La photosynthèse est le processus par lequel les plantes, les algues et certaines bactéries et protistes fabriquent des aliments à partir de la lumière du soleil et du dioxyde de carbone. Un troisième ingrédient clé dans ce processus est l'eau. Les électrons sont extraits de la molécule d'eau qui brise la molécule d'eau. Les protons (atomes d'hydrogène sans les électrons) sont ajoutés à un gradient de protons qui est ensuite utilisé pour générer la molécule d'énergie ATP. L'atome d'oxygène d'une molécule d'eau est combiné avec un autre atome d'oxygène d'une autre molécule d'eau et libéré sous forme d'oxygène diatomique (O2).
Photosynthèse
Le processus de photosynthèse peut être divisé en deux étapes. La première étape de la photosynthèse, souvent appelée réaction de la lumière puisqu'elle dépend de la lumière, génère de l'énergie pour le stade ultérieur de la photosynthèse. La deuxième étape de la photosynthèse est souvent appelée les réactions sombres et utilise l'énergie récoltée dans les réactions de lumière pour fixer le dioxyde de carbone dans les molécules de sucre.
Chloroplastes
La photosynthèse se produit dans des structures spécialisées appelé chloroplastes. Dans les chloroplastes sont des membranes empilées appelées membranes thylacoïdes. Les membranes thylacoïdes entourent de petits espaces qui permettent de concentrer les protons d'un côté de la membrane. Ces protons sont entassés dans l'espace par la décomposition de molécules d'eau et par des enzymes qui utilisent les électrons libérés par le photosystème pour s'ajouter au gradient de protons. Ce gradient de protons peut ensuite être utilisé pour générer de l'énergie chimique.
Photosystèmes
Les photosystèmes intégrés dans les membranes contiennent des pigments qui capturent l'énergie et dynamisent les électrons. Lorsque les électrons sont sous tension, ils sont transmis aux molécules de la membrane qui créent le gradient de protons. Les protons traversent ensuite la membrane à travers une enzyme appelée ATP synthase qui génère de l'ATP, une molécule d'énergie.
Chlorophylle
Le cœur du photosystème est le pigment chlorophylle. Alors que d'autres pigments tels que les caroténoïdes et les xanthophylles sont présents dans le photosystème, c'est la chlorophylle qui fournit l'électron qui est excité avec l'énergie lumineuse. Comme la chlorophylle libère l'électron pour produire le gradient de protons, l'électron est remplacé par le centre ionique de la chlorophylle. Le centre ionique de la chlorophylle se lie à l'eau et élimine les électrons de la molécule d'eau.
Processus de chlorophylle-lumière
Lorsque la lumière atteint la chlorophylle, un électron est libéré et remplacé. Quatre électrons sont excités et libérés pour former une molécule d'oxygène à partir de deux molécules d'eau. Les ions hydrogène restants (protons) sont libérés dans le gradient de protons du bâtiment tandis que les atomes d'oxygène des deux molécules se combinent pour former de l'oxygène diatomique et être libérés du photosystème. Il est important de noter que c'est cette étape initiale de la photosynthèse où l'eau est consommée et l'oxygène est libéré et ce processus nécessite la présence de lumière.
