La photosynthèse

A partir du graphique de Ciavatti (Fig. 2), des documents Fig.E1 et Fig.E2 ci-dessous et de vos connaissances, proposez une équation-bilan de la photosynthèse ainsi que le lieu et le déroulement de son fonctionnement.

Un peu d'Histoire des sciences :

Le chimiste anglais Joseph PRIESTLEY réalise l'expérience suivante entre 1771 et 1777 : Lorsqu'il allume une bougie dans un espace clos (cloche de verre), la bougie s'éteint après un certain temps. Lorsqu'une souris est introduite dans cet espace clos, elle décède rapidement. Lorsque que l'expérience est répétée avec une plante de menthe, PRIESTLEY constate que la plante ne meurt pas avant plusieurs semaines. A l'issue de cette période, lorsqu'une souris vivante est introduite dans l'espace clos, elle ne meurt pas et une bougie allumée ne s'éteint pas immédiatement.

Les résultats obtenus par PRIESTLEY ont été confirmés et précisés par les travaux du scientifique hollandais Jan INGENHOUSZ. Ce dernier répète les expériences de PRIESTLEY et démontre que ses conclusions ne se vérifient que si les parties vertes des plantes sont introduites sous la cloche et qu'elles sont illuminées par de la lumière solaire. Lorsque des branches sont introduites, la bougie s'éteint rapidement.

La photosynthèse chez les végétaux

Grâce à l'énergie lumineuse, les cellules chlorophylliennes produisent du dioxygène à partir de l'eau et des molécules organiques à partir de dioxyde de carbone. L'équation globale de la photosynthèse s'écrit donc :

6 CO2 + 6 H₂O ---------------> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

La photosynthèse se déroule, au sein du chloroplaste, en deux phases couplées mais distinctes :

• la phase photochimique, nécessitant de la lumière, se déroule dans la membrane des thylacoïdes ; grâce à la collecte de photons par les pigments photosynthétiques, une chaîne d'oxydoréduction permet :

• l'oxydation de l'eau en O₂ et protons.

• La production d'équivalents réducteurs NADPH₂.

• La synthèse d'ATP.

On parle de couplage photo-chimique. La phase photochimique est de nature biophysique et repose sur des mécanismes rapides (temps de réalisation inférieur à 10^-5 s). Elle n'est que peu influencée par la température.

• La phase chimique : elle se déroule dans le stroma ; elle permet l'incorporation du CO₂ dans des molécules organiques grâce à une enzyme clef : la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase) (RuBisCO), d'ATP et des composés réduits NADPH₂. Cette phase ne nécessite pas directement la présence de lumière mais elle utilise les produits formés lors de la phase photochimique : NADPH₂ et ATP produits autour de la phase photochimique. Pour cette raison, on dit que les deux phases de la photosynthèse sont couplées.

La phase chimique est de nature enzymatique. Elle repose sur des réactions nettement plus lentes (temps de réalisation inférieur à 10^-1 s) que dans le cas de la phase photochimique. Comme la majorité des réactions biochimiques, elle est fortement influencée par la température.

La photosynthèse chez d'autres organismes

Si la photosynthèse est bien connue chez les arbres, les plantes vertes, les algues et les cyanobactéries très répandues dans les océans, il a été récemment découvert que certains animaux sont doués de photosynthèse. L'exemple le mieux connu est celui de la limace de mer.

Elysia chlorotica, une limace de mer de la côte Atlantique des Etats-Unis, présente un métabolisme particulier. Elle se nourrit presqu'exclusivement de Vaucheria littorea, une algue verte filamenteuse. Après digestion partielle de l'algue, elle en garde les chloroplastes, qui restent fonctionnels. C'est un exemple d'endosymbiose tout à fait particulier. Ainsi, la limace de mer peut vivre, sans aucun autre apport de nourriture, pendant 11 mois. Ce métabolisme particulier est lié au fait que Elysia chlorotica incorpore certains gènes de Vaucheria litorea. Ainsi ce mollusque acquièrt la capacité de fabriquer sa propre matière organique, grâce à la photosynthèse.

La découverte de la photosynthèse

La capacité des organismes photosynthétiques à produire de l'oxygène a été mise en évidence pour la première fois par le chimiste anglais Joseph PRIESTLEY, un des découvreurs de l'oxygène. Pour arriver à cette conclusion, PRIESTLEY réalise l'expérience proposée en Fig.E2 entre 1771 et 1777. Nous savons maintenant que la bougie allumée a consommé l'oxygène de l'air présent sous la cloche et que donc les plantes sont capables de régénérer cet oxygène.