La photosynthèse Processus physiques, moléculaires et physiologiques

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 du monde vivant (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.

Avant-propos
Remerciements 

I. Le processus photosynthétique : Introduction

1. La découverte du processus photosynthétique
. Premières hypothèses et mise en évidence des échanges gazeux (1650-1860)
. Découverte du rôle et de la nature des pigments photosynthétiques (1850-1930)
. Origine de l’oxygène photosynthétique et réactions d’oxydo-réduction (1930-1965)
. Annexe. L’oxydo-réduction
2. Lumière et pigments photosynthétiques
. Nature de la lumière
. Les pigments photosynthétiques
. Absorption de la lumière par les pigments photosynthétiques
3. Organisation de l’appareil photosynthétique
. L’appareil photosynthétique chez une bactérie verte : Chlorobium
. L’appareil photosynthétique des différents organismes phototrophes
4. Classification des organismes photosynthétiques
. Organismes à photosynthèse anoxygénique
. Organismes à photosynthèse oxygénique

II. La photosynthèse oxygénique

5. Feuilles et chloroplastes
. La feuille
. Le chloroplaste
6. Les photosystèmes des organismes
. Organisation générale des photosystèmes
. Le photosystème I
. Le photosystème II
. Mécanisme du transfert d’électrons entre QA et QB
. Fonctionnement du complexe à manganèse
. Annexe. Étude par spectroscopie d’éclairs des variations d’état rédox de quelques transporteurs d’électrons
7. Transferts d’électrons dans les thylacoïdes
. La chaîne de transfert d’électrons photosynthétique
. Transfert de protons « couplé » au transfert d’électrons
. Transfert cyclique d’électrons
. Transfert pseudo-cyclique
8. La synthèse d’ATP couplée aux transferts d’électrons
. Mouvements de protons associés aux transferts d’électrons
. L’ATP
. L'ATP synthase
. ATP et métabolisme carboné
9. Rendement de la photosynthèse
. Spectres d’absorption des pigments antennaires (PS I et PS II)
. Spectre d’action de la photosynthèse
. Rendement quantique de la photosynthèse
10. Gestion de l’énergie lumineuse par les deux photosystèmes
. Dissipation de l’énergie lumineuse
. Régulation de la capture de l’énergie lumineuse
11. La photosynthèse des algues et des cyanobactéries
. Organisation des thylacoïdes chez les algues
. Antennes des algues rouges et des cyanobactéries

III. La phtosynthèse anocygénique

12. Les organismes photosynthétiques bactériens
. Écologie des bactéries photosynthétiques
. Les bactéries pourpres
. Les bactéries vertes
. Les héliobactéries
13. Évolution des organismes phototrophes
. Phylogénie : la conception classique
. L’hypothèse d’une origine commune des deux types de centres réactionnels
. Phototrophie, hétérotrophie et photohétérotrophie
. Annexe. L’endosymbiose à l’origine des chloroplastes

IV. Métabolismes photosynthétiques

14. Métabolisme carboné « primaire » photosynthétique
. Introduction
. Les deux fonctions carboxylase et oxygénase de la rubisco
. Le cycle de réduction des pentoses phosphates
. La voie du glycolate
. Structure et régulation de la rubisco
. Régulation de l’activité des enzymes du cycle de réduction des pentoses phosphates
. Modification de l’expression des gènes du métabolisme
15. Métabolismes azoté et soufré « primaires » photosynthétiques
. La voie d’assimilation du nitrate chez les plantes supérieures
. Interdépendance des métabolismes carboné et azoté
. La voie d’assimilation du soufre chez les plantes supérieures
16. Synthèse et exportation des glucides
. Synthèse des glucides
. Exportation des photoassimilats
17. Métabolismes de types C4 et CAM : photosynthèse à double carboxylation
. Les plantes de type C4
. Les plantes grasses à métabolisme CAM
. Les plantes intermédiaires de type C3-C4
18. Métabolisme carboné des organismes sans rubisco
. Assimilation du CO2 chez les Chlorobiacées
. Assimilation du CO2 chez Chloroflexus

V. Photosynthèse et environnement

19. Les échanges gazeux globaux de la feuille des plantes terrestres
. Les échanges gazeux photosynthétiques de la feuille
. Les stomates et leur rôle dans les échanges gazeux foliaires
. Résistances à la diffusion des gaz
. Variation de l’activité photosynthétique foliaire en fonction des facteurs environnementaux
20. L’assimilation nette du dioxyde de carbone à l’échelle du couvert végétal
. Mesures des flux de CO2 à l’échelle du couvert végétal
. Réponse de la photosynthèse du couvert à la lumière
21. Contraintes environnementales et activité photosynthétique
. La contrainte hydrique
. Effets de forts éclairements : la photo-inhibition de la photosynthèse
. Altération par l’oxygène de l’appareil photosynthétique
. L’élévation de la concentration atmosphérique en CO2
. La contrainte azotée
22. Quelques considérations écophysiologiques et agronomiques
. Activité photosynthétique globale
. Rendement de l’activité photosynthétique à l’échelle de la planète
 
Annexe. Les herbicides

Nouvelles avancées scientifiques et technologiques
. Photosynthèse potentielle
. Changement climatique et agriculture
. Ozone et photosynthèse
. L’apparition de l’oxygène sur Terre
. Activité photosynthétique C4 se déroulant dans un seul type de cellules : diversité anatomique et physiologique
. Comment réduire l’activité photorespiratoire chez les plantes C3 ?
. Comment améliorer les performances de la rubisco ?
. Riz C4
. Le végétal, nouveau pétrole ?
. Production d’hydrogène par les microalgues et les cyanobactéries : aspect technologique
. Les nanotechnologies pour optimiser les performances photosynthétiques des plantes
. La photosynthèse artificielle
. Transfert de chloroplastes de cellules végétales aux cellules animales
. Structure du « système de dégagement d’oxygène ». Données récentes
. Fonctionnement de l’ensemble isolé F1 (+ γ, ε) en ATPase, ou ATP synthase. Expérimentations

Glossaire
Références bibliographiques
Index