photosynthèse

Comprendre l

Comprendre l'importance et le rôle des chloroplastes, de la chlorophylle, du grana, des membranes thylakoïdes et du stroma dans la photosynthèse L'emplacement, l'importance et les mécanismes de la photosynthèse. Étudiez les rôles des chloroplastes, de la chlorophylle, du grana, des membranes thylakoïdes et du stroma dans la photosynthèse. Encyclopédie Britannica, Inc. Voir toutes les vidéos de cet article

photosynthèse , le processus par lequel le vert les plantes et certains autres organismes transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique. Lors de la photosynthèse des plantes vertes, l'énergie lumineuse est captée et utilisée pour convertir l'eau , dioxyde de carbone et minéraux en oxygène et en matières organiques riches en énergie composés .



photosynthèse

photosynthèse Schéma de la photosynthèse montrant comment l'eau, la lumière et le dioxyde de carbone sont absorbés par une plante pour produire de l'oxygène, des sucres et davantage de dioxyde de carbone. Encyclopédie Britannica, Inc.



Questions les plus fréquentes

Pourquoi la photosynthèse est-elle importante ?

La photosynthèse est essentielle à l'existence de la grande majorité de la vie sur Terre. C'est la façon dont pratiquement toute l'énergie de la biosphère devient disponible pour les êtres vivants. En tant que producteurs primaires, les organismes photosynthétiques forment la base des réseaux trophiques de la Terre et sont consommés directement ou indirectement par toutes les formes de vie supérieures. De plus, presque tout l'oxygène dans l'atmosphère est dû au processus de photosynthèse. Si la photosynthèse cessait, il y aurait bientôt peu de nourriture ou d'autres matières organiques sur Terre, la plupart des organismes disparaîtraient et l'atmosphère terrestre finirait par devenir presque dépourvue d'oxygène gazeux.

Quelle est la formule de base de la photosynthèse ?

Le processus de photosynthèse s'écrit communément : 6COdeux+ 6HdeuxO → C6H12OU ALORS6+ 6Odeux. Cela signifie que les réactifs, six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau, sont convertis par l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle (impliquée par la flèche) en une molécule de sucre et six molécules d'oxygène, les produits. Le sucre est utilisé par l'organisme et l'oxygène est libéré comme sous-produit.



Lire la suite ci-dessous : Caractéristiques générales : Réaction globale de la photosynthèse Chlorophylle En savoir plus sur la chlorophylle.

Quels organismes peuvent faire la photosynthèse ?

La capacité de photosynthèse se trouve dans les deux eucaryote et les organismes procaryotes. Les exemples les plus connus sont les plantes, car presque toutes les espèces parasites ou mycohétérotrophes contiennent de la chlorophylle et produisent leur propre nourriture. Algues sont l'autre groupe dominant d'organismes photosynthétiques eucaryotes. Toutes les algues, qui comprennent les varechs massifs et les diatomées microscopiques, sont d'importants producteurs primaires. Cyanobactéries et certaines bactéries soufrées sont des procaryotes photosynthétiques, chez qui la photosynthèse a évolué. Aucun animal n'est censé être capable de manière indépendante de la photosynthèse, bien que la limace de mer vert émeraude puisse temporairement incorporer des chloroplastes d'algues dans son corps pour la production de nourriture.

Eucaryote En savoir plus sur les eucaryotes. Procaryotes En savoir plus sur les procaryotes.

Il serait impossible de surestimer l'importance de la photosynthèse dans le maintien de la vie sur Terre. Si la photosynthèse cessait, il y aurait bientôt peu de nourriture ou d'autres matières organiques sur Terre. La plupart des organismes disparaîtraient et, avec le temps, l'atmosphère terrestre deviendrait presque dépourvue d'oxygène gazeux. Les seuls organismes capables d'exister dans de telles conditions seraient les bactéries chimiosynthétiques, qui peuvent utiliser l'énergie chimique de certains composés inorganiques et ne dépendent donc pas de la conversion de l'énergie lumineuse.

L'énergie produite par la photosynthèse effectuée par les plantes il y a des millions d'années est responsable des combustibles fossiles (c. huile , et gaz ) qui alimentent la société industrielle . Dans les âges passés, les plantes vertes et les petits organismes qui se nourrissaient de plantes augmentaient plus vite qu'ils n'étaient consommés, et leurs restes étaient déposés dans la croûte terrestre par sédimentation et autres processus géologiques. Là, à l'abri de oxydation , ces restes organiques ont été lentement convertis en combustibles fossiles. Ces carburants fournissent non seulement une grande partie de l'énergie utilisée dans les usines, les maisons et les transports, mais servent également de matière première pour les plastiques et autres synthétique des produits. Malheureusement, la civilisation moderne épuise en quelques siècles l'excès de production photosynthétique accumulé depuis des millions d'années. Par conséquent, le dioxyde de carbone qui a été extrait de l'air pour fabriquer des glucides lors de la photosynthèse pendant des millions d'années est renvoyé à un rythme incroyablement rapide. La concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre augmente le plus rapidement jamais dans l'histoire de la Terre, et ce phénomène devrait avoir des conséquences majeures. implications sur Terre climat .



