La différence entre photophosphorylation cyclique et non cyclique

La plupart des matières organiques requises par les organismes sont créées à partir des produits de la photosynthèse. La photosynthèse implique la conversion de l'énergie lumineuse en énergie pouvant être utilisée par la cellule, notamment l'énergie chimique. Chez les plantes et les algues, la photosynthèse se produit dans un organite appelé chloroplaste, qui contient une membrane externe, une membrane interne et une membrane thylakoïde (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplaste)..

La photosynthèse peut être décomposée en deux parties principales: (1) les réactions de transfert d'électrons photosynthétiques («réactions lumineuses») et (2) les réactions de fixation du carbone («réactions sombres»). Les «réactions lumineuses» impliquent des électrons activant la lumière solaire dans la chlorophylle, un pigment photosynthétique, qui voyagent ensuite le long d’une chaîne de transport d’électrons dans la membrane thylacoïdienne, entraînant la formation d’ATP et de NADPH. Les «réactions sombres» impliquent la production de composés organiques à partir de CO2 en utilisant l'ATP et le NADPH produits par les «réactions claires» et ne seront pas abordées plus en détail dans cet article..

La photosynthèse implique l’utilisation de deux photosystèmes (photosystème I et photosystème II) pour exploiter l'énergie de la lumière en utilisant des électrons pour produire de l'ATP et du NADPH, qui pourront ensuite être utilisés par la cellule comme énergie chimique pour la fabrication de composés organiques. Les photosystèmes sont de grands complexes protéiques spécialisés dans la collecte de l'énergie lumineuse et sa conversion en énergie chimique. Les photosystèmes sont constitués de deux parties: un complexe d'antenne et un centre de réaction photochimique. Le complexe d'antennes est important pour capter l'énergie lumineuse et la transmettre au centre de réaction photochimique, qui convertit ensuite l'énergie en formes utilisables par la cellule..

Tout d'abord, la lumière excite un électron dans une molécule de chlorophylle du complexe de l'antenne. Cela implique un photon de lumière entraînant le déplacement d'un électron vers une orbitale d'énergie supérieure. Lorsqu'un électron d’une molécule de chlorophylle est excité, il est instable dans l’orbite d’énergie supérieure, et l’énergie est rapidement transférée d’une molécule de chlorophylle à une autre par transfert d’énergie de résonance jusqu’à atteindre les molécules de chlorophylle dans une zone connue sous le nom de centre de réaction photochimique. A partir de là, les électrons excités sont transmis à une chaîne d'accepteurs d'électrons. L'énergie lumineuse provoque le transfert d'électrons d'un donneur d'électrons faible (ayant une forte affinité pour les électrons) à un donneur d'électrons puissant sous sa forme réduite (portant un électron de haute énergie). Les donneurs d'électrons spécifiques utilisés par un organisme ou un photosystème donné peuvent varier et seront discutés plus en détail ci-dessous pour les photosystèmes I et II chez les plantes..

Chez les plantes, la photosynthèse aboutit à la production d’ATP et de NADPH par un processus en deux étapes appelé photophosphorylation non cyclique. La première étape de la photophosphorylation non cyclique implique le photosystème II. Les électrons de haute énergie (causés par l'énergie lumineuse) provenant des molécules de chlorophylle dans le centre de réaction du photosystème II sont transférés à des molécules de quinone (donneurs d'électrons puissants). Le Photosystème II utilise l’eau comme donneur d’électrons faible pour remplacer les déficiences en électrons causées par le transfert d’électrons de haute énergie des molécules de chlorophylle aux molécules de quinone. Ceci est accompli par une enzyme à division de l'eau qui permet aux électrons d'être éliminés des molécules d'eau pour remplacer les électrons transférés de la molécule de chlorophylle. Lorsque 4 électrons sont retirés de deux molécules de H2O (correspondant à 4 photons), l'O2 est libéré. Les molécules de quinone réduites transmettent ensuite les électrons de haute énergie à une pompe à proton (H +) appelée cytochrome. b6-F complexe. Le cytochrome b6-F pompes complexes H + dans l'espace thylacoïdien, créant un gradient de concentration à travers la membrane thylacoïdienne.

Ce gradient de protons entraîne ensuite la synthèse de l'ATP par l'enzyme ATP synthase (également appelée F0F1 ATPase). L'ATP synthase permet aux ions H + de traverser la membrane thylacoïdienne, le long de leur gradient de concentration. Le mouvement des ions H + vers le bas de leur gradient de concentration entraîne la formation d'ATP à partir d'ADP et de Pi (phosphate inorganique) par l'ATP synthase. L'ATP synthase se trouve dans les bactéries, les plantes, les algues et les cellules animales et joue un rôle dans la respiration et la photosynthèse (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).

Le transfert électronique final du photosystème II est le transfert d'électrons vers une molécule de chlorophylle déficiente en électrons située dans le centre de réaction du photosystème I. Un électron excité (causé par l'énergie lumineuse) de la molécule de chlorophylle située dans le centre de réaction du photosystème I est transféré molécule appelée ferrédoxine. De là, l'électron est transféré vers NADP + pour créer NADPH..

Photophosphorylation non cyclique produit 1 molécule d'ATP et 1 molécule de NADPH par paire d'électrons; Cependant, la fixation du carbone nécessite 1,5 molécule d'ATP par molécule de NADPH. Pour résoudre ce problème et produire plus de molécules d’ATP, certaines espèces de plantes utilisent un processus appelé photophosphorylation cyclique. La photophosphorylation cyclique ne concerne que le photosystème I, pas le photosystème II, et ne forme ni NADPH ni O2. Dans la phosphorylation cyclique, les électrons de haute énergie du photosystème I sont transférés au cytochrome b6-F complexe au lieu d’être transféré au NADP +. Les électrons perdent de l'énergie lorsqu'ils passent à travers le cytochrome b6-F Le complexe de la chlorophylle du photosystème I et H + est pompé à travers la membrane thylacoïdienne. Cela augmente la concentration de H + dans l'espace thylacoïdien, ce qui conduit à la production d'ATP par l'ATP synthase.

Le niveau de photophosphorylation non cyclique par rapport à cyclique qui se produit dans une cellule photosynthétique donnée est régulé en fonction des besoins de la cellule. De cette manière, la cellule peut contrôler la quantité d'énergie lumineuse convertie en puissance de réduction (alimentée par le NADPH) et la quantité convertie en liaisons phosphate à haute énergie (ATP)..