Questions sur le rendement photosythétique

[Chr35]

Bonjour à tous,
En parcourant ces forums, j'ai vu une réponse d'une discussion, datant de 2005 (j'ai donc hésité à la remettre en surface), sur le rendement énergétique de la photosynthèse. Et je n'en comprends pas tous les points.
Pourriez-vous m'expliquer ?

Auteur : hana
Bilan énergétique de la photosynthèse

Bonjour à tous,
je cherche le bilan énergétique de la photosynthèse des plantes en C4 (pas le classique 6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 + 6O2) en comparaison avec le bilan énergétique de la photosynthèse des plantes en C3 (détaillant l'utilisation de NADP et ATP).
Merci d'avance

Réponse :

Auteur : butterfly2005

Pour la phase claire le rendement est le même pour toutes les plantes. il correspond à l'énergie stockée (grâce à l'ATP et au NADPH) divisée par l'énergie apportée par les photons aux photosystèmes I et II.
durant la phase claire il y a synthèse de 2NADPH et de 3 ATP et 1 NADPH correspond à 52kCal alors que l'ATP correspond à 7kCAL. l'énergie stockée est donc égale à 2 x 52 + 3x7 = 125 kcal.
4 photons arrivent sur la PSII et apportent 42,1 kcal. 4 photons arrivent sur le PSI et appportent 40,9 kcal. Ceci nous donne une énergie apportée de 4x42,1 + 4x40,9 = 332.
le rendement de la phase claire est donc 125/332 = 0,38.

pour la phase sombre :
les plantes en C3 : on résonne sur la synthèse d'un composé à 6 C (glucose) : elle nécessite 18 ATP et 12 NADPH. une molécule de glucose correspond à 672 kcal.
le rendement est donc 672 / (18x7 + 12x52) = 0,9.
ceci c'était sans tenir compte que les plantes en C3 font la photorespiration !
quand on en tient compte : pour 4 molécules de rubisco, une fonctionne avec O2.
l'incorporation d'un CO2 nécessite 3 ATP, 2 NADPH. pour 3 CO2 (3 rubisco incorporent du CO2) il faut donc 9ATP et 6 NADPH.
l'incorporation du O2 par la quatrième rubisco nécessite 2ATP et 2,5 NADPH mais il y a libération d'1/2 CO2.
Ainsi pour les 4 rubisco, l'incorporation de 2,5 CO2 nécessite 11 ATP et 8,5 NADPH.
On rapporte ceci à 1 CO2 : ça fait 207,6 kcal.
pour un composé à 6 C ça donne 1245.6 kcal.
on recalcule le rendement et on obtient 673 / 1245,6 = 0,54. le fait de faire la photorespiration réduit donc considérablement le rendement !!!!

pour les C4 l'utilisation d'un CO2 nécessite 3 ATP et 2NADPH et la réaction "pyruvate donne PEP" nécessite 2 ATP. Il faut donc 5 ATP et 2 NADPH pour 1 CO2 donc pour une molécule de glucose comprenant 6 C il faut 6 x (5x7 + 2x52) = 139 kcal.
le rendement est donc de 672 (énergie d'une molécule de glucose) / 139 = 0,8.

Je ne comprends pas le texte souligné. Où et comment sont mesurés les apports énergétiques des photons ? Lors de l'excitation des pigments (si oui, je n'ai pas la moindre idée de comment on convertit ça en kCal) ?
Ou est-ce directement par la longueur d'onde des photons ? Enfin, je n'en ai vraiment aucune idée.

Pour la troisième phrase soulignée, d'où provient les chiffres que 1 rubisco sur 4 fixe de l'oxygène ? Selon ce que j'en sais, la photo-respiration se déclenche lorsque le taux de O2 est de 20 % supérieure à celui de CO2 (il y a un rapport ?).
j'ai quelques autres points sombres, mais si quelqu'un avait déjà la gentillesse de me répondre, je lui en serais très reconnaissant.
Merci d'avance.
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[Amanuensis]

Bonjour,

Dommage qu'il n'y ait pas de réponse...

Je ne suis pas spécialiste, mais voilà un élément de réponse à une des questions :

Je ne comprends pas le texte souligné. Où et comment sont mesurés les apports énergétiques des photons ? Lors de l'excitation des pigments (si oui, je n'ai pas la moindre idée de comment on convertit ça en kCal) ?
Ou est-ce directement par la longueur d'onde des photons ? Enfin, je n'en ai vraiment aucune idée.

L'énergie d'un photon en fonction de sa longueur d'onde se calcule par hc/lambda. Ici, il s'agit d'une mole de photons, faut multiplier par le nombre d'Avogadro. On trouve alors pour une mole de photons visuels (au centre, jaune/vert) une énergie de l'ordre de 200 kilojoules. Pour convertir en kCal, faut diviser par 4.186, on obtient de l'ordre de 47 kCal.

Je ne sais pas ce que ces très précis 42,1 kCal et 40,9 kCal représentent exactement, mais c'est l'ordre de grandeur de l'énergie lumineuse au sens physique, et plus précisément c'est l'énergie d'une mole de photons quelque part vers le jaune/orange. J'imagine que cela correspond aux pics d'absorption des PS.

En espérant que cela aide...

[Guillaume69]

Sans être spécialiste non plus, je peux répondre à ça.

pour 4 molécules de rubisco, une fonctionne avec O2.

La RuBisCO ne fonctionne jamais à 100%. Elle a une activité oxygénase (comme son nom l'indique) qui intervient dans le phénomène de photorespiration et limite le rendement de la photosynthèse, comme expliqué dans le texte ensuite.
Je n'ai rien vérifié sur les réactions chimiques de la photorespiration et sur les chiffres indiqués (pas vraiment le temps, désolé). Mais sur le principe tout à l'air cohérent donc si personne n'a rien trouvé à redire à l'époque, je pense que tu peux considérer cela comme valable.

Quant à la réponse de Amanuensis : je plussoie ; je pense que les chiffres précis proviennent des pics d'absorption des photosystèmes 700nm et 680nm.
J'ai fait le calcul avec 680nm seulement :
((6,626068E-34 * 6,02200E23 * 3E8) / 680E-9) / 4,186 = 42 054,237 = 42.1kcal

[Chr35]

D'accord. J'ai compris pas mal de choses, entre temps. merci beaucoup pour la justification du calcul !

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