Comment fonctionne la photosynthèse ?

Le processus de photosynthèse, dans lequel les plantes et les arbres transforment la lumière du soleil en nutriments l'énergie, peut à première vue sembler magique, mais directement et indirectement, ce processus soutient l'ensemble monde. Lorsque les plantes vertes atteignent la lumière, leurs feuilles captent l'énergie du soleil en utilisant des produits chimiques absorbant la lumière ou des pigments spéciaux pour fabriquer de la nourriture à partir de dioxyde de carbone et d'eau extraits de l'atmosphère. Ce processus libère de l'oxygène en tant que sous-produit dans l'atmosphère, un composant de l'air nécessaire à tous les organismes qui respirent.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Une équation simple pour la photosynthèse est dioxyde de carbone + eau + énergie lumineuse = glucose + oxygène. Comme les entités du règne végétal consomment du dioxyde de carbone pendant la photosynthèse, elles libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère pour que les gens respirent; les arbres et les plantes verts (sur terre et dans la mer) sont principalement responsables de l'oxygène dans le l'atmosphère, et sans eux, les animaux et les humains, ainsi que d'autres formes de vie, pourraient ne pas exister car ils faire aujourd'hui.

Les choses vertes et en croissance sont nécessaires à toute vie sur la planète, non seulement comme nourriture pour les herbivores et les omnivores, mais aussi pour que l'oxygène respire. Le processus de photosynthèse est la principale voie par laquelle l'oxygène pénètre dans l'atmosphère. C'est le seul moyen biologique sur la planète qui capte l'énergie lumineuse du soleil, la transformant en sucres et en glucides qui fournissent des nutriments aux plantes tout en libérant de l'oxygène.

Pensez-y: les plantes et les arbres peuvent essentiellement tirer de l'énergie qui commence dans les confins de l'espace, dans le forme de lumière du soleil, la transformer en nourriture et, ce faisant, libérer l'air dont les organismes ont besoin pour prospérer. On pourrait dire que toutes les plantes et tous les arbres producteurs d'oxygène ont une relation symbiotique avec tous les organismes qui respirent de l'oxygène. Les humains et les animaux fournissent du dioxyde de carbone aux plantes, et ils fournissent de l'oxygène en retour. Les biologistes appellent cela une relation symbiotique mutualiste parce que toutes les parties de la relation en bénéficient.

Dans le système de classification linnéen, la catégorisation et le classement de tous les êtres vivants, plantes, les algues et un type de bactéries appelées cyanobactéries sont les seules entités vivantes qui produisent de la nourriture à partir de lumière du soleil. L'argument en faveur de l'abattage des forêts et de l'élimination des plantes au profit du développement semble contre-productif si il n'y a plus d'humains pour vivre dans ces développements parce qu'il n'y a plus de plantes et d'arbres pour produire de l'oxygène.

Les plantes et les arbres sont des autotrophes, des organismes vivants qui fabriquent leur propre nourriture. Parce qu'ils le font en utilisant l'énergie lumineuse du soleil, les biologistes les appellent photoautotrophes. La plupart des plantes et des arbres de la planète sont photoautotrophes.

La conversion de la lumière du soleil en nourriture a lieu au niveau cellulaire dans les feuilles des plantes dans un organite présent dans les cellules végétales, une structure appelée chloroplaste. Alors que les feuilles sont constituées de plusieurs couches, la photosynthèse se produit dans le mésophylle, la couche intermédiaire. De petites micro-ouvertures sur la face inférieure des feuilles appelées stomates contrôlent le flux de dioxyde de carbone et d'oxygène vers et depuis la plante, contrôlant les échanges gazeux de la plante et l'équilibre hydrique de la plante.

Les stomates existent au bas des feuilles, à l'opposé du soleil, pour minimiser la perte d'eau. De petites cellules de garde entourant les stomates contrôlent l'ouverture et la fermeture de ces ouvertures en forme de bouche en gonflant ou en se rétrécissant en réponse à la quantité d'eau dans l'atmosphère. Lorsque les stomates se ferment, la photosynthèse ne peut pas se produire, car la plante ne peut pas absorber de dioxyde de carbone. Cela fait chuter les niveaux de dioxyde de carbone dans la plante. Lorsque les heures de clarté deviennent trop chaudes et sèches, le stroma se ferme pour conserver l'humidité.

