Expliquer précisément en quoi consiste la phase photochimique de la photosynthèse.
Quelles sont les caractéristiques de la phase photochimique de la photosynthèse ?
Où la phase photochimique de la photosynthèse a-t-elle lieu ?
Quelles sont les deux choses qui se produisent au niveau du centre réactionnel de l'antenne collectrice des photosystèmes ?
Pour quelles raisons peut-on dire que la phase photochimique permet de transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique ?
Qu'est-ce qui caractérise l'antenne collectrice des photosystèmes présents dans la membrane des thylakoïdes ?
La photosynthèse est une réaction métabolique faite par les végétaux verts au niveau d'organites spécifiques : les chloroplastes. Elle consiste à l'utilisation d'eau et de dioxyde de carbone pour former du dioxygène et des molécules organiques en présence de lumière. Cependant, Hill a montré en 1939 que cette réaction se sépare en deux phases distinctes, on étudie la première phase, appelée phase photochimique.
On commence par analyser l'expérience de Hill. Celui-ci a isolé des chloroplastes et les a privés de CO2, il a mis dans son milieu un accepteur artificiel d'électrons (oxydant), appelé réactif de Hill puis a observé l'évolution du O2 dans son milieu. En absence d'oxydant, l'O2 diminue, mais dès l'injection du réactif de Hill et en présence de lumière, l'O2 se met à augmenter dans le milieu. Par contre, cette réaction ne fonctionne pas à l'obscurité. Hill a ainsi mis en évidence la phase photochimique de la photosynthèse qui correspond à une oxydation en présence de lumière. C'est cette phase de la photosynthèse qui entraîne la libération d'O2. De plus, cette phase se produit en absence de CO2, c'est donc la molécule d'eau (H2O) qui est oxydée.
Cette réaction qui nécessite de la lumière est donc photo-dépendante, et il faut pour cela un système de capture de la lumière dans le chloroplaste. Si on fait une chromatographie d'une feuille de végétal chlorophyllien, on observe la présence de nombreux pigments : Chlorophylle a, Chlorophylle b et Caroténoïdes. Si l'on observe maintenant le spectre d'action de la photosynthèse, c'est-à-dire les longueurs d'onde pour lesquelles on trouve une activité photosynthétique, on observe que le spectre d'action de la photosynthèse correspond au spectre d'absorption de la lumière par les chlorophylles a et b. On peut en déduire que ce sont les chlorophylles qui vont capter la lumière nécessaire au déroulement de la phase photochimique de la photosynthèse. Ce sont ces pigments qui vont capter l'énergie lumineuse du Soleil pour la transformer en énergie chimique.
On trouve la chlorophylle dans une zone particulière du chloroplaste : la membrane des thylakoïdes. Les thylakoïdes sont des sortes de sacs aplatis présents dans le stroma du chloroplaste, et ils sont empilés sous forme de granum. Dans la membrane des thylakoïdes, on observe des photosystèmes qui sont l'assemblage de protéines et de pigments chlorophylliens. Les pigments y sont regroupés en antennes collectrices et absorbent les photons lumineux ce qui modifie la configuration électronique du pigment. Le pigment va passer à un état excité et pour retourner à son état normal, il va transférer l'excitation au pigment voisin. L'énergie va donc être transférée de pigment en pigment jusqu'au centre réactionnel où une chlorophylle piège l'énergie. La chlorophylle "piège" va être réduite et perdre un électron au profit d'une chaîne d'oxydoréduction dont l'accepteur d'électrons final noté R va être réduit en RH2. La chlorophylle "piège" va retrouver son état initial grâce à la réaction d'oxydation de l'eau qui libère de l'O2. L'énergie lumineuse est donc convertie en énergie chimique en formant des composés réduits appelés RH2 et en libérant le dioxygène après réduction de l'eau.
À cette réaction est couplé un changement de pH entre le stroma et l'intérieur des thylakoïdes (appelé lumen). En effet, le flux d'électrons s'accompagne d'une diminution de pH dans le lumen. Ce gradient de pH va permettre le fonctionnement des ATP-synthases de la membrane des thylakoïdes qui vont utiliser le flux de protons pour produire de l'ATP qui est une forme d'énergie nécessaire au fonctionnement de la deuxième phase de la photosynthèse.
- La phase photochimique nécessite de la lumière, les photons sont captés par les pigments chlorophylliens au niveau d'antennes collectrices présentes dans la membrane des thylakoïdes des chloroplastes.
- Au centre réactionnel de l'antenne collectrice, on trouve une chlorophylle piégée qui va libérer un électron, celui-ci va être transmis jusqu'à un composé R qui va être réduit en RH2. La chlorophylle "piège" va retrouver son état initial grâce à l'oxydation de l'eau qui libère du dioxygène.
- Le gradient de pH entre stroma et lumen créé par le flux d'électrons va entraîner la synthèse d'ATP par les ATP-synthases de la membrane du thylakoïde.