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Livre

La photosynthèse : processus physiques, moléculaires et physiologiques

Résumé

Description illustrée du processus de photosynthèse, de ses mécanismes physiques et biochimiques, de ses phases lumineuse et métabolique, de la photosynthèse oxygénique et anoxygénique, des effets de certains facteurs environnementaux ou encore du rendement de l'activité photosynthétique à l'échelle planétaire. ©Electre 2018


  • Autre(s) auteur(s)
  • Contributeur(s)
  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2018
  • Notes
    • Bibliogr. Glossaire. Index
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 1 vol. (460 p.-pl.) : illustrations en noir et en couleur ; 24 x 16 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-7592-2667-2
  • Indice
    • 582 Physiologie et écologie végétale
  • Quatrième de couverture
    • Au cours de l'évolution des organismes vivants, la photosynthèse a été le processus principal de l'élaboration de la matière organique sur notre planète. Phénomène complexe, la photosynthèse implique des mécanismes à la fois physiques et biochimiques par lesquels les plantes et certaines bactéries utilisent l'énergie solaire pour assimiler le carbone du gaz carbonique de l'atmosphère (phase lumineuse), l'incorporer et synthétiser ensuite les molécules organiques (phase métabolique).

      Dans cette approche résolument originale, le déroulement de la phase lumineuse est d'abord exposé à partir d'un modèle simple, Chlorobium, une bactérie verte vivant en anaérobiose, manifestant une photosynthèse sans émission d'oxygène (photosynthèse anoxygénique). Il est ensuite détaillé pour les organismes émetteurs d'oxygène à la lumière (photosynthèse oxygénique), principalement les plantes supérieures, mais aussi les algues et les cyanobactéries.

      Sur la phase métabolique, l'ouvrage offre un point complet des connaissances biochimiques, moléculaires et génétiques en matière d'équipements enzymatiques et de régulation in situ de leurs activités. Les auteurs étudient également le rôle des facteurs de l'environnement sur l'activité photosynthétique à travers les échanges entre plantes et atmosphère.

      Cette nouvelle édition fait état des avancées scientifiques les plus remarquables sur les nanostructures de la machinerie photosynthétique, sans oublier les nouvelles applications qui découlent de ces progrès ni les effets sur le climat dans le contexte du réchauffement planétaire.

      Pédagogique et largement illustré, muni d'un index indispensable, ce livre s'adresse à un lectorat scientifique très large : étudiants des universités, candidats aux concours du Capes et de l'agrégation, enseignants en agronomie, pharmacie et biologie.