En tant qu'organite ou structure au niveau cellulaire dans les feuilles des plantes, les chloroplastes ont une membrane externe et interne qui les entoure. À l'intérieur de ces membranes se trouvent des structures en forme de plateau appelées thylakoïdes. La membrane thylakoïde est l'endroit où la plante et les arbres stockent la chlorophylle, le pigment vert responsable de l'absorption de l'énergie lumineuse du soleil. C'est là que se déroulent les premières réactions dépendantes de la lumière dans lesquelles de nombreuses protéines constituent la chaîne de transport pour transporter l'énergie tirée du soleil jusqu'à l'endroit où elle doit aller dans la plante.

Le processus de photosynthèse est un processus en deux étapes et en plusieurs étapes. La première étape de la photosynthèse commence par la Réactions légères, également connu sous le nom de Processus dépendant de la lumière et nécessite l'énergie lumineuse du soleil. La deuxième étape, la Réaction sombre scène, aussi appelée la Cycle de Calvin, est le processus par lequel la plante fabrique du sucre à l'aide de NADPH et d'ATP à partir de l'étape de réaction légère.

le Réaction légère La phase de photosynthèse comprend les étapes suivantes :

• Recueillir le dioxyde de carbone et l'eau de l'atmosphère à travers les feuilles de la plante ou de l'arbre.
• Les pigments verts absorbant la lumière dans les plantes ou les arbres convertissent la lumière du soleil en énergie chimique stockée.
• Activées par la lumière, les enzymes végétales transportent l'énergie là où elle est nécessaire avant de la libérer pour recommencer.
  

Tout cela se déroule au niveau cellulaire à l'intérieur des thylakoïdes de la plante, des sacs aplatis individuels, disposés en grana ou en piles à l'intérieur des chloroplastes des cellules de la plante ou de l'arbre.

le Cycle Calvin, nommé pour le biochimiste de Berkeley Melvin Calvin (1911-1997), le récipiendaire du prix Nobel de chimie 1961 pour la découverte l'étape de réaction sombre, est le processus par lequel la plante fabrique du sucre à l'aide de NADPH et d'ATP à partir de la réaction lumineuse étape. Au cours du cycle de Calvin, les étapes suivantes ont lieu :

• Fixation du carbone dans laquelle les plantes relient le carbone aux produits chimiques végétaux (RuBP) pour la photosynthèse.
• Phase de réduction au cours de laquelle les produits chimiques végétaux et énergétiques réagissent pour créer des sucres végétaux.
• La formation de glucides en tant que nutriment pour les plantes.
• Phase de régénération où sucre et énergie coopèrent pour former une molécule RuBP, qui permet au cycle de recommencer.

Deux systèmes de capture de lumière sont intégrés à la membrane thylacoïdienne: le photosystème I et le photosystème II composé de plusieurs protéines ressemblant à des antennes où les feuilles de la plante transforment l'énergie lumineuse en produit chimique énergie. Le photosystème I fournit un approvisionnement en porteurs d'électrons de faible énergie tandis que l'autre fournit les molécules sous tension là où elles doivent aller.

La chlorophylle est le pigment absorbant la lumière, à l'intérieur des feuilles des plantes et des arbres, qui commence le processus de photosynthèse. En tant que pigment organique dans le thylakoïde chloroplastique, la chlorophylle n'absorbe l'énergie que dans une bande étroite du spectre électromagnétique produit par le soleil dans la gamme de longueurs d'onde de 700 nanomètres (nm) à 400 nm. Appelée bande de rayonnement photosynthétiquement active, le vert se situe au milieu du spectre de la lumière visible séparant le les rouges, les jaunes et les oranges à haute énergie, les longueurs d'onde plus longues, les bleus, les indigos et violettes.

Comme les chlorophylles absorbent un seul photon ou distinct paquet d'énergie lumineuse, il provoque l'excitation de ces molécules. Une fois que la molécule végétale est excitée, le reste des étapes du processus consiste à faire entrer cette molécule excitée dans le système de transport d'énergie via l'énergie transporteur appelé nicotinamide adénine dinucléotide phosphate ou NADPH, pour la livraison à la deuxième étape de la photosynthèse, la phase de réaction sombre ou le Calvin Cycle.

Après être entré dans le chaîne de transport d'électrons, le processus extrait les ions hydrogène de l'eau aspirée et la délivre à l'intérieur du thylakoïde, où ces ions hydrogène s'accumulent. Les ions traversent une membrane semi-poreuse du côté stromal à la lumière thylakoïde, perdant un peu de l'énergie dans le processus, car ils se déplacent à travers les protéines existant entre les deux photosystèmes. Les ions hydrogène se rassemblent dans la lumière thylakoïde où ils attendent la réactivation avant de participer au processus qui fait de l'adénosine triphosphate ou ATP, la monnaie énergétique de la cellule.

