui ont lieu au niveau des PSI et PSII?

A

2 H2O + 2 NADP+ + 8 photons → O2 + 2 NADPH + 2 H+

41
Q

Que permet la complémentarité entre les PSII et les PSI ?

A
  • Permet aux électrons de circuler à partir de H2O jusqu’au NADP+

**pour deux photons absorbés (un photon par photosystème), un électron est transféré d’une molécule d’H2O à une molécule de NADP+

42
Q

Vrai ou faux : les électrons passent de façon séquentielle d’un complexe ayant un faible potentiel réducteur vers un complexe ayant un potentiel réducteur plus grand

A

Vrai, chaque complexe contient des centres rédox ayant une affinité croissante pour les électrons

43
Q

Comment est l’orientation de l’ATP synthase dans la membrane thylakoïde?

A

l’ATP nouvellement synthétisé est relâché dans le stroma où ont lieu les réactions de la phase obscure.

44
Q

Compare la photosynthèse oxygénique et la phosphorylation oxydative (similarités).

A
  • Les deux impliquent le transport d’électrons au travers d’une chaîne.
  • Les deux génèrent un gradient de protons.
  • Les deux utilisent des ATP synthases similaires pour convertir le gradient de protons
    en ATP.
45
Q

Compare la photosynthèse oxygénique et la phosphorylation oxydative (différences).

A
  • Compartiments différents (Photosynthèse : chloroplaste,
    Phosphorylation oxydative : mitochondrie)
  • Donneur d’É (oxygénique = eau, oxydative = NADH)
  • Accepteur final (oxygénique = NADP+, oxydative = O2)
46
Q

Le cytochrome b6f ressemble à quelle composante de la phosphorylation oxydative?

A

Complexe III

47
Q

Quelles sont les trois principales réactions qui contribuent à la production d’un gradient de protons dans les chloroplastes?

A
  • La photolyse de l’eau catalysée par l’OEC libère des H+ dans le lumen.
  • Des H+ sont pompés dans le lumen par le cyt b6f lors du transfert des électrons.
  • La réduction du NADP+ en NADPH utilise des H+ du stroma.
48
Q

Que se passe-t-il lorsque e la cellule a besoin d’une plus grande quantité d’ATP que de NADPH?

A
  • ¢ peut découpler la synthèse de ces deux composés en évitant de transférer les électrons arrivant du photosystème I au NADP+ (signal = ratio NADPH/NADP+ élevé)
49
Q

Comment nomme-t-on le découplage de la synthèse d’ATP et du NADPH?

A

La photophosphorylation cyclique
- Plutôt que de transférer son électron au NADP+, la ferrédoxine transfère son électron au cyt b6f. Cela permet de créer un gradient de protons et de réduire la PC qui sert de source d’électron pour la régénération du P700.

  • Aucun NADPH n’est produit.
    Cependant, un gradient de protons servant à la synthèse d’ATP est généré
50
Q

Avantage de la photophosphorylation cyclique?

A

En régulant la distribution des électrons entre le processus de réduction du NADP+ et la photophosphorylation cyclique, les plantes ajustent le rapport ATP/NADPH produit par les réactions de la phase lumineuse pour rencontrer les besoins en ATP et NADPH des réactions de biosynthèse des glucides et d’autres processus biosynthétiques. La phosphorylation cyclique a lieu lorsque le ratio NADPH/NADP+
est élevé.

51
Q

Chez les plantes et les algues, où ont lieu les réactions de la phase obscure? Utilisent quoi?

A
  • Dans le stroma

- utilisent le NADPH et l’ATP pour fixer le CO2 sous forme de molécules organiques (glucides)

52
Q

Quelles sont les trois phases du cycle de Calvin?

A
  1. La fixation du CO2
  2. La réduction du 3-phosphoglycérate (3PG) en glycéraldéhyde-3-phosphate (GAP)
  3. La régénération du ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP)
53
Q

Destins du GAP après le cycle de Calvin?