Exigences en matière de nourriture, de matériaux et d'énergie dans un monde où Humain croissance rapide de la population ont créé un besoin d'augmenter à la fois la quantité de photosynthèse et la Efficacité de convertir la sortie photosynthétique en produits utiles aux gens. Une réponse à ces besoins—la soi-disant La Revolution verte , commencé au milieu du 20e siècle, a permis d'énormes améliorations du rendement agricole grâce à l'utilisation d'engrais chimiques, à la lutte contre les parasites et les maladies des plantes, la sélection végétale et le labourage, la récolte et le traitement des cultures mécanisés. Cet effort a limité les famines sévères à quelques régions du monde malgré une croissance démographique rapide, mais il n'a pas éliminé la malnutrition généralisée. De plus, à partir du début des années 90, le rythme d'augmentation des rendements des principales cultures a commencé à décliner. Cela était particulièrement vrai pour le riz en Asie. La hausse des coûts associée au maintien de taux élevés de production agricole, qui nécessitait des apports toujours croissants d'engrais et de pesticides et le développement constant de nouvelles variétés végétales, est également devenue problématique pour les agriculteurs de nombreux pays.

Une seconde révolution agricole, basée sur le végétal ingénierie génétique , devait entraîner une augmentation de la productivité des usines et, partant, partiellement soulager malnutrition. Depuis les années 1970, les biologistes moléculaires possèdent les moyens de modifier le matériel génétique d'une plante (acide désoxyribonucléique ou ADN) dans le but d'améliorer la résistance aux maladies et à la sécheresse, le rendement et la qualité des produits, la résistance au gel et d'autres propriétés souhaitables. Cependant, ces traits sont intrinsèquement complexes, et le processus de modification des plantes cultivées par génie génétique s'est avéré plus compliqué que prévu. À l'avenir, un tel génie génétique pourrait entraîner des améliorations dans le processus de photosynthèse, mais au cours des premières décennies du 21e siècle, il n'avait pas encore démontré qu'il pouvait augmenter considérablement les rendements des cultures.

Un autre domaine intéressant dans l'étude de la photosynthèse a été la découverte que certains animaux sont capables de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique. La limace de mer vert émeraude ( Elysia chlorotica ), par exemple, acquiert des gènes et des chloroplastes de Graveleux de Vauchena , un algue il consomme, ce qui lui confère une capacité limitée à produire de la chlorophylle. Quand suffisamment de chloroplastes sont assimilé , la limace peut renoncer à l'ingestion de nourriture. Le puceron du pois ( Acyrthosiphon pisum ) peut exploiter la lumière pour fabriquer le riche en énergie composé l'adénosine triphosphate (ATP); cette capacité a été liée à la fabrication par le puceron de pigments caroténoïdes.



Caractéristiques générales

Développement de l'idée

L'étude de la photosynthèse a commencé en 1771 avec des observations faites par l'ecclésiastique et scientifique anglais Joseph Priestley. Priestley avait brûlé une bougie dans un récipient fermé jusqu'à ce que l'air à l'intérieur du récipient ne puisse plus supporter la combustion . Il a ensuite placé un brin de comme plante dans le conteneur et a découvert qu'après plusieurs jours la menthe avait produit une substance (plus tard reconnue comme de l'oxygène) qui a permis à l'air confiné d'entretenir à nouveau la combustion. En 1779, le médecin néerlandais Jan Ingenhousz a développé les travaux de Priestley, montrant que la plante devait être exposée à la lumière si la substance combustible (c'est-à-dire l'oxygène) devait être restaurée. Il a également démontré que ce processus nécessitait la présence des tissus verts de la plante.

