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Grandes fonctions des végétaux > Photosynthèse plantes C3 > Flashcards

Photosynthèse plantes C3 Flashcards

1
Q

Type de photosynthèses

A
  • Oxygéniques (Plantes, Algues, Cyanobactéries)
    => CO2 +2 H2O –> (CH2O) + H20 +O2
  • Anoxygéniques : (bactéries pigmentées
    => CO2 + H2S –> CH2O + H2O + 2 S
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2
Q

phase claire de la photosynthèse

A
  • membrane des thylacoïdes => synthèse de l’ATP et de NADPH + H(+)
  • nécessite de la lumière
  • Il y a production d’O2 même en absence de CO2 (inhibition de la face sombre) donc l’O2 produit provient de la photolyse de l’eau lors de la phase claire
  • Énergie lumineuse => énergie chimique (NADPH + H(+) + ATP)
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3
Q

phase sombre de la photosynthèse

A
  • se passe dans le stroma => utilisation des produits comme substrat
  • pas besoin de lumière (ça ne veut pas dire qu’il faut forcément que ça se passe à l’obscurité)
  • Énergie chimique + CO2 => hydrates de carbone
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4
Q

propriétés de la lumière

A
  • Lumière => Radiation électromagnétique portée par un photon
  • Plus la longueur d’onde d’un photon diminue plus l’énergie de ce photon augmente et vice-versa
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5
Q

Absorption de la lumière par les photorécepteurs

A
  • photorécepteurs = pigments
  • à la lumière, les pigments passent de l’état fondamental (stable) à l’état excité (instable) et réciproquement en 1 ms
  • l’absorption est maximale dans le bleu et le rouge
    => plage de rayonnement photosynthétiquement actif
    => chaque photorécepteur peut absorber un certain niveau d’énergie
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6
Q

réaction des pigments

A
  • Fluorescence => si trop d’énergie, émission sous forme de chaleur
  • Résonance => Transmission d’un rayonnement à un autre photorécepteur d’autre nature pour optimiser avec plusieurs longueurs d’onde
  • Transmission => mise à contribution de l’énergie lumineuse pour la convertir en énergie chimique
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7
Q

Porphyrine

A
  • structure tétrapyrolique (4 noyaux pyrols) organisé de manière fermée avec un phytol (chaîne carbonée) (20 C au total)
  • Béta positions = positions sur les pyrols en béta de l’azote
  • Alpha positions = positions sur les pyrols en alpha de l’azote
  • Méso positions = positions sur 1 des carbone reliant 2 pyrols entre eux (1 seul carbone entre 2 pyrols)
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8
Q

Chlorophylle A (commun au végétaux)

A
  • Porphyrine
  • Atome de magnésium entre les 4 azotes avec liaisons covalentes avec les azotes des noyaux pyrols 2 et 4 et liaison électrostatiques avec les 2 autres
  • positions béta du pyrol 1 => -CH3 ; -CH=CH2
  • positions béta du pyrol 2 => -CH3 ; -C2H5
  • positions béta du pyrol 3 => -CH3 ; 5e cycle
  • positions béta du pyrol 4 => -CH3 ; -CH2-CH2-CO-O-C20H39
  • La chlorophylle a est commune à tous les végétaux aquatiques comme terrestres
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9
Q

Chlorophylle B

A
  • Structure quasi-identique à la chlorophylle a => remplacement du -CH3 du pyrol 2 par un -CHO
  • Uniquement présente chez les végétaux supérieurs et les algues vertes
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10
Q

Phéophytine

A

Chlorophylle modifiée par traitement acide

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11
Q

Chlorophyllène

A

Chlorophylle modifiée par traitement basique

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12
Q

Caroténoïdes

A
  • Pigments communs à tous les végétaux
  • longues chaînes carbonées d’environ 40 C
  • 2 sous familles
    => Carotènes (précurseurs des xanthophylles)
    => xanthophylles (synthétisés à partir des carotènes)
  • Pigments accessoires
    => ils absorbent l’énergie lumineuse et la transmettent à la chlorophylle (permet d’optimiser la photosynthèse mais pas un passage obligatoire)
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13
Q

Phycobilines

A
  • Présent chez les algues brunes et les cyanobactéries
  • Structure tétrapyrolique ouverte avec partie protéique
  • 4 sous-familles:
    1- Phycoérithrine => pigment photosynthétique
    2- Phycocyanine => pigment photosynthétique
    3- Allophycocyanine => pigment photosynthétique
    4- Phytochrome => photorécepteur impliqué dans la germination de la graine
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14
Q

