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Métabolisme

 

 

Mesure de la photosynthèse

Vue d'une enceinte destinée à mesurer sur le terrain la photosynthèse et la transpiration d'une feuille de châtaignier. Bois de la tête ronde, Villiers-le-Bâcle, Essonne.

SYSTEMATIQUE ET ECOLOGIE VEGETALES - ORSAY
© CNRS Photothèque / PONTAILLER, Jean-Yves
Référence : 1995d00389

 

 

La photosynthèse permet l’élaboration de matière organique à partir du carbone minéral, de l’eau (H2O) et de l’énergie lumineuse prélevés dans l’environnement. Ce processus est réalisé dans les cellules à pigment chlorophyllien présentes chez les végétaux et chez certaines bactéries. Ces organismes sont dits photoautotrophes pour le carbone. Au sein d’un écosystème, les organismes autotrophes sont les producteurs primaires : ils fournissent la matière organique aux organismes hétérotrophes. Ils sont ainsi à l’origine de toute la biomasse.

 

Frondes de fougère, morphologie et fonction chlorophyllienne

 

 

Thylacoïdes visibles au sein d'un chloroplaste

 

 

Mesures in situ du métabolisme d'une colonie corallienne

 

 

Image satellite de la concentration des pigments chlorophylliens dans l'Océan Austral

 

 

Repiquage d'une algue modèle pour l’étude de la photosynthèse

 

Chez les végétaux, la photosynthèse se déroule principalement au niveau des feuilles. Elles sont constituées de cellules présentant de nombreux chloroplastes. Ces organites renferment un liquide, le stroma, dans lequel s’empilent des membranes internes, les thylacoïdes. Ces derniers contiennent des pigments photosynthétiques dont la chlorophylle qui donne leur couleur verte caractéristique aux végétaux.

L’ensemble de la photosynthèse est représenté par cette équation bilan :

  6 CO2 + 6 H2O —› C6H12O6 + 6 O2

Énergie lumineuse

Elle comporte une phase photochimique et une phase non photochimique qui sont complémentaires et se déroulent au sein du chloroplaste.

 

La phase photochimique

Lors de cette phase, l’énergie lumineuse est transformée en énergie chimique sous forme d’adénosine triphosphate (ATP).

Les réactions se déroulent en présence de lumière qui est absorbée par les pigments chlorophylliens au niveau des thylacoïdes. Ces pigments sont associés à diverses protéines et forment des complexes moléculaires, les photosystèmes, dénommés ainsi car ils sont activés par les photons. A l’intérieur de ces structures, un enchaînement de réactions d’oxydoréduction entraîne, à partir de l’H2O, la libération de protons utilisés par une ATP synthase pour catalyser la synthèse d’ATP, et le rejet de dioxygène (O2) dans l’atmosphère.

 

La phase non photochimique

Elle consiste en l’insertion du carbone minéral, issu du dioxyde de carbone (CO2) de l’air, dans la matière organique de la plante. Le processus se déroule en boucle au sein du stroma des chloroplastes : c’est le cycle de Calvin.

Les réactions biochimiques nécessitent de l’énergie fournie par l’ATP et d’autres molécules réduites formées lors de la phase photochimique. On distingue trois composés majeurs : le ribulose 1,5-bisphosphate qui fixe le carbone sous l’action de l’enzyme Rubisco (ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase oxygénase) ; le phosphoglycérate ; et des trioses (sucres) phosphates dont une partie relance le cycle en redonnant le premier composé. Le produit final de la photosynthèse est le glucose qui permettra à la plante de synthétiser ses diverses molécules organiques comme l’amidon, les acides gras, les acides aminés ou encore les nucléotides.

 

Un peu d'histoire

  • Découverte des principales réactions de la phase non photochimique de la photosynthèse par Melvin Calvin vers 1960. (Prix Nobel 1961)

 

 

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