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- Réduire le NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) et les ions H+ en NDPH (ajout d'électrons).
- Synthétiser l'ATP (adénosine triphosphate) à partir du phosphate inorganique (Pi) et de l'ADP (adénosine diphosphate).
- Diviser l'eau en ions H+, en électrons et en oxygène.
L'équation globale de la réaction dépendant de la lumière est la suivante :
$$\text{2 H}_{2}\text{O + 2 NADP}^{+}\text{ + 3 ADP + 3 P}_{i} \longrightarrow \text{O}_{2}\text{ + 2 H}^{+}\text{ + 2 NADPH + 3 ATP}$$.
La réaction dépendante de la lumière est appelée réaction d'oxydoréduction , car les substances perdent et gagnent des électrons, de l'hydrogène et de l'oxygène au cours du processus. Lorsqu'une substance perd des électrons, de l'hydrogène ou de l'oxygène, on parle d'oxydation. Lorsqu'une substance gagne des électrons, de l'hydrogène ou de l'oxygène, on parle de réduction. Si ces phénomènes se produisent simultanément, on parle d'oxydoréduction.
Une bonne façon de s'en souvenir (en ce qui concerne les électrons ou l'hydrogène) est l'acronyme OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain (L'oxydation est une perte, la réduction est un gain).
Quels sont les réactifs de la réaction dépendante de la lumière ?
Les réactifs de la réaction dépendante de la lumière sont l'eau, le NADP+, l'ADP et le phosphate inorganique (\(\text{ P}_{i}\)).
Comme tu le verras ci-dessous, l'eau est un élément essentiel de la photosynthèse. L'eau donne ses électrons et ses ions H+ par le biais d'un processus appelé photolyse, et ces deux éléments jouent un rôle important dans le reste des réactions dépendant de la lumière, en particulier dans la formation du NADPH et de l'ATP.
Laphotolyse désigne la réaction au cours de laquelle les liaisons entre les atomes sont rompues par l'énergie lumineuse(directe) ou l'énergie radiante(indirecte).
Le NADP+ est un type de coenzyme - un composé organique non protéique qui catalyse une réaction en se liant à une enzyme. Il est utile dans la photosynthèse car il peut accepter et délivrer des électrons - ce qui est essentiel pour un processus plein de réactions d'oxydoréduction ! Il se combine avec des électrons et des ions H+ pour former le NADPH, une molécule essentielle pour la réaction indépendante de la lumière.
La formation d'ATP à partir d'ADP est un élément essentiel de la photosynthèse, car l'ATP est souvent considéré comme la monnaie énergétique de la cellule. Comme le NADPH, il est utilisé pour alimenter la réaction indépendante de la lumière.
Les étapes de la réaction dépendante de la lumière
La réaction dépendante de la lumière se déroule en trois étapes : l'oxydation, la réduction et la génération d'ATP. La photosynthèse a lieu dans le chloroplaste (tu peux te rafraîchir la mémoire sur la strcture dans l'article sur la photosynthèse).
Oxydation
La réaction à la lumière se produit le long de la membrane thylakoïde.
Lorsque les molécules de chlorophylle, présentes dans le photosystème II (le complexe protéique), absorbent l'énergie lumineuse, la paire d'électrons à l'intérieur de la molécule de chlorophylle est portée à un niveau d'énergie plus élevé. Ces électrons quittent alors la molécule de chlorophylle, qui devient alors ionisée. Ce processus est appelé photoionisation.
L'eau agit comme un donneur d'électrons pour remplacer les électrons manquants dans la molécule de chlorophylle. L'eau est donc oxydée, ce qui signifie qu'elle perd des électrons. L'eau est divisée en oxygène, en deux ions H+ et en deux électrons par ce processus (photolyse). La plastocyanine (protéine qui assure le transfert des électrons) transporte ensuite ces électrons du photosystème II au photosystème I pour la partie suivante de la réaction à la lumière.
Ils passent également par la plastoquinone (molécule impliquée dans la chaîne de transport des électrons) et le cytochrome b6f (une enzyme), comme tu pourras le voir sur la figure 1, mais il n'est généralement pas nécessaire de les connaître pour le baccalauréat.
L'équation de cette réaction est la suivante :
$$ \text{2 H}_{2}\text{O} \longrightarrow \text{O}_{2} \text{ + 4 H}^{+} \text{ + 4 e}^{-} $$
Réduction
Les électrons produits au cours de la dernière étape entrent dans le photosystème I et atteignent la fin de la chaîne de transport des électrons. En utilisant l'enzyme NADP déshydrogénase comme catalyseur (accélère les réactions), ils se combinent avec un ion H+ et du NADP+. Cette réaction produit du NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate hydrogène) et est appelée réaction de réduction puisque le NADP+ gagne des électrons. Le NADPH est parfois appelé "NADP réduit".