Photosystèmes et centre réactionnels

A
  • Complexe multi moléculaires = Chlorophylle + transporteur d’électrons
  • Les photosystèmes s’activent à des longueurs d’onde spécifiues quand les antennes collectrices (= pigments) ont collecté assez d’énergie
  • PS2 (680 nm) (seul PS des bactéries pourpres)
  • PS1 (700 nm) (seul PS des bactéries vertes)
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15
Q

Transfert des électrons

A
  • 3 observations sont faites entre 1940 et 1960
    1- la photosynthèse diminue en efficacité si la longueur d’onde est légèrement supérieure à 680 nm
    2- par contre l’efficité est plus grande si o travaille en même temps à 680 ET à 700 nm (rouge clair et rouge foncé)
    3- effet antagoniste des cytochromes Rc et et Rs
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16
Q

Schéma en Z

A

1- H2O
2- PS2
3- Cytochromes
4- PS1
5- 2 NADPH + H(+)

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17
Q

Fonctionnement PS2

A
  • Le photosystème 2 est activé à 680 nm
  • photolyse de l’eau (côté lumen)
    => 2 H2O –> O2 + 4 H(+) + 4 électrons
  • les e(-) sont captés par un centre manganèse
  • les électrons sont transférés aux transporteur Z qui les transporte aux antennes collectrices
  • le photon à 680 nm permet l’oxydation de la chlorophylle par un acide en phéophytine (gain d’énergie)
  • la phéophytine est réduite et transfère les e(-) à la Quinone Qa
  • Cette dernière est réduite et transfère ensuite ces e(-) à la quinone Qb
  • réduite à son tour pour transférer les e(-) aux plastoquinones (permettant de transférer les e(-) au-delà du PS 2 au complexe cytochromique)
  • la réduction des plastoquinones utilisent des ions H(+) du stroma
    => 2e(-) + 2 H(+) + PQ –> PQH2
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18
Q

Complexe cytochromique b6f

A

Complexe enzymatique qui permet de catalyser l’oxydoréduction entre plastoquinone et plastocyanines (PC)(transfert des électrons aux plastocyanines)
=> PQH2 + 2 PC –> PQ + 2 PC (-) + 2 H(+)
=> Les H(+) sont rejetés côté lumen

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19
Q

Fonctionnement PS 1

A
  • Les PC(-) transfèrent leur e(-) aux antennes collectrices du PS1
  • Le photon à 700 nm leur permet d’oxyder une chlorophylle modifiée avec un acide pour former une molécule de chlorophylle modifiée AO
  • Les e(-) sont transférés aux quinones A1
  • Les e(-) sont transférés au complexe réactionnel FeIS ( Fx puis Fa puis Fb)
  • Enfin, les e(-) sont transférés à une ferrédoxine (Fdx)
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20
Q

Photophosphorylation non-cycliques

A
  • transfert des électrons vers le NADP(+)
  • intervention de l’enzyme ferrédoxine NADP(+) réductase avec le FAD (Flavine adénine dinucléotide) comme cofacteur
    => 2 Fdx (-) + NADP (+) + H (+) –> 2 Fdx + NADPH
    => les H(+) viennent du stroma
  • résultat final
    => 2 H2O transmet 4 e(-) au PS2
    => Ces 4 e(-) suivent la chaîne redox jusqu’aux ferrédoxines quis sont oxydées en 2 NADPH
    => petite quantité d’ATP produite mais aussi synthèse de NADPH
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21
Q

Photophosphorylation cyclique

A
  • transfert des électrons du PS1 vers le complexe cytochromique
    => Pas de synthèse de NADPH mais augmentation du gradient de protons dans le lumen
22
Q

Photophosphorylation pseudocylique

A
  • transfert des e(-) du PS1 vers O2 qui sert d’accepteur final
  • pseudo-cycle H2O –> H2O
23
Q

Inhibiteurs spécifiques de la photosynthèse (= herbicides=

A
  • Atrazine => agit sur le PS2
  • DCMU => empêche la redox entre les quinones Qa et Qb dans le PS2
  • Paraquat => agit au niveau de Fa/ Fb du PS1 et forme une forme active de l’oxygène
  • DBMIB => analogue structural des quinones => coupe le passage des e(-) du PS2 vers le cytochrome
24
Q

Synthèse d’ATP

A
  • La phosphorylation permet la constitution d’un gradient de pH au niveau des cytochromes, amplifié par la photolyse de l’eau
    => accumulation de protons dans le lumen et diminution de protons dans le stroma
  • la lumière n’est nécessaire que pour la constitution du gradient de protons. Il peut y avoir synthèse d’ATP à l’obscurité ou en présence de DCMU s’il existe déjà un gradient de protons
  • le complexe ATP synthase permet de synthétiser un ATP pour 2 à 3 H(+)
    => 8 H(+) + 3 ADP + Pi –> 3 ATP
25
Q

facteurs limitants de la photosynthèse

A

=> CO2, lumière et T°

  • lumière : point de compensation (= minimum pour que la photosynthèse) différents pour plante d’ombre (100 lux) et plantes de soleil (1000 lux)
  • T° : effet positif de l’élévation de T° jusqu’à T° = 30°C
  • CO2 : Point de compensation si [CO2] > 0.005%
    => [CO2] dans l’atmosphère = 0.03% => fortement limitant si T° et lumière ne sont pas limitants
26
Q

cycle réducteur des Pentoses phosphates en C3

A

=> C5 +CO2 –> 13 étapes –> 2 C3 qui réagissent avec ATP et NADPH pour former des hydrates de carbone