En 1782, il fut démontré que le gaz comburant (l'oxygène) se formait aux dépens d'un autre gaz, ou air fixe, identifié l'année précédente comme étant le dioxyde de carbone. Des expériences d'échange de gaz en 1804 ont montré que le gain de poids d'une plante cultivée dans un pot soigneusement pesé résultait de l'absorption de carbone, qui provenait entièrement du dioxyde de carbone absorbé, et de l'eau absorbée par les racines des plantes ; le reste est de l'oxygène, rejeté dans l'atmosphère. Près d'un demi-siècle s'est écoulé avant que le concept d'énergie chimique ne se développe suffisamment pour permettre la découverte (en 1845) que l'énergie lumineuse du soleil est stockée sous forme d'énergie chimique dans des produits formés lors de la photosynthèse.



production de graines fruits et fleurs sont des caractéristiques de quel groupe

Réaction globale de la photosynthèse

En termes chimiques, la photosynthèse est une processus d'oxydo-réduction . (L'oxydation fait référence à l'élimination des électrons d'une molécule ; la réduction fait référence au gain d'électrons par une molécule.) Dans la photosynthèse des plantes, l'énergie de la lumière est utilisée pour entraîner l'oxydation de l'eau (HdeuxO), produisant de l'oxygène gazeux (Odeux), les ions hydrogène (H+) et des électrons. La plupart des électrons et des ions hydrogène retirés sont finalement transférés au dioxyde de carbone (COdeux), qui est réduit aux produits biologiques. D'autres électrons et ions hydrogène sont utilisés pour réduire les nitrates et les sulfates en groupes amino et sulfhydryle dans les acides aminés, qui sont les éléments constitutifs des protéines. Dans la plupart des cellules vertes, les glucides, en particulier l'amidon et le du sucre saccharose - sont les principaux produits organiques directs de la photosynthèse. La réaction globale dans laquelle les glucides, représentés par la formule générale (CHdeuxO)—se forment au cours de la photosynthèse des plantes peut être indiqué par l'équation suivante :

Équation chimique.

Cette équation n'est qu'un énoncé sommaire, car le processus de photosynthèse implique en réalité de nombreuses réactions catalysées par des enzymes (catalyseurs organiques). Ces réactions se déroulent en deux étapes : l'étape lumineuse, consistant en des réactions photochimiques (c'est-à-dire captant la lumière) ; et la scène sombre, comprenant réactions chimiques contrôlées par des enzymes . Au cours de la première étape, l'énergie de la lumière est absorbée et utilisée pour entraîner une série de transferts d'électrons, entraînant la synthèse de ATP et la nicotine adénine dinucléotide phosphate (NADPH) réduite en donneur d'électrons. Au cours de la phase d'obscurité, l'ATP et le NADPH formés dans les réactions de capture de la lumière sont utilisés pour réduire le dioxyde de carbone en composés organiques du carbone. Cette assimilation du carbone inorganique en composés organiques est appelée fixation du carbone.

Au cours du 20e siècle, des comparaisons entre les processus photosynthétiques chez les plantes vertes et chez certaines bactéries sulfureuses photosynthétiques ont fourni des informations importantes sur le mécanisme photosynthétique. Les bactéries du soufre utilisent le sulfure d'hydrogène (HdeuxS) comme source d'atomes d'hydrogène et produire du soufre à la place de l'oxygène lors de la photosynthèse. La réaction globale est

Équation chimique.

Dans les années 1930, le biologiste néerlandais Cornelis van Niel a reconnu que l'utilisation du dioxyde de carbone pour former des composés organiques était similaire dans les deux types d'organismes photosynthétiques. Suggérant que des différences existaient dans le stade dépendant de la lumière et dans la nature des composés utilisés comme source d'atomes d'hydrogène, il a proposé que l'hydrogène soit transféré du sulfure d'hydrogène (chez les bactéries) ou de l'eau (dans les plantes vertes) à un accepteur inconnu ( appelé A), qui a été réduit à HdeuxA. Au cours des réactions à l'obscurité, similaires chez les bactéries et les plantes vertes, l'accepteur réduit (HdeuxA) réagi avec du dioxyde de carbone (COdeux) pour former des glucides (CHdeuxO) et d'oxyder l'accepteur inconnu en A. Ce putatif la réaction peut être représentée par :

Équation chimique.

La proposition de Van Niel était importante parce que la théorie populaire (mais incorrecte) était que l'oxygène était retiré du dioxyde de carbone (plutôt que l'hydrogène de l'eau, libérant de l'oxygène) et que le carbone se combinait ensuite avec de l'eau pour former des glucides (plutôt que l'hydrogène de l'eau combinant avec du COdeuxformer CHdeuxOU ALORS).

En 1940, les chimistes utilisaient des isotopes lourds pour suivre les réactions de la photosynthèse. Eau marquée d'un isotope d'oxygène (18O) a été utilisé dans les premières expériences. Les plantes qui ont photosynthétisé en présence d'eau contenant Hdeux18O produit de l'oxygène gazeux contenant18O; ceux qui ont fait la photosynthèse en présence d'eau normale ont produit de l'oxygène gazeux normal. Ces résultats ont fourni un soutien définitif à la théorie de van Niel selon laquelle l'oxygène gazeux produit pendant la photosynthèse est dérivé de l'eau.