  • Tables des matières
      • La photosynthèse

      • Processus physiques, moléculaires et physiologiques

      • Jack Farineau et Jean-François Morot-Gaudry

      • Jean-François Soussana

      • Éditions QUAE

      • Avant-propos 15
      • Remerciements 19
      • I. Le processus photosynthétique : introduction
      • 1. La découverte du processus photosynthétique 23
      • Premières hypothèses et mise en évidence des échanges gazeux (1650-1860)23
      • Expérience de Van Helmont23
      • La composition chimique de l'air23
      • La « purification de l'air » par les plantes24
      • Rôle de la lumière et du CO224
      • Découverte du rôle et de la nature des pigments photosynthétiques (1850-1930)26
      • Origine de l'oxygène photosynthétique et réactions d'oxydo-réduction (1930-1965)27
      • Photosynthèse anoxygénique et oxygénique27
      • Origine de l'oxygène photosynthétique28
      • Réactions d'oxydo-réduction lors de la libération de l'oxygène (et du soufre) durant l'activité photosynthétique29
      • Rôle des électrons29
      • Origine du NADH et du NADPH en liaison avec l'émission d'oxygène30
      • Émission d'oxygène par des chloroplastes isolés30
      • Découverte du métabolisme photosynthétique32
      • Annexe. L'oxydo-réduction34
      • Oxydo-réduction et composés rédox34
      • La notion de potentiel d'oxydo-réduction35
      • Définitions35
      • Échelle de potentiels rédox36
      • Potentiels rédox de différents composés (rédox) photosynthétiques37
      • Énergétique du transfert d'électrons37
      • Variation du potentiel rédox des donneurs primaires d'électrons37
      • 2. Lumière et pigments photosynthétiques 39
      • Nature de la lumière39
      • Les pigments photosynthétiques40
      • Chlorophylles et bactériochlorophylles41
      • Caroténoïdes45
      • Phycobilines45
      • Absorption de la lumière par les pigments photosynthétiques47
      • Absorption de la lumière47
      • L'état excité d'un pigment photosynthétique48
      • Les chlorophylles et les bactériochlorophylles48
      • Les caroténoïdes51
      • Propriétés des états excités (excitons)51
      • Origine du flux d'électrons induit par la lumière53
      • Capture de la lumière : les antennes53
      • Conversion de l'énergie de la lumière : les centres réactionnels54
      • 3. Organisation de l'appareil photosynthétique 59
      • L'appareil photosynthétique chez une bactérie verte : Chlorobium59
      • Les structures protéiques photosynthétiques dans la cellule de Chlorobium59
      • Le complexe antennaire de Chlorobium60
      • Le centre réactionnel de Chlorobium64
      • Chaîne de transfert d'électrons chez Chlorobium67
      • L'appareil photosynthétique des différents organismes phototrophes71
      • Les complexes antennaires chez l'ensemble des phototrophes72
      • Organisation moléculaire des antennes : pigments et protéines associées72
      • Propriétés spectroscopiques des pigments liés au sein des antennes74
      • Séparation de fractions protéiques pigmentées par des méthodes biochimiques75
      • Les transferts d'excitons75
      • Les différents types de centres réactionnels78
      • Structure protéique des centres réactionnels78
      • Les deux types de transferts d'électrons : non cycliques et cycliques82
      • Transferts non cycliques ou linéaires82
      • Transferts cycliques d'électrons83
      • 4. Classification des organismes photosynthétiques 85
      • Organismes à photosynthèse anoxygénique85
      • Les bactéries pourpres86
      • Les bactéries vertes86
      • Autres bactéries phototrophes86
      • Les héliobactéries86
      • Bactéries phototrophes en aérobiose86
      • Rhizobium et Bradyrhizobium87
      • Organismes à photosynthèse oxygénique87
      • Procaryotes88
      • Eucaryotes89
      • II. La photosynthèse oxygénique
      • 5. Feuilles et chloroplastes 93
      • La feuille93
      • Le limbe93
      • Les nervures94
      • La cellule foliaire95
      • Le chloroplaste95
      • Aspect et structure d'un chloroplaste95
      • Organisation supramoléculaire des thylacoïdes des plantes supérieures98
      • 6. Les photosystèmes des organismes oxygéniques 101
      • Organisation générale des photosystèmes101
      • Le photosystème I104
      • Structure du photosystème I104
      • Le photosystème I des plantes supérieures et des algues104
      • Le photosystème I chez une cyanobactérie106
      • Comparaison du PS I chez les plantes et les cyanobactéries111
      • Fonctionnement du photosystème I111
