Schéma d'un chloroplaste= lieu de la photosynthèse
Phase claire de la photosynthèse
L'activité photosynthétique est liée à l'absorption de certaines longueurs d'ondes de la lumière visible par les pigments chlorophylliens (en particulier des chlorophylles) localisés dans les chloroplastes.
Sous l'effet de l'énergie lumineuse captée par les pigments, les plantes chlorophylliennes réalisent à la lumière la photolyse de l'eau. Il s'agit d'une réaction d'oxydation car l'eau y perd des électrons. Ces derniers sont captés par des molécules appelées coenzymes, qui passent de l'état oxydé à l'état réduit. Au cours de ce processus, de l'ATP est produit.
Du CO2 à la matière organique
Les expériences menées dans les années 1950 par Melvin Calvin et Andrew Benson montrèrent qu'au cours de la photosynthèse le CO₂ participe à des réactions chimiques qui conduisent à la production de glucides simples, dont le glucose (C6H12O6). Globalement, ces réactions correspondent à une réduction du CO₂ au cours de la photosynthèse.
L'ATP et les coenzymes réduits produit durant la phase claire sont des sources d'énergie chimique que la cellule utilise pour synthétiser des molécules organiques à partir du dioxyde de carbone atmosphérique.
Cette synthèse implique un cycle de réaction: le cycle de Calcin et Benson, qui se déroule dans le chloroplaste (stroma). Elle passe par la réduction du CO2. Le CO2 ainsi fixé sur le ribulose biphosphate (RuBP) grâce à une enzyme; la rubisco. L'acide phosphoglycérique (APG) ainsi formé est ensuite converti en triose phosphate qui forment à leur tour les différents glucides (glucose, saccharose, amidon...) et les autres molécules organiques (lipides, acides aminés, etc...).
Produits de la photosynthèse, croissance et port de la plante
Les produits de la photosynthèse sont utilisés par la plante, notamment pour constituer leur paroi. c'est le cas de la cellulose et des pectines qui sont les constituants principaux des parois des cellules. Cette paroi peut être imprégnée secondairement par de la lignine (surtout chez les arbres) provoquant une rigidification qui permet un port dressé et une croissance en hauteur importante.
Produits de la photosynthèse et constitution de réserve
Certains produits de la photosynthèse sont des substrats énergétiques pouvant être utilisés par la plante ou ses descendants (via les réserves des graines). C'est le cas de l'amidon, qui peut être stocké dans les tubercules de pommes de terre, ou des réserves lipidiques que l'on trouve dans les noix. Il existe d'autres organes de réserves tels que les fruits, les bulbes ou encore les graines. Les substances sont également des aliments potentiel pour les animaux. Ainsi, ils contribuent à leur dissémination.
A retenir :
Expérience à connaitre:
-La réaction de Hill: Il montra que des chloroplastes isolés, en suspension dans un milieu dépourvu de CO2, sont capables de libérer du dioxygène, à condition d'être exposés à la lumière et mis en présence d'une molécule oxydante (dans son expérience, le réactif de Hill).
-Expérience de Ruben et Kamen: En cultivant des chlorelles (algues unicellulaires) dans de l'eau enrichie en dioxyde de carbone, et exposé à la lumière, ils ont démontrés que l'origine du dioxygène est l'eau.
-Expérience de Calvin et Benson (voir ci-dessus)
A retenir :
Bilan énergétique de la photosynthèse
Il faut six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau pour synthétiser une molécule de glucose, relâchant six molécules de dioxygène, grâce à l'énergie lumineuse.
6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 (glucose) + 6 O2
Mais ce bilan est en fait décomposé en deux étapes successives :
- les réactions photochimiques (phase claire) : 12 H2O + lumière → 6 O2 + énergie chimique (24 H) ;
- le cycle de Calvin (phase sombre) : 6 CO2 + énergie chimique (24 H) → C6H12O6 + 6 H2O.