D’un type d’énergie à l’autre

Les réactions dépendantes de la lumière se produisent à l’intérieur des thylakoïdes, dans les chloroplastes. Puisque ces réactions sont « dépendantes » de la lumière, on se doute qu’elles ont besoin de lumière pour fonctionner. Le but de cette première étape est de convertir l’énergie solaire en d’autres formes d’énergie, t’en rappelles-tu?

Les réactions dépendantes de la lumière qui ont lieu durant la photosynthèse nécessitent de la lumière solaire. Image : Mell27.

Pour fabriquer des sucres, les plantes ne peuvent pas utiliser l’énergie solaire directement. Elles doivent transformer l’énergie lumineuse en une autre forme d’énergie, utilisable : l’énergie chimique. L’énergie chimique est tout autour de nous : par exemple, dans l’essence que les voitures utilisent pour rouler. L’énergie des plantes, elle, est stockée dans l’ATP et le NADPH, qui sont deux types de molécules transporteuses d’énergie. Elles existent non seulement chez les plantes, mais aussi chez les animaux.

La recette de l’énergie

Les plantes ont besoin d’eau pour fabriquer du NADPH. La molécule d’eau est brisée pour en extraire les électrons (des particules subatomiques chargées négativement). Cette cassure libère aussi de l’oxygène, ce gaz que nous respirons tous.

Les électrons doivent traverser certaines protéines imbriquées dans la membrane du thylakoïde. Ils traversent la première protéine (celle du photosystème 2) et continuent leur chemin sur la chaine de transport d’électrons. Ils passent ensuite à travers une seconde protéine (celle du photosystème 1).

Photosystem I and Photosystem II

Non mais attendez un peu... D'abord les électrons traversent le second photosystème et ensuite seulement le premier ? C'est bizarre. Pourquoi les appeler ainsi alors ?

Les molécules d’eau sont cassées pour libérer les électrons. Les électrons perdent ensuite un gradient, ce qui leur permet de stocker de l’énergie dans l’ATP. Image : Jina Lee.

Le nom des photosystèmes ne correspond pas au chemin emprunté par les électrons car ils ont été découverts dans le désordre.

Le photosystème I a été découvert avant le photosystème II, dont on a compris qu'il venait en premier sur la chaîne de transport des électrons. Mais il était trop tard, et le nom n'a pas changé: les électrons passent donc d'abord par le photosystème II avant d'atteindre le photosystème I.

La chaine de transport d’électrons

Pendant qu’ils se trouvent dans les photosystèmes 1 et 2, les électrons stockent l’énergie de la lumière du soleil. Comment y parviennent-ils ? La chlorophylle, présente dans les photosystèmes, absorbe l’énergie solaire. Les électrons chargés d’énergie sont alors utilisés pour produire du NADPH.

La chaine de transport d’électrons est constituée d’une série de petites molécules qui prennent ou donnent facilement des électrons. En se déplaçant de molécule en molécule, les électrons se déplacent à travers la membrane. Ce processus est couplé au mouvement des ions d’hydrogène. Cela signifie que lorsque des électrons se déplacent, des ions d’hydrogène se déplacent aussi.

L’ATP est produite lorsque les ions d’hydrogène sont aspirés à l’intérieur du thylakoïde (dans le lumen). Les ions d’hydrogène ont une charge positive. Comme pour les aimants, les charges équivalentes se repoussent; c’est pourquoi les ions d’hydrogène veulent s’éloigner les uns des autres. Ils s’échappent du thylakoïde via une protéine de la membrane appelée ATP synthase. En traversant la protéine, ils lui donnent de l’énergie, comme de l’eau dans un barrage. C’est lorsque les ions d’hydrogène traversent la protéine et la chaine de transport d’électrons que l’ATP est créé. C’est ainsi que les plantes transforment l’énergie lumineuse en énergie chimique utilisable. 

Le cycle de Calvin: Construire la vie avec de l’air

Comment de l’air peut-il se transformer en bois ? La réponse à cette question se trouve dans ses composants.

Comment l’air autour d’un arbre peut-il se transformer en écorce? A l’aide d’une série de réactions complexes au cours desquelles le carbone est utilisé pour fabriquer d’autres matériaux. Photo : André Karwath.

L’air est composé de différents éléments, comme l’oxygène, le carbone et l’azote. Ensemble, elles forment des molécules comme le dioxyde de carbone (CO2). Le dioxyde de carbone est composé d’un atome de carbone et deux d’oxygène. Les plantes extraient l’atome de carbone de ce composé et l’utilisent pour fabriquer des sucres.

Ce processus a lieu grâce au cycle de Calvin. Ce cycle se déroule à l’intérieur des chloroplastes, mais à l’extérieur des thylakoïdes (où l’ATP est fabriqué). L’ATP et le NADPH des réactions dépendantes de la lumière sont utilisées pendant le cycle de Calvin. 

Certaines étapes du cycle de Calvin portent le nom de réactions indépendantes de la lumière. Ne vous laissez pas avoir par le nom… Ces réactions nécessitent bien de la lumière.

Une protéine appelée RuBisCO joue aussi un rôle dans la transformation du carbone en sucres. Elle agit assez lentement, les plantes en ont donc besoin en quantité. En fait, RuBisCO est la protéine la plus abondante au monde !

Les produits du cycle de Calvin sont utilisés pour fabriquer le glucose, un sucre simple. A son tour, le glucose est utilisé pour construire des sucres plus complexes, comme l’amidon et la cellulose. L’amidon stocke l’énergie des végétaux, et la cellulose est le composant principal de la chair des plantes. 

Images: Wikimedia Commons. Semis photo: Bff.