Ce sont des végétaux photosynthétiques
qui réalisent, en présence de lumière, la fabrication ou synthèse
des substances organiques nécessaires à leur vie à partir de substances
inorganiques prélevées dans le milieu comme l’eau, les sels minéraux et le
dioxyde de carbone.
Ces synthèses consomment de l’énergie fournie par la
lumière solaire qui est captée par des pigments chlorophylliens portés par
des organites, les plastes ou chromatophores.
Les algues
sont donc capables de se nourrir, contrairement aux animaux, à partir
d’éléments inorganiques, on les dit autotrophes par photosynthèse.
Certaines pourtant sont capables d'utiliser des matières organiques du
milieu (on les dits hétérotrophes).
1. La photosynthèse associe dans
les chloroplastes 2 sortes de réactions:
-des réactions claires
photochimiques qui permettent la conversion de l'énergie lumineuse en
énergie chimique potentielle,
-des réactions sombres ou obscures qui utilisent l'énergie chimique pour réduire le dioxyde de carbone minéral en carbone organique.
1.1. Les réactions claires. 1.1.1. Excitation des pigments photosynthétiques et libération d'électrons. | |
État excité de l'ion métallique de la molécule de chlorophylle a. C'est la porphyrine contenue dans le groupement porphyrique d' 1 molécule de chlorophylle a , centré sur un atome de magnésium, qui est sensible aux photons |
Quand un photon lumineux est absorbé par une
molécule de chlorophylle a, un électron est libéré;
celui-ci change alors d'orbite en élevant son niveau d'énergie. La
molécule de chlorophylle a qui est une "donneuse
d'électrons" passe alors à l'état excité:
chlorophylle a ----->e- (oxydation).
Mais cet électron instable revient à son état initial en libérant un photon de moindre énergie (responsable du phénomène de fluorescence de la chlorophylle). Dans le chloroplaste d'une algue vivante, c'est différent, l'électron instable est piégé par un accepteur d'électrons qui est réduit: T+ + e- -------->T (réduction) L'état excité se propage aux molécules voisines (les pigments surnuméraires comme les carotènes se contentant de transmettre l'énergie reçue). Elles constituent une "antenne collectrice", située dans les membranes des thylakoïdes qui récupèrent et transmettent les électrons au centre réactionnel du Photosystème II (PSII) (cf. schéma ci-dessus). |
L'ensemble des molécules de l'antenne
réceptrice associées à des lipides (quinones) et des protéines (ferrédoxine) constituent des photosystèmes
qui sont des complexes membranaires; 2 photosystèmes I et II ont
été isolés:
PSI riche en chlorophylle a ou P700 qui absorbe dans le rouge (700 nanomètres) mais pas au-delà et PSII riche en chlorophylle a ou P680 qui absorbe dans le rouge (680 nm) et le bleu (430 nm). |
1.1.2. Transit des électrons à travers les photosystèmes de la membrane des
thylakoïdes des chloroplastes.
Le premier accepteur d'électrons les
transfère le long du Photosystème II qui constitue une chaîne de réactions
d'oxydo-réduction (chaîne photosynthétique), puis le long du photosystème
I jusqu'au dernier accepteur d'électrons qui est la molécule de NADP =
Nicotamide adénine dinucléotide phosphate qui est alors réduite
1.1.3. Régénération du donneur d'électrons et photolyse de l'eau.
Pour fonctionner à nouveau la molécule de chlorophylle
a oxydée devra revenir à l'état réduit en empruntant l'électron
perdu à un autre donneur d'électrons; c'est la molécule d'eau qui fournit
cet électron en subissant une oxydation ou photolyse de l'eau.
1.1.4. Établissement d'un flux de protons à travers une ATP synthétase (enzyme active au niveau des sphères
pédonculées de la membrane du thylakoïde). Ainsi s'accumulent des protons H+
dans le stroma; ils serviront à la régénération de NADP.
1.1.5. Photophosphorylation
de l'ATP.
C'est la synthèse de l'Adénosine TriPhosphate à partir de
l'Adénosine Diphosphorique et d'une molécule de phosphate inorganique Pi;
l'énergie nécessaire à la formation d'ATP est fournie par les électrons à
haute énergie qui quittent les centres réactionnels (c'est une réaction
endergonique qui consomme de l'énergie).
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