Glucose et bioénergétique
Photosynthèse : vue d'ensemble

Vue d'ensemble

1. En général, la biosynthèse des glucides chez les organismes autotrophes est phototrophique, i.e. organismes photoautotrophes dont la source d'énergie physique est la lumière par le processus de photosynthèse ( types trophiques).

Il existe aussi des organismes photohétérotrophes, comme les bactéries pourpres non sulfureuses, les bactéries vertes ou photosynthétiques non sulfureuses, les héliobactéries…

2. Chez les bactéries photosynthétiques, les protéines qui captent la lumière, i.e. les photons, pour la photosynthèse sont intégrées dans les membranes cellulaires.

a. Dans sa forme la plus simple, il s’agit de la membrane qui entoure la cellule elle-même.

b. Cependant, la membrane peut être :

• étroitement pliée en feuilles cylindriques appelées thylakoïdes,
• regroupée en vésicules rondes appelées membranes intracytoplasmiques (Atomic-level structural and functional model of a bacterial photosynthetic membrane vesicle 2007).

Ces structures peuvent remplir la majeure partie de l’intérieur d’une cellule, donnant à la membrane une très grande surface et augmentant ainsi la quantité de lumière que les bactéries peuvent absorber.

2. Chez les algues et les plantes, la photosynthèse a lieu dans les chloroplastes, au nombre de 10 à 100 par cellule, qui sont bien détaillés dans l'article de Wikipedia.

a. Les chloroplastes sont des organites composés de deux membranes séparées par un espace intermembranaire.

b. Ils contiennent un réseau membraneux constitué de thylakoïdes qui baignent dans un stroma (Structure, biogenesis, and evolution of thylakoid membranes 2024).

• Les thylakoïdes sont composés d'un lumen (espace intra-thylakoïde) entouré d'une membrane et contiennent de la chlorophylle et des caroténoïdes qui sont regroupés en grana, i.e. granum au singulier. Les grana sont reliés par des thylakoïdes dits stromaux, également appelés lamelles.
• Par ailleurs, le stroma contient quelques molécules d'amidon, et des structures lipidiques dont le rôle est encore mal compris, les plastoglobules.

c. En outre, ces chloroplastes contiennent de l'ADN regroupé en nucléoïdes et des ribosomes, i.e. chaque chloroplaste peut contenir jusqu'à 100 copies du génome.

Équation de la photosynthèse

Son équation globale peut s'écrire, $\ce{A}$ étant le donneur d'électrons (On the origin of oxygenic photosynthesis and Cyanobacteria 2020) :

$\ce{2nCO2 + 2nAH2 + photons}$ $\longrightarrow$ $\ce{2(CH2O)_n + 2nAO}$

1. Lors de la photosynthèse oxygénique, i.e. $\ce{H2O}$ est le donneur d'électrons (The complex architecture of oxygenic photosynthesis 2003) :

$\ce{2nCO2 + 4nH20 + photons}$ $\longrightarrow$ $\ce{2(CH2O)_n + 2nO2 + 2nH2O}$

2. Lors de la photosynthèse anoxygénique, par exemple chez les bactéries sulfureuses, $\ce{H2S}$ est le donneur d'électrons (Anoxygenic Photosynthesis - A Photochemical Reaction That Does Not Contribute to Oxygen Reproduction - 2016) :

$\ce{2nCO2 + 4nH2S + photons}$ $\longrightarrow$ $\ce{2(CH2O)_n + 4nS + 2nH2O}$

Remarque : certaines bactéries peuvent utiliser l'arsénite :

$\ce{CO2 + AsO_3^3- + photons}$ $\longrightarrow$ $\ce{AsO_4^3 + CO}$

Étapes de la photosynthèse

La photosynthèse se déroule en deux étapes :

• une étape dépendante de la lumière ou phase claire,
• une étape indépendante de la lumière ou phase sombre, i.e. cycle de Calvin.

Gluconéogenèse chez les hétérotrophes