      • Mouvements d'électrons associés au fonctionnement du PS I114
      • Le photosystème II115
      • Le complexe antennaire du PS II115
      • L'antenne périphérique ou LHC II115
      • L'antenne intermédiaire117
      • L'antenne interne118
      • Le centre réactionnel du photosystème II118
      • Structure118
      • Fonctionnement du centre réactionnel du PS II126
      • Mécanisme du transfert d'électrons entre QA et QB128
      • Inhibition du transfert d'électrons entre QA et QB129
      • Inhibition par des inhibiteurs chimiques130
      • Fonctionnement du complexe à manganèse130
      • Réduction du P680131
      • Libération de protons132
      • Stabilité des états S134
      • L'amortissement de l'émission d'oxygène en séquence d'éclairs135
      • Luminescence du PS II135
      • Annexe. Étude par spectroscopie d'éclairs des variations d'état rédox de quelques transporteurs d'électrons136
      • Principe136
      • Montage utilisé137
      • Expériences137
      • Interprétation140
      • 7. Transferts d'électrons dans les thylacoïdes 141
      • La chaîne de transfert d'électrons photosynthétique141
      • Cas particulier des mutants dépourvus de PS I143
      • Calcul du rendement des réactions photochimiques143
      • Transfert de protons « couplé » au transfert d'électrons147
      • Le complexe b6f149
      • Transfert cyclique d'électrons151
      • Transferts cycliques in situ152
      • Fonctionnement de la NADPH déshydrogénase à l'obscurité155
      • Transfert pseudo-cyclique155
      • 8. La synthèse d'ATP couplée aux transferts d'électrons 157
      • Mouvements de protons associés aux transferts d'électrons157
      • L'ATP158
      • La synthèse d'ATP158
      • Lumière et synthèse d'ATP158
      • Variation de pH et synthèse d'ATP160
      • Énergétique de la synthèse d'ATP161
      • La théorie chimio-osmotique161
      • Le potentiel électrochimique transmembranaire162
      • L'ATP synthase164
      • Structure de F1164
      • Structure de F0164
      • Mécanisme de la synthèse d'ATP (et de son hydrolyse)167
      • Activation de l'ATP synthase169
      • Champ électrique transmembranaire et synthèse d'ATP169
      • ATP et métabolisme carboné169
      • 9. Rendement de la photosynthèse 173
      • Spectres d'absorption des pigments antennaires (PS I et PS II)173
      • Spectre d'action de la photosynthèse176
      • Rendement quantique de la photosynthèse176
      • 10. Gestion de l'énergie lumineuse par les deux photosystèmes 181
      • Dissipation de l'énergie lumineuse181
      • Les états fluorescents du PS II183
      • Rendement de fluorescence à l'obscurité184
      • Rendement de fluorescence sous éclairement186
      • Traitement mathématique de la déperdition d'énergie excitonique187
      • L'extinction de fluorescence ou quenching non photochimique187
      • Origine et nature du quenching énergétique qE188
      • Rôle des composés du cycle des xanthophylles188
      • Rôle des agrégats de chlorophylle190
      • Intérêt de la détermination des paramètres de fluorescence190
      • Évaluation du rendement quantique de la réaction photochimique du PS II190
      • Mesure de la vitesse de photosynthèse brute190
      • Régulation de la capture de l'énergie lumineuse191
      • 11. La photosynthèse des algues et des cyanobactéries 195
      • Organisation des thylacoïdes chez les algues195
      • Antennes des algues rouges et des cyanobactéries196
      • III. La photosynthèse anoxygénique
      • 12. Les organismes photosynthétiques bactériens 203
      • Écologie des bactéries photosynthétiques203
      • Écologie des bactéries sulfureuses pourpres et vertes203
      • Écologie des héliobactéries et autres bactéries photohétérotrophes204
      • Les bactéries pourpres204
      • Classification204
      • Le complexe antennaire de Rhodopseudomonas acidophila205
      • Transfert d'excitons dans le complexe antennaire de R. acidophila209
      • Les centres réactionnels des bactéries pourpres209
      • Le centre réactionnel de Rhodobacter sphaeroides210
      • Le centre réactionnel de Rhodopseudomonas viridis214
      • Gènes codant les protéines du centre réactionnel et des antennes215
      • Transferts d'électrons chez les bactéries pourpres215
      • Transferts cycliques d'électrons216
      • Transfert d'électrons linéaires ou non cycliques218
      • Transferts d'électrons de type respiratoire218
      • Les bactéries vertes219
      • Classification219
      • L'appareil antennaire des bactéries vertes219
