Photosystème

Définition

Un photosystème qualifie le centre réactionnel de la photosynthèse, chacun des complexes protéiques des cellules photosynthétiques formés d'une antenne (l'antenne collectrice de lumière) et d'un centre réactionnel. Ils sont situés dans la membrane des thylacoïdes, des chlorosomes (bactéries) ou des phycobilisomes (cyanobactéries et Rhodophycées).

✅ On pense que ce système photosynthétique cytoplasmique a évolué il y a plus de 3 000 millions d'années en une bactérie photosynthétique primitive.

Les deux photosystèmes dans une réaction de photosynthèse :

Les photosystèmes interviennent avec les cytochromes dans les réactions lumineuses de la photosynthèse.

Deux types de photosystèmes

Chez les végétaux, il existe deux photosystèmes :

• le photosystème 1 (PSI) qui est le deuxième complexe fonctionnel de la chaîne de transport d'électrons du chloroplaste.;
• le photosystème 2 (PSII) qui est le premier complexe fonctionnel de la chaîne de transport d'électrons du chloroplaste.

Les deux diffèrent par la forme de leur antenne, par leur localisation et par les protéines associées aux photopigments.

✅ En biologie, le photosystème est un supercomplexe protéique qui effectue les réactions photochimiques primaires de la photosynthèse. Les deux photosystèmes, avec les cytochromes, interviennent dans la phosphorylation photosynthétique (photophosphorylation).

Description et explications

Le photosystème est une unité fonctionnelle et structurelle de complexes protéiques qui effectuent les réactions photochimiques primaires de la photosynthèse : absorption de la lumière, conversion de l'énergie et transfert d'électrons. Les photosystèmes se trouvent dans la membrane thylakoïde des plantes, des algues et des cyanobactéries (dans les plantes et les algues situées dans les chloroplastes) ou dans la membrane cytoplasmique des bactéries photosynthétiques (bactéries vertes et bactéries pourpres). En général, tous les photosystèmes sont divisés en deux types : I et II.

✅ Les photosystèmes sont des complexes protéiques situés dans les membranes d'organismes autotrophes où sont regroupés des pigments photosynthétiques, tels que la chlorophylle. Ces molécules sont capables de capter l'énergie lumineuse du soleil et de la transformer en énergie utile. La photosynthèse, par exemple, utilise la lumière blanche visible, mélange de plusieurs longueurs d'onde. Ces complexes protéiques sont présents dans certains microorganismes photosynthétiques et dans les chloroplastes de cellules végétales.

Composants

Il y a deux grands composant d'un photosystème :

• Une antenne complexe dans laquelle l'énergie lumineuse est capturée et transformée en énergie chimique qui est transférée et distribuée au centre de réaction. Il consiste en un grand nombre de pigments, des centaines de molécules de chlorophylle, ce qui permet d'absorber une grande quantité d'énergie. En plus des chlorophylles et des caroténoïdes, elles sont également constituées de phycobilines : si les chlorophylles sont photo-oxydées quand il y a beaucoup de lumière, la plante mourrait, les caroténoïdes agissent ici de manière importante. Ce premier composant s'appelle un capteur de lumière complexe ou une antenne complexe et fonctionne comme un entonnoir qui collecte l'énergie lumineuse et la dirige vers un seul centre de réaction.
• Un centre de réaction, formé de molécules de protéines entourant la chlorophylle A et la chlorophylle B, ainsi que d'un accepteur primaire d'électrons. La structure de la chlorophylle A n'est pas différente de celle de l'antenne de captage de lumière, mais certaines transfèrent de l'énergie et d'autres des électrons. En conséquence, dans le pigment de chlorophylle, un des électrons passe à un niveau supérieur qui donne l'électron à un accepteur primaire réduit et les chlorophylles A récupèrent l'électron qu'ils ont perdu grâce au donneur d'électrons final (qui dans ce cas est eau), étant oxydé et dont le sous-produit est l'oxygène.

