Photosynthèse/Introduction
La photosynthèse est le processus bioénergétique qui permet aux plantes de synthétiser leur matière organique en exploitant l’énergie solaire. C'est la fabrication de matière carbonée organique à partir d'eau et de carbone minéral (CO2) en présence de lumière. Les besoins nutritifs de la plante sont le dioxyde de carbone de l'air, l'eau et les minéraux du sol. Les végétaux chlorophylliens sont dits autotrophes pour le carbone. Une conséquence importante est la libération de molécules de dioxygène.
La nuit, la photosynthèse est suspendue, mais la plante respire de manière continue le jour et la nuit. Sur 24 h, la production de dioxyde de carbone issue de la respiration est moins importante que celle en dioxygène issue de la photosynthèse, durant la journée. C'est ainsi que l’on peut dire que la plante produit du dioxygène. C'est normal, car tel est le bilan durant toute sa croissance, produisant sa propre substance en rejetant de l'oxygène. La photosynthèse peut se faire dans les plantes, les algues et les bactéries (chez les cyanobactéries), et certains protistes.
La photosynthèse utilise donc l'énergie lumineuse (d'origine solaire ou artificielle), pour fabriquer du sucre (glucose). Ce processus est représenté par l'équation suivante :
On rencontre également souvent, cette équation sous la forme d'un simple bilan de matière, ce qui masque le fait que les atomes du dioxygène produit ne proviennent que de l'eau :
L'ensemble des phases de la photosynthèse se situe dans un organite spécifique : le chloroplaste. Cet organite présente de très riches structures membranaires dans lesquelles se trouvent plusieurs types de protéines. Parmi celles-ci, les antennes fixent une grande quantité de pigments dont les plus connus sont les chlorophylles. Ces antennes augmentent la section efficace de capture de l'énergie lumineuse et permettent d'alimenter le flux d'énergie transitant jusqu'à d'autres protéines membranaires : les centres réactionnels qui transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique. L'ensemble des antennes collectrices et des centres réactionnels est appelé « photosystème ». Les photosystèmes interviennent dans la première phase de la photosynthèse en capturant les premiers électrons initiant la réaction photochimique. Les pigments (par exemple : chlorophylle a, b et caroténoïdes) contenus dans les antennes présentent différents spectres d'absorption.
Si la photosynthèse peut s'étudier de manière globale avec :
Ce processus se déroule en réalité en deux phases bien distinctes :
- 1) Les réactions photochimiques, appelées communément « phase claire », qui peuvent se résumer ainsi :
- 2) Le cycle de Calvin, appelé aussi phase de fixation du carbone, ou phase non-photochimique , ou encore improprement appelé « phase sombre » :
ce qui est noté « énergie chimique » correspond à 12 molécules de NADPH + H+ et de l'ATP. On aura remarqué que la 2e phase utilise l'énergie chimique fournie par la 1re phase photochimique. La 2e phase dépend aussi de la lumière, mais indirectement. C'est pourquoi l’expression « phase sombre » souvent utilisée dans le passé, est en fait inappropriée.
