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La plante, productrice de la matière organique grâce à la photosynthèse

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Qu’est-ce que la photosynthèse

  • Les couches supérieures de la feuille, les plus exposées au soleil, possèdent des cellules riches en chloroplastes.
  • La présence d’un grand nombre de chloroplastes dans les couches supérieures est directement liée à la fonction de la feuille et des chloroplastes : capter l’énergie solaire.
  • Le chloroplaste est composé de :
  • deux membranes séparant le stroma du cytoplasme de la cellule ;
  • de compartiments qu’on appelle thylakoïdes ;
  • lorsque les thylakoïdes sont empilés les uns sur les autres, ils forment le granum ;
  • l’intérieur du thylakoïde est appelé le lumen.
  • La membrane des thylakoïdes est composée de chlorophylles qui permettent de capter l’énergie solaire.
  • La photosynthèse est le mécanisme qui transforme l’énergie lumineuse en énergie chimique.
  • Elle se déroule en deux phases faisant intervenir une réaction d’oxydo-réduction :
  • la phase claire ou photochimique en présence de lumière ;
  • et la phase sombre ou chimique.

Mécanismes de la photosynthèse

La phase claire

  • La phase claire se déroule dans la membrane des thylakoïdes.
  • Au cours de ce processus, la plante consomme de l’H2O\text{H}2\text{O} et du CO2\text{CO}2, ainsi que des intermédiaires, qui permettront de former des sucres lors de la phase sombre.
  • L’eau drainée par les racines est acheminée par la sève brute dans le xylème jusqu’aux chloroplastes où elle est alors absorbée par les cellules.
  • La photolyse moléculaire de l’eau est rendue possible grâce aux pigments chlorophylliens photosynthétiques contenus dans les thylakoïdes lorsqu’ils sont excités par les photons lumineux.
  • L’eau cède des électrons et des protons pour donner du dioxygène : c’est l’oxydation.
  • Les électrons sont transférés le long de la membrane du thylakoïde, transfert au cours duquel, il y a un échange de protons H+\text{H}^+ du stroma vers l’intérieur du thylakoïde.
  • La production de protons H+\text{H}^{+} permet de motiver la production d’énergie chimique sous forme d’ATP.
  • L’énergie lumineuse a ainsi été transformée en énergie chimique.
  • Le bilan de la phase claire est donc le suivant :

2 H2O+2 ADP+2 Pi+2 H+O2+4 H+(stroma)+2 ATP2\ \text{H}2\text{O}+2\ \text{ADP}+2\ \text{Pi}+2\ \text{H}^{+}\rightarrow\text{O}2+4\ \text{H}^{+}\text{(stroma)}+2\ \text{ATP}

La phase sombre

  • La phase sombre a lieu dans le stroma.
  • Au cours de cette phase, les produits de la phase claire sont utilisés pour former des sucres.
  • La phase sombre a été notamment expliquée par Calvin et Benson : elle se déroule en trois étapes qu’on nomme le cycle de Calvin :
  • La fixation du CO2\text{CO}_2 et la formation d’APG\text{APG} (phosphoglycérate)
  • L’utilisation des produits de la phase claire (ATP+H+\text{ATP} + \text{H}^{+}) pour la production de phosphoglycolate
  • La régénération de RuBP (soit le retour au point de départ)
  • Le phosphoglycolate est ensuite métabolisé pour former du glucose (C6H12O6\text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6). Il faut donc deux cycles de Calvin pour produire une molécule de glucose.
  • Ainsi, pour réaliser la photosynthèse, il y a donc eu :
  • oxydation de l’eau H2O\text{H}_2\text{O}
  • réduction du CO2\text{CO}_2
  • transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique
  • Bilan de la photosynthèse :

12H2O+6CO2+eˊnergie lumineuseC6H12O6+6O2+6H2O12\text{H}2\text{O} + 6\text{CO}{2} + \text{énergie lumineuse}\,\rightarrow\,\text{C}{6}\text{H}{12}\text{O}{6} + 6\text{O}{2} + 6\text{H}_{2}\text{O}

Le devenir des produits photosynthétiques

  • Le glucose produit par la photosynthèse est dans un premier temps stocké, avant d’être remobilisé pour différentes fonctions essentielles à la survie de la plante.
  • Chez la plante, la molécule qui permet de stocker le glucose est l’amidon, un polymère du sucre.
  • Cet amidon est stocké dans un premier temps au niveau de la feuille dans les chloroplastes.
  • Il peut être exporté dans d’autres organes de la plante par la sève élaborée qui circule dans le phloème.
  • Il existe un grand nombre d’organes de stockage (tige, racine, fruit, graine) et de nombreuses molécules de stockage (lipides, glucides complexes ou réducteurs, protéines).
  • Chez certaines espèces végétales, il existe des organes de stockage spécialisés (bulble, tubercule).
  • Le métabolisme du glucose permet de produire de l’énergie sous forme d’ATP\text{ATP} au niveau de la mitochondrie.
  • Cette énergie chimique permet à la plante de réaliser les réactions nécessaires : notamment la division cellulaire et donc sa croissance.
  • Le glucose produit par la plante lors de la photosynthèse est également transformé en cellulose, un autre des polymères de glucose que l’on retrouve dans la paroi des cellules (essentielle donc à la structuration de la plante).
  • Enfin, les plantes étant fixées et donc sensibles à la pression de prédation des herbivores, elles ont développé des mécanismes de défense.
  • Elles produisent des molécules toxiques qui peuvent rendre malade ou même tuer les prédateurs