Photosynthèse

La photosynthèse

Introduction

La photosynthèse est le processus par lequel les organismes autotrophes au carbone (plantes, algues, cyanobactéries) synthétisent de la matière organique à partir de CO₂ et d'eau, en utilisant l'énergie lumineuse. Elle est à la base de la quasi-totalité des chaînes alimentaires et produit l'oxygène atmosphérique.

I. L'équation bilan

$6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{lumière, chlorophylle}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$

II. La cellule chlorophyllienne et le chloroplaste

• Cellules des tissus chlorophylliens (parenchyme palissadique des feuilles).
• Le chloroplaste possède :
  • Deux membranes (enveloppe).
  • Un stroma (gel enzymatique).
  • Des thylakoïdes empilés en granums.
  • De l'ADN circulaire et des ribosomes (origine endosymbiotique, théorie de Margulis).

Les pigments (chlorophylles a et b, caroténoïdes) absorbent la lumière surtout dans le bleu et le rouge (spectre d'absorption complémentaire au spectre d'action photosynthétique).

III. La phase photochimique (thylakoïde)

Nécessite la lumière. Se déroule dans la membrane des thylakoïdes.

1. Les photosystèmes II et I (PS II, PS I) absorbent l'énergie lumineuse.
2. La chlorophylle excitée cède un électron → chaîne photosynthétique.
3. Photolyse de l'eau au niveau du PS II : $2\,H_2O \rightarrow 4\,H^+ + 4\,e^- + O_2$.
4. Production de pouvoir réducteur : NADPH,H⁺.
5. Production d'énergie chimique : ATP (photophosphorylation).

IV. La phase chimique : cycle de Calvin (stroma)

Indépendante de la lumière (mais nécessite ATP et NADPH).

1. Fixation du CO₂ sur un sucre en C5 (RuBP) par l'enzyme RuBisCO → deux molécules en C3.
2. Réduction par le NADPH,H⁺ et l'ATP → trioses phosphates.
3. Régénération du RuBP.
4. Production nette de glucose, amidon, saccharose, acides aminés.

La RuBisCO est l'enzyme la plus abondante de la biosphère.

V. Facteurs influençant la photosynthèse

• Lumière : facteur limitant à faible éclairement, saturation au-delà.
• CO₂ : facteur limitant en conditions normales (~420 ppm).
• Température : optimum 20-30 °C.
• Disponibilité en eau et nutriments (N, P, K, Mg).

VI. Bilan et importance écologique

• Production primaire mondiale : ~100 Gt de carbone fixé par an.
• Source d'O₂ atmosphérique (~21 %).
• Stockage de carbone → atténuation du changement climatique.
• Origine des combustibles fossiles (matière organique enfouie et transformée).

VII. Comparaison avec la respiration

	Photosynthèse	Respiration
Lieu	Chloroplaste	Mitochondrie
Bilan	CO₂ + H₂O → MO + O₂	MO + O₂ → CO₂ + H₂O
Énergie	Capte la lumière	Libère ATP
Quand	Jour	Jour et nuit

Définitions

• Autotrophe : produit sa matière organique à partir de matière minérale.
• Photosystème : complexe pigments-protéines absorbant la lumière.
• NADPH : transporteur d'électrons réducteur.
• RuBisCO : enzyme qui fixe le CO₂.

À retenir

La photosynthèse convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique via deux phases couplées : photochimique (lumière → ATP + NADPH + O₂) et chimique (CO₂ → sucres). Elle constitue le moteur biologique de la planète.