Physiologie Végétale: Chloroplastes et Fonctions

La physiologie végétale est l'étude du fonctionnement des plantes et des mécanismes qui sous-tendent leurs activités vitales.

Les plantes, contrairement aux animaux, peuvent produire leur propre nourriture à partir de la lumière du soleil, de l'eau et du dioxyde de carbone. Elles sont donc autotrophes.

Le chloroplaste est un organite présent dans les cellules végétales qui est responsable de la photosynthèse, le processus permettant aux plantes de créer de la nourriture.

Les feuilles sont les organes principaux des plantes où se trouvent la plupart des chloroplastes, car elles sont les plus exposées à la lumière du soleil.

Le xylème et le phloème sont les tissus conducteurs de la plante qui transportent la sève brute (eau et minéraux) et la sève élaborée (aliments).

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil, l'eau et le dioxyde de carbone pour produire de la nourriture (glucose) et de l'oxygène.

La respiration est le processus par lequel les plantes brisent le glucose (sucre) pour produire de l'énergie, du CO2 et de l'eau.

Les mouvements des plantes peuvent être liés à des stimuli externes comme la lumière (phototropisme) ou la gravité (géotropisme).

L'ADN circulaire superenroulé présent dans le chloroplaste.

La taille du génome du chloroplaste est beaucoup plus petite que le génome nucléaire. Exemple : le tabac, avec seulement 120.000 paires de bases.

Des séquences d'ADN répétées et inversées sont présentes dans le génome chloroplastique, multipliant les copies des informations génétiques.

Le gène rbcL code pour la Rubisco, une enzyme essentielle à la photosynthèse. La grande sous-unité de la Rubisco est codée par le génome chloroplastique, tandis que la petite sous-unité est codée par le génome nucléaire.

Le chloroplaste a la capacité de répliquer son ADN, de se diviser en deux et de synthétiser les protéines.

Bien que le chloroplaste puisse synthétiser des protéines, la majorité (80%) proviennent du noyau. Les protéines sont transportées vers le chloroplaste via des transporteurs.

Le chloroplaste possède 3 membranes et 3 compartiments, nécessitant un adressage précis des protéines provenant du noyau.

Théorie expliquant l'origine du chloroplaste à partir d'une cyanobactérie procaryote phototrophe intégrée dans une cellule eucaryote hétérotrophe.

L'émission de lumière à longueur d'onde plus grande implique une énergie plus faible.

Transfert d'énergie d'une molécule excitée à une autre, sans émission de lumière.

La résonance se produit uniquement dans un sens et nécessite une proximité étroite entre les molécules.

La durée de l'état excité d'une molécule est très brève (10-12 s).

La molécule excitée perd son électron délocalisé, qui est capté par une molécule voisine. Cela implique une réaction d'oxydoréduction.

Un acte photochimique implique la perte définitive d'un électron de la molécule excitée.

Les caroténoïdes et les phycobilines ne peuvent pas subir de conversion externe car leur durée de délocalisation électronique est trop courte (inférieure à 10-9 s).

La chlorophylle possède deux bandes d'absorption, correspondant à deux états d'excitation différents.

La partie de la photosynthèse qui utilise la lumière du soleil pour convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique sous forme d'ATP et de NADPH.

Une unité de mesure de la lumière représentant le nombre de longueurs d'onde qui passent en une seconde.

La distance entre deux crêtes d'une onde lumineuse.

Le temps qu'il faut à une onde pour effectuer un cycle complet.

L'énergie lumineuse est absorbée par des pigments photosensibles, ce qui déclenche une cascade de réactions qui aboutissent à la production d'ATP et de NADPH.

L'énergie chimique produite lors des réactions photochimiques est utilisée pour convertir le CO2 en sucres.

L'énergie chimique (ATP) et l'énergie redox (NADPH) sont transférées aux réactions de fixation du carbone pour permettre la fabrication de sucres.

Le potentiel redox d'une molécule indique sa capacité à gagner ou perdre un électron. Plus une molécule a tendance à perdre un électron, plus son potentiel redox est négatif.

Dans une réaction redox, un électron passe toujours d'une molécule avec un potentiel redox plus négatif à une molécule avec un potentiel redox plus positif.

L'expérience de Hill utilise des chloroplastes isolés et un accepteur d'électrons coloré (DCPIP) pour étudier la production d'électrons dans la photosynthèse.

Le DCPIP (bleu) est réduit en présence de lumière, devenant incolore. Cela indique que les chloroplastes produisent des électrons qui réduisent le DCPIP.

Le photosystème II (PSII) utilise l'énergie lumineuse pour exciter l'eau et libérer des électrons. Ces électrons sont ensuite transférés par une chaîne de transporteurs jusqu'au NADP+ pour former du NADPH.

Le dimère P680 du PSII possède un potentiel redox très électropositif, ce qui signifie qu'il ne perd pas facilement ses électrons. Lorsque P680 est excité par la lumière, son potentiel redox devient très électronégatif, favorisant la perte d'un électron.

La phéophytine et les quinones sont des transporteurs d'électrons dans la chaîne de transport d'électrons du PSII, permettant le flux d'électrons du P680 vers le NADP+

Le système OEC est un réservoir d'électrons qui fournit des électrons au P680 pour compenser la perte d'un électron lors de l'excitation.

Le centre réactionnel du photosystème II (PSII) est composé d'une molécule nommée OEC, qui est très électropositive et a la capacité de capter 4 électrons provenant de 2 molécules d'eau, libérant ainsi de l'oxygène. Cependant, ce processus nécessite un OEC vide d'électrons, car l'eau ne peut pas s'oxyder spontanément.

La quinone B, après avoir reçu 2 électrons du PSII, se transforme en plastoquinone (PQ). Cette forme mobile traverse la membrane des thylakoïdes et récupère 2 protons du stroma, devenant PQH2.

Le complexe cytochrome b6/f reçoit 2 électrons de PQH2. Un seul de ces électrons est transféré à la plastocyanine (PC), tandis que l'autre est utilisé pour la réduction d'une plastoquinone oxydée.

La plastocyanine est une protéine mobile qui transporte les électrons du complexe cytochrome b6/f vers le photosystème I (PSI).

Le photosystème I (PSI) est composé de plusieurs sous-unités protéiques et d'une antenne collectrice appelée LHCI. Les photons captés par LHCI transfèrent leur énergie à P700, induisant la libération d'un électron.

L'électron délocalisé de P700 traverse une série de transporteurs d'électrons : A0 → A1 → Fx → FB → FA.

Le transfert d'électrons du PSII au PSI est essentiel pour la production d'ATP et de NADPH, qui sont utilisés pour la synthèse du glucose pendant le cycle de Calvin.