      • Le chlorosome220
      • Effets de facteurs de l'environnement sur le développement du complexe antennaire221
      • Les centres réactionnels des bactéries vertes222
      • Le centre réactionnel de type II de Chloroflexus222
      • Transferts d'électrons chez les bactéries vertes222
      • Les héliobactéries222
      • 13. Évolution des organismes phototrophes 225
      • Phylogénie : la conception classique225
      • L'hypothèse d'une origine commune des deux types de centres réactionnels225
      • Phototrophie, hétérotrophie et photohétérotrophie227
      • Annexe. L'endosymbiose à l'origine des chloroplastes228
      • IV. Métabolismes photosynthétiques
      • 14. Métabolisme carboné « primaire » photosynthétique 233
      • Introduction233
      • Assimilation du CO2 à la lumière233
      • Oxygène et activité photosynthétique236
      • Plasticité du métabolisme photosynthétique : les plantes C4 et CAM236
      • Les deux fonctions carboxylase et oxygénase de la rubisco238
      • L'activité carboxylase de la rubisco238
      • L'activité oxygénase de la rubisco238
      • Le cycle de réduction des pentoses phosphates239
      • Formation de trioses phosphates240
      • Régénération du ribulose bisphosphate240
      • Bilan de l'activité du cycle de réduction des pentoses phosphates243
      • La voie du glycolate246
      • Métabolisme du glycolate246
      • Bilan de la voie du glycolate249
      • Mutants de la voie du glycolate249
      • Structure et régulation de la rubisco250
      • Structure de la rubisco250
      • Régulation par le CO2251
      • Régulation par les composés phosphorylés251
      • Régulation par l'activase252
      • Affinités relatives de la rubisco pour CO2 et O2253
      • Diversité génétique254
      • Limitation de l'activité photorespiratoire chez certains organismes257
      • Régulation de l'activité des enzymes du cycle de réduction des pentoses phosphates258
      • Mécanismes de régulation rédox258
      • Mécanismes de phosphorylation et déphosphorylation260
      • Complexes multi-enzymatiques : métabolons260
      • Modification de l'expression des gènes du métabolisme262
      • La théorie du contrôle métabolique262
      • Synthèse de la rubisco : approche moléculaire262
      • Modification de l'expression des gènes codant la rubisco265
      • Modification de l'expression des gènes codant l'activase265
      • Modification de l'expression des gènes codant les autres enzymes du cycle de réduction des pentoses phosphates266
      • 15. Métabolismes azoté et soufré « primaires » photosynthétiques 269
      • La voie d'assimilation du nitrate chez les plantes supérieures269
      • La nitrate et la nitrite réductases270
      • La nitrate réductase (NR)270
      • La nitrite réductase (NiR)270
      • Régulation de la NR et de la NiR272
      • Assimilation de l'ammonium chez les plantes supérieures272
      • La glutamine synthétase (GS)272
      • La glutamate synthase (GOGAT)273
      • Régulation de la GS et de la GOGAT274
      • Fourniture de l'α-oxoglutarate, accepteur d'ammonium274
      • Déficience GS/GOGAT et photorespiration274
      • Synthèse des acides aminés dans les feuilles275
      • Synthèse par transamination275
      • Autres voies de synthèse276
      • Interdépendance des métabolismes carbonés et azotés277
      • Effets à court terme278
      • Effets à long terme278
      • La voie d'assimilation du soufre chez les plantes supérieures279
      • 16. Synthèse et exportation des glucides 281
      • Synthèse des glucides281
      • Devenir des trioses phosphates non utilisés pour la régénération du RuBP281
      • Synthèse du saccharose283
      • Le saccharose283
      • Synthèse du saccharose à partir des trioses-phosphates283
      • Transformation réversible du fructose 1,6-bisphosphate et fructose 6-phosphate285
      • Le fructose 2,6-bisphosphate286
      • Les composés phosphorylés286
      • La saccharose phosphate synthase ou SPS287
      • Synthèse de l'amidon287
      • Autres synthèses glucidiques289
      • Exportation des photoassimilats289
      • Transport de la sève élaborée dans le phloème289
      • Chargement apoplastique291
      • Chargement symplastique293
      • Déchargement des glucides293
      • 17. Métabolismes de types C4 et CAM : photosynthèse à double carboxylation 295
      • Les plantes de type C4295
      • La découverte des plantes C4295
      • Les feuilles des plantes C4299
      • La photosynthèse chez les plantes C4299
