Comprendre les pigments
Il existe différentes sortes de pigments, et chacun n’absorbe que certaines longueurs d’onde (couleurs) de la lumière visible. Les pigments reflètent la couleur des longueurs d’onde qu’ils ne peuvent pas absorber.
Tous les organismes photosynthétiques contiennent un pigment appelé chlorophylle a, que les humains voient comme la couleur verte commune associée aux plantes. La chlorophylle a absorbe les longueurs d’onde des deux extrémités du spectre visible (bleu et rouge), mais pas celles du vert. Comme le vert est réfléchi, la chlorophylle apparaît verte.
Figure 4. Les plantes qui poussent couramment à l’ombre bénéficient de la présence d’une variété de pigments absorbant la lumière. Chaque pigment peut absorber différentes longueurs d’onde de la lumière, ce qui permet à la plante d’absorber toute lumière qui passe à travers les arbres plus grands. (crédit : Jason Hollinger)
Les autres types de pigments comprennent la chlorophylle b (qui absorbe la lumière bleue et rouge-orange) et les caroténoïdes. Chaque type de pigment peut être identifié par le schéma spécifique des longueurs d’onde qu’il absorbe de la lumière visible, ce qui constitue son spectre d’absorption.
De nombreux organismes photosynthétiques possèdent un mélange de pigments ; entre eux, l’organisme peut absorber l’énergie d’une gamme plus large de longueurs d’onde de la lumière visible. Tous les organismes photosynthétiques n’ont pas un accès total à la lumière du soleil. Certains organismes se développent sous l’eau, où l’intensité lumineuse diminue avec la profondeur et où certaines longueurs d’onde sont absorbées par l’eau. D’autres organismes se développent en concurrence pour la lumière. Les plantes sur le sol de la forêt tropicale doivent être capables d’absorber toute parcelle de lumière qui passe, car les arbres les plus hauts bloquent la plupart des rayons du soleil (figure 4).
Comment fonctionnent les réactions dépendantes de la lumière
L’objectif global des réactions dépendantes de la lumière est de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique. Cette énergie chimique sera utilisée par le cycle de Calvin pour alimenter l’assemblage des molécules de sucre.
Les réactions dépendantes de la lumière commencent dans un groupement de molécules de pigments et de protéines appelé photosystème. Les photosystèmes existent dans les membranes des thylakoïdes. Une molécule de pigment dans le photosystème absorbe un photon, une quantité ou un « paquet » d’énergie lumineuse, à la fois.
Un photon d’énergie lumineuse voyage jusqu’à ce qu’il atteigne une molécule de chlorophylle. Le photon provoque l' »excitation » d’un électron dans la chlorophylle. L’énergie donnée à l’électron lui permet de se libérer d’un atome de la molécule de chlorophylle. On dit donc que la chlorophylle « donne » un électron (figure 5).
Figure 5. L’énergie lumineuse est absorbée par une molécule de chlorophylle et est transmise le long d’un chemin à d’autres molécules de chlorophylle. L’énergie culmine dans une molécule de chlorophylle qui se trouve dans le centre de réaction. L’énergie « excite » suffisamment l’un de ses électrons pour qu’il quitte la molécule et soit transféré à un accepteur d’électrons primaires situé à proximité. Une molécule d’eau se divise pour libérer un électron, qui est nécessaire pour remplacer celui qui a été donné. Des ions oxygène et hydrogène sont également formés à partir du fractionnement de l’eau.
Pour remplacer l’électron de la chlorophylle, une molécule d’eau est fractionnée. Cette scission libère un électron et entraîne la formation d’oxygène (O2) et d’ions hydrogène (H+) dans l’espace thylakoïde. Techniquement, chaque cassure d’une molécule d’eau libère une paire d’électrons, et peut donc remplacer deux électrons donnés.
Le remplacement de l’électron permet à la chlorophylle de répondre à un autre photon. Les molécules d’oxygène produites comme sous-produits trouvent leur chemin vers le milieu environnant. Les ions hydrogène jouent des rôles critiques dans le reste des réactions dépendantes de la lumière.
N’oubliez pas que le but des réactions dépendantes de la lumière est de convertir l’énergie solaire en porteurs chimiques qui seront utilisés dans le cycle de Calvin. Chez les eucaryotes, deux photosystèmes existent, le premier est appelé photosystème II, qui est nommé pour l’ordre de sa découverte plutôt que pour l’ordre de sa fonction.
Après l’impact du photon, le photosystème II transfère l’électron libre au premier d’une série de protéines à l’intérieur de la membrane thylakoïde appelée chaîne de transport des électrons. Lorsque l’électron passe le long de ces protéines, l’énergie de l’électron alimente les pompes membranaires qui déplacent activement les ions hydrogène contre leur gradient de concentration du stroma vers l’espace thylakoïde. Ce processus est tout à fait analogue à celui qui se produit dans la mitochondrie, où une chaîne de transport d’électrons pompe les ions hydrogène du stroma mitochondrial à travers la membrane interne et dans l’espace intermembranaire, créant ainsi un gradient électrochimique. Une fois l’énergie utilisée, l’électron est accepté par une molécule de pigment dans le photosystème suivant, appelé photosystème I (figure 6).
Figure 6. À partir du photosystème II, l’électron excité voyage le long d’une série de protéines. Ce système de transport d’électrons utilise l’énergie de l’électron pour pomper les ions hydrogène à l’intérieur du thylakoïde. Une molécule de pigment dans le photosystème I accepte l’électron.
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