L'antenne est formée de protéines qui établissent des liaisons stables avec les pigments photosynthétiques (chlorophylles a et b et caroténoïdes). Le centre réactionnel est un dimère de chlorophylles a (ou de bactériochlorophylles a) associé à quelques protéines.

Centres de réaction

Au centre du photosystème se trouve le centre de réaction, qui est une enzyme qui utilise la lumière pour régénérer des molécules (créer des électrons de haute énergie). Ce centre de réaction est entouré de complexes collecteurs de lumière qui permettent une absorption plus efficace de la lumière.

Il existe deux types de centres réactionnels de photosystème : un centre réactionnel de type I comme dans le photosystème I (présent dans les bactéries vertes sulfureuses) et un centre réactionnel de type II dans le photosystème II (présent dans les bactéries pourpres non sulfureuses). Les deux types de centres de réaction sont présents dans les chloroplastes de plantes et les cyanobactéries.

Chaque photo-système diffère par la longueur d'onde de la lumière, dans laquelle son pigment principal, qui libère des électrons sous l'influence de la lumière (700 et 680 nm pour les chloroplastes PSI et FSII), la quantité et le type de complexes absorbant la lumière, ainsi que l'accepteur d'électrons terminal, sont absorbés plus activement.

Les photosystèmes de type I utilisent des protéines analogues à la ferrédoxine avec un groupe de fer-soufre comme accepteurs terminaux, tandis que les photosystèmes de type II transfèrent des électrons au transporteur de quinone soluble dans la membrane. Les deux types de centres de réaction sont présents dans les chloroplastes de plantes et les cyanobactéries, où ils travaillent ensemble pour former une chaîne de transport d'électrons unique permettant d'obtenir des électrons à partir d'eau pour former de l'oxygène en tant que sous-produit.

Structure

Chez les eucaryotes, le photosystème comprend plusieurs sous-unités protéiques (> 20 ou> 30), qui constituent un site d'ancrage pour un certain nombre de cofacteurs. Les cofacteurs peuvent être des pigments (par exemple, la chlorophylle, la phéophytine, les caroténoïdes), des quinones et des amas fer-soufre.

Chez les bactéries, les photosystèmes sont généralement fixés directement dans la membrane cellulaire ou dans ses entourages et consistent en un centre réactionnel nu entouré de complexes collecteurs de lumière et parfois d'un petit nombre de sous-unités supplémentaires. Dans les bactéries pourpres, le centre de réaction est constitué de trois sous-unités : L (léger), M (moyen) et H (lourd). Les sous-unités L et M portent des chromophores et la sous-unité H forme le domaine cytoplasmique. La Pseudomonas Rhodopseudomonas viridis possède une sous-unité non membranaire supplémentaire : le cytochrome à quatre hèmes (4Hcyt), située du côté du périplasme.

Dans les bactéries vertes sulfureuses, le centre de réaction comprend cinq sous-unités : PscA-D. Les deux sous-unités PscA dimérisent et détiennent ensemble les cofacteurs, chacun liant une copie du PscD et du PscC, qui porte l'hème. La sous-unité PscB est située au centre du dimère et lie deux amas de fer et de soufre transférant des électrons à la ferrédoxine.

En rapport avec "photosystème"

• centres réactionnels de la photosynthèse

  

  Les centres réactionnels de la photosynthèse sont des centres privilégiés de la photosynthèse où des réactions d'oxydoréduction interviennent.

• photosynthèse

  

  La photosynthèse est un processus biochimique qui exploite l'énergie des photons de la lumière pour transformer des substances organiques (CO2, eau) en sucre...

• photosystème 1

  

  Le photosystème 1 (PSI) est un centre réactionnel, un composant essentiel, de la photosynthèse contenant le pigment P700.

• photosystème 2

  

  Le photosystème II (PSII) est un supercomplexe de protéines membranaires qui exécute la réaction initiale de photosynthèse chez les plantes.