La Photosynthèse

Biologie : La photosynthèse

Les autotrophes fabriquent leurs glucides et leurs molécules énergétiques pour alimenter leurs voies de synthèse.

I. Importance de la photosynthèse dans le monde

La photosynthèse est vraisemblablement le phénomène le plus important de tout ce qui se déroule dans la biosphère.

Elle assure l’équilibre entre le taux de CO2 et le taux d’oxygène de l’atmosphère.

Elle permet l’alimentation de tous les hétérotrophes en leur fournissant du carbone organisé porteur d’énergie.

A l’échelle des temps géologiques, la photosynthèse a permis la constitution de masse considérable de matière organique. Une partie de cette production a été naturellement stockée, forme de houille, lignite, pétrole. Ces réserves constituent une mise en réserve d’une partie de l’énergie solaire sous forme d’énergie chimique.

La photosynthèse a contribué à l’apparition des autres formes de vies sur la terre, en favorisant ce dégagement d’oxygène et en appauvrissant l’atmosphère en CO2.

On considère qu’actuellement les végétaux terrestres fixent 20 millions de tonnes de carbone par an et que les végétaux marins en fixe 130 millions de tonnes. Ces 150 millions de terre de carbone sont engagés dans 300 millions de terre de matière organique.

II. Caractères généraux

La théorie d’Aristote (qui a dominé jusqu’à la fin du 19ème siècle) selon laquelle les plantes reçoivent du sol une nourriture tout élaborée.

En 1660, Van Helmont remarque qu’un saule en pot arrosé pendant 5 ans à l’eau de pluie avait gagné 164 livres alors que la terre du pot en a perdu que 2. Il attribue cette différence à l’effet de l’eau.

En 1772, Priestley constate qu’une plante verte placée sous cloche à la lumière retarde l’extinction d’une chandelle, elle régénère donc l’air consommé par la combustion d’une bougie.

Quelques années plus tard, un médecin hollandais Ingen Housz découvre que les plantes produisent l’oxygène uniquement à la lumière et que seules les plantes vertes sont responsables de cette production de cette production.

Au début du 19ème siècle, De Saussure étudie les relations qui existent entre les quantités de CO2 assimilé et les quantités de matières organiques et d’oxygène produites. Il aboutit à la conclusion que l’assimilation du CO2 s’accompagne d’une consommation d’eau.

En 1840, Berthelot considère les quantités de CO2 absorbé et d’oxygène dégagé. Il établit le rapport CO2/O2=1

En 1864, Sachs montre que les chloroplastes à la lumière synthétise de l’amidon, il donne alors l’équation globale de la photosynthèse : CO2+H2O GLUCIDES+O2.

En 1870, Engelman montre que les longueurs d’ondes absorbées par la chlorophylle, c’est un nom qui a été donné à une substance verte que l’on extrait des plantes.

Dans la 2ème moitié du 19ème siècle, les chercheurs tentent d’identifier la première molécule à laquelle s’incorpore le CO2 absorber. Il faudra attendre la 2ème moitié du 20èm e siècle pour que soit comprise l’assimilation du CO2.

III. Caractéristique de la photosynthèse

a. Echanges gazeux

Il est très facile de mettre en évidence les échanges gazeux impliqués dans la photosynthèse. On peut par exemple utiliser des végétaux aquatiques.

b. Produits formés

Les végétaux ne disposent pas d’autres sources de carbone hors le CO2 de l’air. Celui-ci est assimilé ? Le résultat de cette assimilation est un glucide, généralement l’amidon. Une feuille verte de Pélargonium exposé à la lumière puis traité à l’eau iodé (spécifique de l’amidon) bleui en toutes ces parties éclairées. L’amidon est le glucide le plus fréquemment élaboré au terme de la photosynthèse. Toute fois de nombreux végétaux produisent du saccharose, plus rarement du fructose ou du glucose. L’amidon est stocké puis hydrolyser ultérieurement. Le saccharose, le glucose et le fructose sont solubles et quittent rapidement les feuilles.

La photosynthèse est une conversion du CO2 en glucides, elle s’effectue par étape avec la formation de produits intermédiaires comme le NADPH et l’ATP. Le NADPH peut servir à la réduction du nitrate, à l’ami nation réductrice qui permet l’élaboration des acides aminés ou à la biosynthèse des lipides. La production d’ATP au cours de la photosynthèse est appelée phosphorylation. La photosynthèse n’est pas seulement une production de glucides, c’est aussi une synthèse de NADPH et ATP, La photosynthèse produit du NADPH.

c. Grandeur photosynthétique, méthode de mesure.

On peut exprimer l’intensité de la photosynthèse de diverse manière ? Par exemple en cm cube d’oxygène dégagé par heure et par cm carré de feuille. On peut l’exprimer par ml de CO2 absorbé par heure par cm carré de feuilles (en mg de CO2). En générale pour 1g de MS, 10 à 20ml de CO21 sont assimilés par heure. 1g de MS, 450 à 500mg de carbone.

L’air pur contient 0,03% de CO2 soit 0,16mg de carbone par litre d’air. Pour synthétiser 1g de MS, un végétal extrait le CO2 de 300 litres d’air.

METHODES DE MESURE POUR ESTIMER LA QUANTITE DE GEZ ECHANGE :

• CO2 : analyseur infrarouge

• O2 : analyseur paramagnétique, on peut utiliser un appareil de Warburg, un oxygraphe (électrode à oxygène) mais aussi des éléments radioactifs 14C ou 18O. Il faut tenir compte de certaines corrections, en effet la photosynthèse se déroule en même temps que la respiration. Ces deux processus sont l’inverse l’une de l’autre. La photosynthèse nette est le bilan de la quantité de CO2 absorbé + la quantité de CO2 dégagé (intensité respiratoire).

• Chez les plantes à la lumière, l’intensité de la photosynthèse l’emporte généralement sur les échanges respiratoires. La correction est donc négligeable. A l’obscurité les échanges respiratoires sont supérieurs à ceux de la photosynthèse. Il existe une valeur de l’intensité lumineuse pour laquelle les 2 phénomènes s’équilibrent. La quantité de CO2 dégagé par la respiration est égale à la quantité de CO2 absorbé par la photosynthèse, c’est le point

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