A
  • Petite fraction du GAP (1 molécule sur 6) sera utilisée pour la biosynthèse de
    glucose, d’a.a et d’autres molécules.
  • Le reste du GAP demeure dans le cycle et subit une série de transformations afin de régénérer le ribulose-1,5-bisphosphate.
54
Q

Quelle enzyme catalyse la fixation du CO2?

A

Ribulose bisphosphate

carboxylase/oxygénase (rubisco),

55
Q

Quels sont les produits des deux réactions catalysées par la rubisco?

A

La rubisco possède une activité carboxylase et une activité oxydase.
- La carboxylation du Ru5P par la rubisco entraîne la formation de deux molécules de
3-phosphoglycérate.

  • L’oxydation du Ru5P par la rubisco entraîne la formation d’une molécule de 3-
    phosphoglycérate et d’une molécule de 2-phosphoglycolate.
56
Q

Quelles enzymes catalysent la réduction du 3PG en GAP (Calvin)?

A

isozymes chloroplastiques d’enzymes de la glycolyse et de la gluconéogenèse

57
Q

Combien faut-il d’ATP et de NADPH pour fixer une molécule de CO2?

A

3 ATP et 2 NADPH

58
Q

Combien faut-il fixer de molécules de CO2 pour produire une nouvelle molécule
de GAP?

A

3 CO2, car une molécule de GAP contient 3C

59
Q

Pourquoi la molécule de GAP libérée du cycle de Calvin doit être convertie en DHAP par la triose phosphate isomérase avant d’être acheminé vers ce compartiment? Destins de ce DHAP?

A

Puisque la plupart des glucides sont synthétisés dans le cytosol

  • Petite fraction : source d’énergie immédiate
  • Entrer dans la gluconéogenèse
60
Q

Quelles enzymes du cycle de Calvin sont régulées?

A
  • La rubisco
  • Fructose-1,6-bisphosphatase
  • Sedoheptolose-1,7 bisphosphatase
  • phosphoribulokinase
61
Q

Vrai ou faux : Chez les plantes, le sucrose et l’amidon sont synthétisés dans le cytosol

A

FAUX. Le sucrose est bien synthétisé dans le cytosol, mais l’amidon est synthétisé
dans les chloroplastes.

62
Q

Vrai ou faux : Un gradient de protons est formé dans les chloroplastes lorsque les protons
s’accumulent dans le lumen.

A

Vrai

63
Q

Vrai ou faux : L’oxygène produit par les plantes vertes durant la photosynthèse est dérivé des
atomes d’oxygène du CO2 fixé.

A

FAUX. Puisque l’oxygène est le produit de l’oxydation de l’eau lors de la phase lumineuse, ses atomes dérivent de l’eau oxydée.

64
Q

Vrai ou faux : l’oxygène est produit lors de la phase lumineuse.

A

Vrai

65
Q

Vrai ou faux : Les réactions lumineuses de la photosynthèse se produisent seulement le jour,
tandis que les réactions de la phase obscure ne se produisent que la nuit.

A

FAUX. On appelle la phase obscure ainsi parce qu’elle ne nécessite pas de lumière.
Cependant, les réactions de cette phase sont tout de même coordonnées à celles de la
phase lumineuse. Par conséquent, les deux ont lieu durant la journée.

66
Q

Pourquoi l’incorporation du CO2

et la biosynthèse des nouveaux produits doivent être coordonnées?

A

Puisque les trioses phosphate sont utilisés pour régénérer le RuBP et pour la biosynthèse
de nouveaux produits comme le sucrose et l’amidon

67
Q

Que se passe-t-il si la biosynthèse des nouveaux produits est trop rapide?

A

La photosynthèse sera inhibée
parce qu’il manquera de trioses phosphates dans le cycle de Calvin pour régénérer le
RuBP
*** la stœchiométrie du cycle de Calvin requiert que les 5/6 des trioses phosphate
produits soient recyclées en RuBP

68
Q

Que se passe-t-il si la synthèse de nouveaux produits dans le cytosol devient trop lente?