Les protéines d'antenne du photosystème 1 absorbent un autre photon, le relayant au centre de réaction PS1 appelé P700. Un centre oxydé, P700 envoie un électron de haute énergie au phosphate de nicotine-amide adénine dinucléotide ou NADP+ et le réduit pour former du NADPH et de l'ATP. C'est là que la cellule végétale convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique.

Le chloroplaste coordonne les deux étapes de la photosynthèse pour utiliser l'énergie lumineuse pour fabriquer du sucre. Les thylakoïdes à l'intérieur du chloroplaste représentent les sites des réactions lumineuses, tandis que le cycle de Calvin se produit dans le stroma.

La respiration cellulaire, liée au processus de photosynthèse, se produit dans la cellule végétale car elle absorbe de l'énergie lumineuse, la transforme en énergie chimique et libère de l'oxygène dans l'atmosphère. La respiration se produit dans la cellule végétale lorsque les sucres produits au cours du processus de photosynthèse se combine avec l'oxygène pour produire de l'énergie pour la cellule, formant du dioxyde de carbone et de l'eau comme sous-produits de respiration. Une équation simple pour la respiration est opposée à celle de la photosynthèse: glucose + oxygène = énergie + dioxyde de carbone + énergie lumineuse.

La respiration cellulaire se produit dans toutes les cellules vivantes de la plante, non seulement dans les feuilles, mais aussi dans les racines de la plante ou de l'arbre. Étant donné que la respiration cellulaire n'a pas besoin d'énergie lumineuse pour se produire, elle peut se produire le jour ou la nuit. Mais un arrosage excessif des plantes dans des sols mal drainés pose un problème pour la respiration cellulaire, car inondée les plantes ne peuvent pas absorber suffisamment d'oxygène par leurs racines et transformer le glucose pour maintenir le métabolisme de la cellule processus. Si la plante reçoit trop d'eau pendant trop longtemps, ses racines peuvent être privées d'oxygène, ce qui peut essentiellement arrêter la respiration cellulaire et tuer la plante.

Le professeur Elliott Campbell de l'Université de Californie Merced et son équipe de chercheurs ont noté dans un article d'avril 2017 dans "Nature", une revue scientifique internationale, que le processus de photosynthèse a considérablement augmenté au cours du 20e siècle. L'équipe de recherche a découvert un enregistrement mondial du processus photosynthétique à cheval sur deux cents ans.

Cela les a amenés à conclure que le total de toutes les photosynthèses végétales sur la planète a augmenté de 30 pour cent au cours des années de recherche. Bien que la recherche n'ait pas spécifiquement identifié la cause d'une augmentation du processus de photosynthèse à l'échelle mondiale, l'équipe les modèles informatiques suggèrent plusieurs processus, lorsqu'ils sont combinés, qui pourraient entraîner une augmentation aussi importante de la production mondiale de plantes croissance.

Les modèles ont montré que les principales causes de l'augmentation de la photosynthèse comprennent l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (principalement due à l'activité humaine activités), des saisons de croissance plus longues en raison du réchauffement climatique dû à ces émissions et de l'augmentation de la pollution azotée causée par l'agriculture de masse et les combustibles fossiles la combustion. Les activités humaines qui ont conduit à ces résultats ont des effets à la fois positifs et négatifs sur la planète.

Le professeur Campbell a noté que si l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone stimule la production agricole, elle stimule également la croissance de mauvaises herbes indésirables et d'espèces envahissantes. Il a noté que l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone provoque directement le changement climatique entraînant davantage d'inondations le long des zones, des conditions météorologiques extrêmes et une augmentation de l'acidification des océans, qui ont tous des effets aggravants au niveau mondial.

Alors que la photosynthèse a augmenté au cours du 20e siècle, elle a également amené les plantes à stocker plus de carbone dans les écosystèmes du monde entier, les faisant devenir des sources de carbone au lieu de puits de carbone. Même avec l'augmentation de la photosynthèse, l'augmentation ne peut pas compenser la combustion des combustibles fossiles, car plus d'émissions de dioxyde de carbone provenant de la combustion de combustibles fossiles ont tendance à dépasser la capacité d'une usine à absorber CO2.

Les chercheurs ont analysé les données sur la neige en Antarctique collectées par la National Oceanic and Atmospheric Administration pour développer leurs conclusions. En étudiant le gaz stocké dans les échantillons de glace, les chercheurs ont passé en revue les atmosphères globales du passé.