  • Les 13 étapes sont décomposés en 3 phases
    1- Phase de carboxylation => Incorporation du CO2 sur le C5 pour former 2 C3
    2- Phase de réduction des 2 composés en C3
    3- Phase de régénération de l’accepteur initial en C5
27
Q

1) carboxylation du ribulose 1,5 biphosphate (RuBP)

A

=> 3 (CO2 + RuBP + H2O) –> 3*(2 APG)

  • APG => 3-phosphoglycerate
  • enzyme => RUBISCO
28
Q

RUBISCO

A

=> 40 millions de tonnes sur Terre (protéine la plus présente sur Terre)
=> fixation de 20*10^12 tonnes de CO2 / an
=> 16 sous-unités => 8 grandes A8 et 8 petites a8
=> grosses sous-unités synthétisées dans le chloroplaste par le génome du chloroplaste
=> petites sous-unités synthétisées dans le cytoplasme par le génome nucléaire
=> assemblage dans le chloroplaste

29
Q

2) Réduction du phospho-glycérate

A

a) 3*(2 APG) + 6 ATP –> 6 1,3-BAPG + 6 ADP
=> enzyme : 3-phosphoglycérate kinase

b) 6 1,3-BPGA + 6 NADPH –> 6 Glyceraldéhyde-3-P + 6 NADP(+)
=> enzyme : glyceraldéhyde-3-phosphate-déshydrogénase

30
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) i)

A

i) 1 Glyceraldéhyde-3-P –> 1 dihydroxyacétone-3-P
=> enzyme: triose-phosphate-isomérase

31
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) ii)

A

ii) 1 Glyceraldéhyde-3-P + 1 dihydroxyacétone-3-P –> fructose-1,6-DP
=> Enzyme : aldolase

32
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) iii)

A

iii) fructose-1,6-DP –> fructose-6-P
=> enzyme: fructose-1,6-DPase

33
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) iv)

A

iv) fructose-6-P + glyceraldéhyde-3-P –> 1 érythrose-4-P + 1 xylulose-5-P
=> enzyme: trans-ketolase

34
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) v)

A

v) 1 Glyceraldéhyde-3-P –> 1 dihydroxyacétone-3-P
=> enzyme: triose-phosphate-isomérase

35
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) vi)

A

vi) 1 érythrose-4-P + 1 dihydroxyacétone-3-P –> 1 sédoheptulose-1,7-DP
=> enzyme : aldolase

36
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) vii)

A

vii) 1 sédoheptulose-1,7-DP –> 1 sédoheptulose-7-P
=> enzyme : sédoheptulose-1,7-DP-ase

37
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) viii)

A

viii) 1 sédoheptulose-7-P + 1 Glyceraldéhyde-3-P –> 1 ribose-5-P + 1 xylulose-5-P
=> enzyme : transketolase

38
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) ix)

A

ix) 2 xylulose-5-P –> 2 ribulose-5-P
=> enzyme : épimérase

39
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) x)

A

x) 1 ribose-5-P –> 1 ribulose-5-P
=> enzyme : isomérase

40
Q

3) Régénération de l’accepteur initial en C5
3) xi)

A

xi) 3 ribulose-5-P + 3 ATP –> 3 ribulose-1,5-DP (RuBP)
=> enzyme : phospho-ribulose-kinase

41
Q

Intérêt du cycle en C3

A
  • synthèse de sucres C6
    a) 3 RuBP +3 CO2 +9 ATP + 6 NADPH –> 1 C3 + 3 RuBP + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP(+)

b) 2 C3 + 18 ATP + 12 NADPH –> 1 C6 + 18 ADP + 12 NADP(+)

  • cycle autocatalytique (synthèse de RuBP)
    5 RuBP + 5CO2 + 16 ATP + 10 NADPH –> 6 RuBP +16 ADP + 14 Pi +10 NADP(+)
42
Q

