La photosynthèse

Tous les végétaux sont capables de produire leur matière organique sous forme de glucides, à partir d'eau, de dioxyde de carbone, et grâce à l'énergie lumineuse. C'est la photosynthèse. Elle se produit dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes.

La photosynthèse est une succession de deux phases couplées :

• Les réactions photochimiques : ces réactions se déroulent dans les thylakoïdes où l'énergie lumineuse est captée par les pigments et convertie en énergie chimique sous forme de composés intermédiaires (ATP et NADPH+H⁺). Ces réactions consomment de l'eau (H₂O) et libèrent du dioxygène (O₂).
• Les réactions biochimiques (Cycle de Calvin) : dans le stroma, le dioxyde de carbone (CO₂) est utilisé pour la synthèse des glucides grâce à l'énergie chimique produite lors de la phase précédente (utilisation des composés intermédiaires).

À la fin de l'animation, l'équation bilan simplifiée de la photosynthèse est affichée. Cependant, l'équation complète est la suivante :

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂0₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

Notons que le dioxygène produit provient exclusivement des atomes d'oxygène de la molécule d'eau.

• Comprendre le rôle de la photosynthèse et de ses deux phases (réactions photochimiques et cycle de Calvin) ;
• Découvrir le rôle et la structure des chloroplastes.

Un chloroplaste est délimité par une enveloppe (à deux membranes) renfermant un liquide appelé stroma, dans lequel baigne un réseau de lamelles, les thylakoïdes. Certains d'entre eux sont groupés en piles, nommées grana (granum au singulier). Les membranes des thylakoïdes contiennent des pigments, comme la chlorophylle qui donne la couleur verte aux végétaux.

La photosynthèse est une succession de deux phases couplées. Des composés intermédiaires sont produits lors de la première phase et utilisés lors de la deuxième phase.

• Première phase : les réactions photochimiques

L'absorption de la lumière par la chlorophylle contenue dans la membrane des thylakoïdes provoque un transfert d'électrons au sein de cette membrane. Ceci est à l'origine de plusieurs réactions :

1. La photolyse de l'eau : à l'intérieur des thylacoïdes, il y a oxydation des molécules d'eau (H₂O) apportées par la sève brute. Un dégagement de dioxygène (O₂) se produit.
2. La photophosphorylation : il s'agit de la synthèse d'ATP (adénosine triphosphate) à partir d’ADP et de phosphate inorganique.
3. La réduction du NADP⁺ en NADPH+H⁺ : comme la photophosphorylation, cela se produit dans le stroma mais au niveau de la membrane des thylacoïdes.

L'ATP (molécule énergétique) et le NADPH+H⁺ (molécule à pouvoir réducteur), sont le résultat de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique.

• Deuxième phase : le cycle de Calvin

Découvert par Melvin Calvin vers 1955 (prix Nobel de chimie en 1961), le cycle de Calvin est une succession de réactions catalysées par des enzymes dans le stroma du chloroplaste.

Ces réactions sont également appelées réactions biochimiques d'assimilation du dioxyde de carbone (CO₂).

Elles nécessitent les molécules d’ATP et de NADPH+H⁺, produites lors de la première phase de la photosynthèse. C'est le couplage : la deuxième phase dépend de la première.

Le cycle de Calvin conduit à l'incorporation du CO₂ atmosphérique dans des molécules organiques. Il en résulte la synthèse de glucides comme le glucose.

Comme l'équation bilan de la photosynthèse l'indique, il faut 6 molécules de CO₂ et 6 molécules d'H₂O pour produire une molécule de glucose (C₆H₁₂O₆). Les 6 molécules d'O₂ également produites sont un déchet de la photosynthèse.

Les glucides ainsi synthétisés sont soit stockés dans le chloroplaste sous forme d'amidon, soit transportés via la sève élaborée vers toutes les cellules de la plante. Associés à des minéraux tels que l'azote ou le soufre, ces glucides participent à la synthèse de tous les constituants des cellules (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques…).