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Réactions photochimiques (photophosphorylation)

1954
  • Daniel I. Arnon
Chloroplastes en laboratoire mettant en évidence les réactions dépendantes de la lumière dans la physiologie végétale.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

The first stage of photosynthèse, the light-dependent reactions, occurs in the thylakoid membranes of chloroplasts. Light energy is captured by chlorophyll to split water (photolysis), releasing oxygen, protons ([latex]H^+[/latex]), and electrons ([latex]e^-[/latex]). This energy is used to create two energy-carrying molecules: adenosine triphosphate (ATP) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), which power the subsequent Cycle de Calvin.

Les réactions photochimiques sont initiées lorsque des photons frappent les molécules de pigment du photosystème II (PSII). Ceci excite les électrons, qui sont ensuite acheminés le long d'une chaîne de transport d'électrons. Pour remplacer ces électrons, le PSII dissocie les molécules d'eau au niveau du complexe d'oxydation de l'eau, un processus appelé photolyse, qui libère du dioxygène (O₂) comme sous-produit. Lorsque les électrons descendent la chaîne de transport jusqu'au photosystème I (PSI), leur énergie est utilisée pour… pompe Les protons du stroma pénètrent dans la lumière du thylakoïde, créant ainsi une force motrice protonique.

Au niveau du PSI, les électrons sont réénergisés par un autre photon et utilisés pour réduire le NADP+ en NADPH. Le gradient de protons établi à travers la membrane thylakoïde active une enzyme appelée ATP synthase, qui synthétise l'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique tandis que les protons retournent dans le stroma. Ce processus est connu sous le nom de photophosphorylation. Dans certains cas, une voie cyclique impliquant uniquement le PSI peut se produire, générant de l'ATP mais pas de NADPH, contribuant ainsi à équilibrer les besoins énergétiques de la cellule.

UNESCO Nomenclature: 2417
- Physiologie végétale

Taper

Processus biochimique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte des chloroplastes par Hugo Von Mohl
  • isolement de la chlorophylle par Peter Joseph Pelletier et Joseph Bienaime Caventou
  • La démonstration par Robert Hill que les chloroplastes isolés produisent de l'oxygène en présence de lumière et d'un accepteur d'électrons artificiel (la réaction de Hill)
  • découverte de l'ATP comme principale monnaie énergétique de la cellule

Applications

  • research into artificial photosynthèse
  • développement d'herbicides ciblant les chaînes de transport d'électrons
  • compréhension de la conversion de l'énergie solaire
  • production de biohydrogène à partir d'algues

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • cellules bio-solaires imitant la structure de la membrane thylakoïde
  • Systèmes d'administration de médicaments activés par la lumière utilisant des molécules photosensibles
  • herbicides qui bloquent spécifiquement le flux d'électrons du photosystème II
  • Bioréacteurs à algues optimisés pour la surproduction de NADPH en vue de la synthèse de biocarburants
  • feuilles artificielles à base de nanoparticules pour le fractionnement de l'eau et la production de carburant
  • capteurs pour la détection du stress hydrique dans les cultures par la mesure de la fluorescence de la chlorophylle
  • développement de crèmes solaires imitant les mécanismes photoprotecteurs des plantes
  • light-driven catalyseurs for industrial chemical synthesis
  • modification génétique des cultures pour améliorer leur tolérance au stress lumineux intense
  • Systèmes de purification de l'eau utilisant des catalyseurs activés par la lumière, inspirés de la photolyse
En lien avec : réactions photochimiques, photophosphorylation, thylakoïde, chlorophylle, photosystème II, photosystème I, chaîne de transport d'électrons, ATP, NADPH, photolyse.

Contexte historique

Réactions photochimiques (photophosphorylation)

1940
1950
1950
1954
1960
1967
1970
1930
1940
1950
1951
1958
1960
1970
1973

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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