L'équation de cette réaction est la suivante :
$$ \text{NADP}^{+} \text{+ H}^{+}\text{ + 2 e}^{-}\text{ }\longrightarrow \text{ NADPH} $$
Effet de l'hydroxyde d'ammonium sur la photosynthèse
Divers inhibiteurs peuvent ralentir ce processus. L'un d'entre eux est l'hydroxyde d'ammonium (). Les effets toxiques de l'ammoniac sur de nombreux organismes photosynthétiques sont connus depuis longtemps. L'hydroxyde d'ammonium inhibe l'enzyme NADP déshydrogénase, ce qui empêche ensuite le NADP+ de se transformer en NADPH à la fin de la chaîne de transport des électrons.
Tu peux en savoir plus sur ce phénomène et sur d'autres substances qui ont un impact surle taux de photosynthèse dans l'article"investigatingthe rate of photosynthesis practical" (étudierle taux de photosynthèse pratique).
Production d'ATP
La dernière étape de la réaction dépendante de la lumière consiste à générer de l'ATP.
Dans la membrane thylakoïde des chloroplastes, l'ATP est généré en combinant l'ADP avec le phosphate inorganique. Cette opération est réalisée par une enzyme appelée ATP synthase. Au cours des étapes précédentes de la réaction dépendante de la lumière, des ions H+ ont été produits par photolyse. Cela signifie qu'il y a une forte concentration de protons dans la lumière du thylakoïde, derrière la membrane qui sépare cet espace du stroma.
Théorie chimiosmotique
La production d'ATP peut être expliquée par ce que l'on appelle la théorie chimiosmotique. Proposée en 1961 par Peter D. Mitchell, cette théorie affirme que la majeure partie de la synthèse de l'ATP provient d'un gradient électrochimique établi sur la membrane du disque thylakoïde. Ce gradient électrochimique est établi grâce à la forte concentration d'ions H+ dans la lumière du thylakoïde et à la faible concentration d'ions H+ dans le stroma. Ces ions H+ ne peuvent traverser la membrane du thylakoïde qu'à travers l'ATP synthase, car il s'agit d'une protéine de canal, c'est-à-dire qu'elle possède un trou en forme de canal dans lequel les protons peuvent passer. Lorsque ces protons traversent l'ATP synthase, ils provoquent une modification de la structure de l'enzyme. Cela catalyse la production d'ATP à partir de l'ADP et du phosphate.
L'équation de cette réaction est la suivante :
$$ \text{ADP + P}_{i}\longrightarrow \text{ATP} $$
À quoi ressemble la réaction dépendante de la lumière sur un schéma ?
La figure 1 t'aidera à visualiser la réaction dépendante de la lumière. Tu pourras voir le flux d'électrons du photosystème II vers le photosystème I, ainsi que le flux d'ions H+ de la lumière du thylakoïde vers le stroma par l'intermédiaire de l'ATP synthase.
Quels sont les produits de la réaction dépendante de la lumière ?
Les produits de la réaction dépendante de la lumière sont l'oxygène, l'ATP et le NADPH.
L'oxygène est rejeté dans l'air après la photosynthèse, tandis que l'ATP et le NADPH alimentent la réaction indépendante de la lumière.
Comme nous l'avons vu précédemment, l'ATP est considéré comme un transporteur d'énergie. L'ATP est un nucléotide, composé d'une base adénine attachée à un sucre ribose et à trois groupes phosphates (figure 2). Ces trois groupes phosphates sont reliés entre eux par deux liaisons à haute énergie, appelées liaisons phosphoanhydrides. Lorsqu'un groupe phosphate est enlevé en rompant une liaison phosphoanhydride, de l'énergie est libérée. Cette énergie est ensuite utilisée dans la réaction indépendante de la lumière. Le NADPH sert à la fois de donneur d'électrons et de source d'énergie pour les différentes étapes de la réaction indépendante de la lumière.
Réaction dépendante de la lumière - Points clés à retenir
- La réaction dépendante de la lumière est une série de réactions de la photosynthèse qui nécessitent de l'énergie lumineuse.
- La réaction dépendante de la lumière a trois fonctions : produire du NADPH à partir de NADP+ et d'ions H+, synthétiser de l'ATP à partir de phosphate inorganique et d'ADP, et décomposer l'eau en ions H+, en électrons et en oxygène.
- L'équation globale de la réaction dépendante de la lumière est la suivante : \( \text{2 H}_{2}\text{O + 2 NADP}^{+}\text{ + 3 ADP + 3 P}_{i}). \longrightarrow \text{O}_{2}\text{ + 2 H}^{+}\text{ + 2 NADPH + 3 ATP} \)
- Les réactifs de la réaction lumineuse sont l'oxygène, l'ADP et le NADP+. Les produits sont l'oxygène, les ions H+, le NADPH et l'ATP. Le NADPH et l'ATP sont tous deux des molécules essentielles pour la réaction indépendante de la lumière.
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