La Photosynthèse: Processus et Étapes

• La photosynthèse est un processus biochimique par lequel les plantes, les algues et certaines bactéries convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique.
• Ce processus utilise la lumière du soleil, l'eau et le dioxyde de carbone pour produire du glucose (un sucre) et de l'oxygène.

Équation générale de la photosynthèse

• 6CO2 + 6H2O + Énergie lumineuse → C6H12O6 + 6O2
  • Six molécules de dioxyde de carbone réagissent avec six molécules d'eau en présence d'énergie lumineuse pour produire une molécule de glucose et six molécules d'oxygène.

Les deux principales étapes de la photosynthèse

• Phase lumineuse (réactions dépendantes de la lumière)
  • Se déroule dans les thylakoïdes des chloroplastes.
  • L'énergie lumineuse est captée par la chlorophylle et d'autres pigments.
  • L'eau est décomposée par photolyse pour libérer de l'oxygène, des protons (H+) et des électrons.
  • L'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique sous forme d'ATP (adénosine triphosphate) et de NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate réduit).
• Phase sombre (cycle de Calvin, réactions indépendantes de la lumière)
  • Se déroule dans le stroma des chloroplastes.
  • Le CO2 de l'atmosphère est fixé et transformé en glucose en utilisant l'ATP et le NADPH produits pendant la phase lumineuse.
  • Ce cycle comprend une série de réactions enzymatiques qui réduisent le dioxyde de carbone pour former des glucides.

Facteurs influençant la photosynthèse

• Intensité lumineuse
  • Augmentation de l'intensité lumineuse augmente le taux de photosynthèse jusqu'à un certain point (point de saturation).
  • Une intensité lumineuse excessive peut endommager les pigments photosynthétiques et réduire le taux de photosynthèse.
• Concentration de dioxyde de carbone (CO2)
  • Augmentation de la concentration de CO2 augmente le taux de photosynthèse jusqu'à un certain point de saturation.
  • Une concentration insuffisante de CO2 limite la photosynthèse.
• Température
  • Le taux de photosynthèse augmente généralement avec la température jusqu'à un optimum, au-delà duquel les enzymes impliquées dans le processus peuvent être dénaturées, réduisant ainsi le taux de photosynthèse.
  • Les températures extrêmement basses peuvent également ralentir ou inhiber la photosynthèse.
• Disponibilité de l'eau
  • Le manque d'eau peut entraîner la fermeture des stomates (petites ouvertures dans les feuilles) pour réduire la transpiration, ce qui limite l'entrée de CO2 et réduit le taux de photosynthèse.
  • Le stress hydrique peut aussi affecter directement les processus métaboliques dans les chloroplastes.
• Nutriments minéraux
  • Le magnésium (Mg) est un composant essentiel de la chlorophylle.
  • L'azote (N) est nécessaire à la synthèse des protéines et des enzymes impliquées dans la photosynthèse.
  • Le phosphore (P) est important pour la formation d'ATP et de NADPH.
  • Une carence en ces nutriments peut limiter le taux de photosynthèse.
• Pigments photosynthétiques
  • La chlorophylle est le principal pigment qui absorbe la lumière, mais d'autres pigments comme les caroténoïdes et les phycobilines peuvent aussi capter la lumière et transférer cette énergie à la chlorophylle.
  • La quantité et le type de pigments présents influencent la quantité de lumière que la plante peut absorber.
• Âge de la feuille
  • Les jeunes feuilles en développement ont souvent un taux de photosynthèse plus faible que les feuilles matures.
  • Les feuilles plus âgées peuvent voir leur taux de photosynthèse diminuer en raison de la dégradation des pigments et des enzymes.
• Accumulation de produits de la photosynthèse
  • L'accumulation de glucose peut entraîner une rétro-inhibition de la photosynthèse, où l'excès de glucose inhibe les enzymes impliquées dans le processus.

Adaptation des plantes à différents environnements

• Plantes C4 et CAM
  • Ces plantes ont des adaptations spéciales pour maximiser la photosynthèse dans des environnements chauds et secs.
  • Les plantes C4 fixent initialement le CO2 dans des cellules du mésophylle en utilisant une enzyme appelée PEP carboxylase, qui a une plus grande affinité pour le CO2 que l'enzyme Rubisco utilisée dans le cycle de Calvin des plantes C3.
  • Les plantes CAM (Crassulacean Acid Metabolism) ouvrent leurs stomates la nuit pour fixer le CO2 et le stockent sous forme d'acide. Pendant la journée, les stomates sont fermés pour réduire la perte d'eau, et l'acide est décomposé pour libérer le CO2 pour le cycle de Calvin.
• Plantes d'ombre et de soleil
  • Les plantes d'ombre ont des adaptations pour capter la lumière à faible intensité, comme des feuilles plus larges et plus de chlorophylle par unité de surface.
  • Les plantes de soleil ont des adaptations pour tolérer une forte intensité lumineuse, comme des feuilles plus épaisses et des mécanismes de protection contre le photo-endommagement.

Importance de la photosynthèse

• Production d'oxygène
  • La photosynthèse est la principale source d'oxygène dans l'atmosphère terrestre, indispensable à la respiration de la plupart des organismes vivants.
• Production de nourriture
  • La photosynthèse est la base de la chaîne alimentaire, car elle produit des glucides qui servent de nourriture pour les plantes et, indirectement, pour tous les autres organismes qui se nourrissent de plantes.
• Régulation du CO2 atmosphérique
  • La photosynthèse absorbe le CO2 de l'atmosphère, contribuant ainsi à réguler le climat terrestre et à atténuer l'effet de serre.
• Production de biomasse
  • La photosynthèse produit de la biomasse (matière organique) qui peut être utilisée comme source d'énergie renouvelable, comme le bois et les biocarburants.