A

la synthèse d’ATP sera inhibée puisque le Pi sera en quantité limitante. La diminution de la concentration d’ATP inhibera alors la fixation du CO2

69
Q

Pour produire une molécule de glucose (un hexose), 2 GAP doivent être relâchés, et donc, 6 molécules de CO2 doivent être fixées. Bilan énergétique?

A

18 ATP et 12 NADPH.

70
Q

Nommez trois facteurs affectant l’efficacité de la photosynthèse.

A

La lumière, la teneur en CO2 et la température

71
Q

Qu’est-ce que la photorespiration? Quelle en est la cause? Pourquoi est-elle
considérée comme un gaspillage?

A
  • Consommation d’O2 par les plantes accompagnées de
    production de CO2.
  • S’explique par l’activité oxydase de la rubisco.
  • Gaspillage, car en plus de perdre du CO2 déjà fixé plutôt que d’en fixer du nouveau, il y a consommation d’ATP supplémentaire.
72
Q

La photorespiration fait appel à 3 compartiments distincts. Lesquels?

A

le chloroplaste, le peroxysome et la mitochondrie

73
Q

Vrai ou faux : Dans des conditions standards (25 °C), l’activité carboxylase est quatre fois plus élevée que l’activité oxydase

A

Vrai, mais l’activité oxydase augmente plus rapidement que l’activité carboxylase lorsque la température s’accroît

74
Q

Pourquoi la voie C4 est-elle précieuse pour les plantes tropicales?

A

L’activité oxydase de la rubisco augmente avec la température plus rapidement que l’activité carboxylase. Par conséquent, la photorespiration augmente.
- En maintenant la
concentration de CO2 élevée, cela favorise l’activité carboxylase de la rubisco, diminuant
ainsi la photorespiration.

75
Q

Dans la voie en C4, le CO2 est fixé par la rubisco dans…?

A

les chloroplastes des cellules de la gaine

76
Q

Comment les cellules de la gaine sont protégées de l’air?

A

Elles sont entourées d’une couche spécifique de cellules du mésophylle, qui utilisent de l’énergie pour pomper le CO2 vers les cellules de la gaine.

77
Q

Quel est le rôle du malate chez les plantes C4 et les plantes CAM?

A
  • Sert de transporteur
    de CO2 jusqu’aux cellules de la gaine où a lieu le cycle de Calvin.
  • Les plantes CAM accumulent le CO2 la nuit
    (lorsque les stomates sont ouverts) sous forme de malate stocké dans des vacuoles. Le
    jour, le malate sert de réserve de CO2 qui ne peut plus entrer puisque les stomates sont
    fermés. Dans les deux cas, cela permet de s’assurer que la rubisco agira dans un
    environnement faible en oxygène, ce qui diminue la photorespiration.
78
Q

Pourquoi est-il important et logique que plusieurs enzymes du cycle de Calvin soient
régulées par la présence/absence de la lumière?

A

L’énergie nécessaire au cycle de Calvin est produite par la phase lumineuse uniquement
lorsqu’il y a de la lumière. Si la plante ne fournit pas l’énergie nécessaire au cycle de
Calvin via la photosynthèse, le cycle de Calvin doit être inhibé pour éviter l’utilisation de
l’énergie provenant de la dégradation des glucides nouvellement produits

79
Q

Plantes C4 : caracteristique?

A

Plantes tropicales qui peuvent reduire la photorespiration

80
Q

Où les plantes C4 fixent le CO2?

A

Dans les cellules de la gaine (protégées par cellules du mesophylle)

  • cellules du mesophylle pompe CO2 vers cellules de la gaine
81
Q

Produits de la photophospho. Cyclique?

A

++ATP, pas de NADPH (car PSII n’est pas utilisé), pas d’O2

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