Régulation du cycle C3

A
  • Au niveau de la RubisCO
    => coordination dans la régulation des gènes chloroplastiques et nucléaires des sous unités
    => pH chloroplastique à l’obscurité : pas de transfert d’e(-) donc pH stroma = pH
    =lumière = 7 –> RubisCO inactive
    => à la lumière : transfert d’e(-) donc pH dans la lumière = 4 et pH stroma = 8 –> RubisCO active
  • Rôle du magnésium:
    => obscurité : [Mg(2+)]thylacoïde = [Mg(2+)] stroma –>inactivité
    => lumière transfert des e(-) et accumulation de proton d’où sortie de Mg(2+) vers stroma (maintien de Em) –> activité
    => NASPH et ATP –> augmentation de l’activité
43
Q

rendement phase claire

A
  • Transfert de 4 e(-=
    => 4 moles de photons Rc (PS2) + 4 moles de photons Rs (PS1)
    => Permet la synthèse de 2 NADPH + 3 ATP
  • E (photon 680 nm) = 42 kcal / mol
  • E (photon 700 nm) = 40.8 kcal / mol
    => E (4 moles de photons Rc + Rs) = 331.2 kcal
  • E (3ATP) = 3 * 7.3 kcal
  • E (2 NADPH = 103.9 kcal
    => E (sortant) = 125.8 kcal

=> rendement phase claire= 125.8 / 331.2 = 38%

44
Q

Rendement phase obscure

A
  • Pour 6 CO2 utilisés, il faut 18 ATP et 12 NADPH
    => E (utilisée) = 18 * 7.3 kcal + 6 * 123.9 kcal = 758.6 kcal
  • Produit fabriqué = 1 sucre à 6C
    => valeur énergétique = 686 kcal

=> rendement phase obscure = 686 / 758.6 = 90 %

45
Q

Compétition photosynthèse / photorespiration

A

1 RuBP (C5) + O2 –> 3-P-phophoglycérate (C3) + 2-phosphoglycolate (C2)
=> même site actif pour O2 ET CO2 sur la RubisCO
=> si même concentration, affinité de l’enzyme 80 fois supérieure en faveur de CO2
=> Pb: [O2] dans l’atmosphère est 700 fois supérieure à [CO2]

46
Q

Lieux de la photorespiration

A
  • le 2-phosphoglycolate est transformé en glycolate (C2) par l’enzyme phosphoglycolate phosphatase dans le chloroplaste
  • Ces C2 suivent ensuitent une chaîne de réactions dans les péroxysomes et les mitochondries pour aboutir à un C3 et du CO2
47
Q

Facteurs influençant la photorespiration

A

Concentration en O2 et en CO2, T° et lumière
=> N’à lieu qu’à la lumière et est proportionnelle à l’intensité lumineuse
=> T° élevée augment l’affinité de la RubisCO pour O2
=> rôle de la T° sur [CO2] et [O2]
—-> Si T° augmente, [CO2] et [O2] dans la cellule diminuent mais [CO2] diminue plus vite que [O2]

48
Q

Intérêt de la photorespiration

A
  • [CO2] / [O2] était autrefois plus élevé, donc il n’y avait pas de compétition
  • [CO2] / [O2] a diminué au cours de l’évolution <==> apparition de la photorespiration
    => possibilité de générer du CO2 supplémentaire
    => possibilité d’augmenter le nombre de C3 quand [CO2] est le facteur limitant
    => moyen d’utiliser l’excès de NH
49
Q

Rendement de la photorespiration

A
  • RuBP +O2 +2 ATP + 2.5 NADPH –> 0.9RuBP + 0.5 CO2 + 2 ADP +2.5 NADP(+)
  • Pour 4 RuBP => 3 carboxylation et 1 oxygénation <==> incorporation de 3 CO2 et production de 0.5 CO2
  • Rendement de la phase claire ne change pas
  • Rendement de la phase obscure :
    => 3 RuBP carboxylation utilisent 3 CO2, 9 ATP et 6 NADPH
    => 1 RuBP oxygénation utilise 1 O2, 2ATP et 2.5 NADPH
    => total pour 4 RuBP : 11 ATP + 8.5 NADPH pour incorporer 2.5 CO2
    => Énergie nécessaire 11 * 7.3 + 8.5 (103.9/2) = 521.875 kcal
    => pour synthétiser un composé C6, il faut incorporer de façon nette 6 CO2 et non pas 2.5 CO2
    => l’énergie nécessaire pour un C6 sera alors 521.875 / 2.5 *6 = 1252.5 kcal

*Le rendement total de la phase obscure des plantes C3 sera alors de 686 / 1252.5 kcal = 54%

50
Q

Adaptations face à la photorespiration

A
  • mécanismes de concentration du CO2
    => ex: végétaux aquatiques avec leur pompe à CO2
    => ex: végétaux avec spécialisation anatomique d’où assimilation primaire du CO2 différente
    => ex: végétaux avec fonctionnement temporel

Grandes fonctions des végétaux (4 decks)

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