      • Bilan énergétique du déroulement de la voie C4302
      • Les différents types de plantes C4303
      • Enzymes du métabolisme C4 et leur régulation305
      • La PEPcase du métabolisme C4305
      • La malate déshydrogénase NADP+ dépendante306
      • Les enzymes maliques NADP+ et NAD+ dépendantes307
      • La pyruvate Pi-dikinase308
      • Synthèse des glucides dans les feuilles de plantes C4308
      • Assimilation de l'azote dans les feuilles de plantes C4309
      • Expression des gènes rbcS et L de la rubisco chez les plantes C4309
      • Conclusion311
      • Les plantes grasses à métabolisme CAM312
      • Fonctionnement métabolique des plantes grasses312
      • Régulation du métabolisme CAM314
      • Les plantes intermédiaires de type C3-C4314
      • 18. Métabolisme carboné des organismes sans rubisco 317
      • Assimilation du CO2 chez les Chlorobiacées317
      • Assimilation du CO2 chez Chloroflexus319
      • V. Photosynthèse et environnement
      • 19. Les échanges gazeux globaux de la feuille des plantes terrestres 323
      • Les échanges gazeux photosynthétiques de la feuille323
      • Les stomates et leur rôle dans les échanges gazeux foliaires325
      • Structure des cellules stomatiques325
      • Ouverture et fermeture des stomates325
      • Résistances à la diffusion des gaz327
      • Mesure des résistances à la diffusion du CO2328
      • Mesure des échanges gazeux de la feuille329
      • Mesure des échanges de CO2329
      • Mesure des échanges d'oxygène330
      • Variation de l'activité photosynthétique foliaire en fonction des facteurs environnementaux331
      • Effet de l'éclairement en atmosphère d'air normal331
      • Effet de la concentration en CO2 de l'atmosphère sous éclairement saturant334
      • Effet de la température335
      • Détermination des facteurs limitants de l'activité photosynthétique336
      • Plantes transgéniques à teneur en rubisco modifiée337
      • 20. L'assimilation nette du dioxyde de carbone à l'échelle du couvert végétal 339
      • Mesures des flux de CO2 à l'échelle du couvert végétal340
      • Utilisation d'enceintes de végétation340
      • Méthodes micrométéorologiques340
      • Réponse de la photosynthèse du couvert à la lumière341
      • Comparaison des courbes de réponse à l'éclairement du couvert et de la feuille341
      • Variations de la photosynthèse au sein des couverts végétaux341
      • Modélisation de la photosynthèse du couvert342
      • Analyse des transferts radiatifs342
      • Analyse du rendement énergétique343
      • 21. Contraintes environnementales et activité photosynthétique 347
      • La contrainte hydrique347
      • Effets de forts éclairements : la photo-inhibition de la photosynthèse348
      • Mise en évidence de la photo-inhibition349
      • L'altération des centres PS II349
      • Altération par l'oxygène de l'appareil photosynthétique351
      • L'oxygène singulet353
      • L'élévation de la concentration atmosphérique en CO2354
      • La contrainte azotée357
      • 22. Quelques considérations écophysiologiques et agronomiques 359
      • Activité photosynthétique globale359
      • Les sources de carbone359
      • Fixation du carbone par la photosynthèse362
      • Rendement de l'activité photosynthétique à l'échelle de la planète363
      • Annexe. Les herbicides 365
      • Nouvelles avancées scientifiques et technologiques 371
      • Photosynthèse potentielle371
      • Changement climatique et agriculture374
      • Ozone et photosynthèse376
      • L'apparition de l'oxygène sur Terre379
      • Activité photosynthétique C4 se déroulant dans un seul type de cellules : diversité anatomique et physiologique380
      • Comment réduire l'activité photorespiratoire chez les plantes C3 ?385
      • Comment améliorer les performances de la rubisco ?388
      • Riz C4392
      • Le végétal, nouveau pétrole ?396
      • Production d'hydrogène par les microalgues et les cyanobactéries : aspect technologique398
      • Les nanotechnologies pour optimiser les performances photosynthétiques des plantes400
      • La photosynthèse artificielle401
      • Transfert de chloroplastes de cellules végétales aux cellules animales403
      • Structure du « système de dégagement d'oxygène ». Données récentes404
      • Fonctionnement de l'ensemble isolé F1 (+ γ, ε) en ATPase, ou ATP synthase. Expérimentations406
      • Glossaire 409
      • Références bibliographiques 423
      • Index 445

  • Origine de la notice:
    • Electre
  • Disponible - 582 FAR

    Niveau 2 - Sciences