Photosynthèse E-Book

Encyclopaedia Universalis

• Herausgeber: Encyclopaedia Universalis
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Französisch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 52

Beschreibung

Le terme «photosynthèse» signifie littéralement: synthèse réalisée à l'aide de l'énergie lumineuse. Bien que, en ce sens, différentes réactions synthétiques puissent avoir lieu indépendamment des êtres vivants, il est d'usage de ne désigner par ce mot que la capacité des végétaux chlorophylliens ...

Leseprobe

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ISBN : 9782341004473

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Photosynthèse

Introduction

Le terme « photosynthèse » signifie littéralement : synthèse réalisée à l’aide de l’énergie lumineuse. Bien que, en ce sens, différentes réactions synthétiques puissent avoir lieu indépendamment des êtres vivants, il est d’usage de ne désigner par ce mot que la capacité des végétaux chlorophylliens à assimiler le dioxyde de carbone ou gaz carbonique, à la lumière, avec formation de substances organiques. On l’appelait autrefois assimilation chlorophyllienne.

Plus précisément, la photosynthèse comprend l’utilisation de l’énergie lumineuse pour la réduction du dioxyde de carbone par l’eau, donneur d’hydrogène (ou d’électrons + protons), avec synthèse de glucides et libération d’oxygène. Cette réaction est réalisée dans des organites intracellulaires spécialisés, les chloroplastes, porteurs de pigments photorécepteurs, tels que les chlorophylles, les caroténoïdes.

La réduction du dioxyde de carbone par l’eau (ou, chez les bactéries chlorophylliennes, par d’autres substances telles que l’acide sulfhydrique, l’hydrogène ou bien un composé organique, un acétate par exemple) nécessite un apport d’énergie assez élevé. L’originalité du mécanisme est d’utiliser des photons et de les convertir en énergie chimique qui se retrouve dans l’énergie de liaison des atomes de carbone et d’hydrogène dans les glucides formés. Huit photons au moins sont nécessaires pour permettre la réduction d’une molécule de dioxyde de carbone par l’eau.

Deux types de réactions participent à cette réduction. Les unes, purement photochimiques, se déroulent entre les photons absorbés et les molécules de pigments. Les autres, réactions sombres, concernent la biochimie du carbone ; elles se présentent schématiquement comme l’inverse du mécanisme respiratoire consommateur de glucides et d’oxygène avec formation de dioxyde de carbone et d’eau. La liaison entre ces deux types de réactions est réalisée par des transporteurs d’électrons (+ protons) appartenant aux nucléotides-phosphates, et par l’adénosine-triphosphate, ou ATP, que l’on retrouve dans toutes les réactions bioénergétiques (cf. tableau).

Réactions photochimiques et sombres. Tableau des réactions photochimiques et des réactions sombres de la photosynthèse.

1. Les étapes de la découverte

Le dégagement d’oxygène par les plantes vertes fut découvert par le pasteur physicien et philosophe anglais Joseph Priestley (1733-1804) en 1772, quelques années avant que Lavoisier ne démontre que le dioxyde de carbone libéré par la respiration animale, ou par la combustion d’une chandelle, est formé de carbone et d’oxygène. En 1779, le Hollandais Jan Ingen-Housz (1730-1799) découvre que ce dégagement n’a lieu qu’à la lumière ; Jean Senebier (1742-1809) à Genève, en 1782, prouve la nécessité du dioxyde de carbone et, en 1804, Nicolas Théodore de Saussure (1767-1845), de Genève également, démontre que l’eau participe à la réaction.

En 1845, trois années après avoir énoncé le principe de la conservation de l’énergie, le médecin et physicien allemand Julius Robert von Mayer (1814-1878) discerne l’aspect fondamental du phénomène : « Les plantes prennent une force, la lumière, et engendrent une force, l’énergie chimique. »

Vingt ans après, l’accumulation d’amidon dans des feuilles éclairées est découverte, puis, à partir de 1880, les premiers spectres de lumière active sont tracés par le biologiste et physiologiste russe Kliment Arkadievitch Timiriazev (1843-1920) et le botaniste et physiologiste allemand Theodor Wilhelm Engelmann (1843-1909) reconnaît la photosynthèse des algues rouges et la photoréduction du gaz carbonique réalisée par quelques bactéries.

Au début du XXe siècle, on introduit la distinction entre réactions photochimiques, résultant de l’absorption de la lumière par les pigments, et réactions sombres, catalysées par des enzymes. À la même époque, on reconnaît le caractère quantique des phénomènes photochimiques ; la loi d’Einstein stipule que toute transformation photochimique élémentaire exige l’absorption d’un quantum de lumière (photon) par une des molécules prenant part à cette transformation. Pour être efficace photochimiquement, la lumière doit être absorbée. La photosynthèse n’échappe pas à cette loi : son spectre d’action est à très peu près identique au spectre d’absorption des pigments photosynthétiques (essentiellement les chlorophylles) [fig. 1]. Les radiations photosynthétiquement actives sont comprises entre 400 et 700 nm pour les végétaux verts, elles s’étendent jusqu’à 890 nm pour les bactéries photosynthétiques.

Algue verte : spectres d'absorption et d'action. Spectre d'absorption et spectre d'action d'une algue verte. Le spectre d'action représente l'intensité de la photosynthèse en fonction des différentes radiations absorbées, en nombre de quanta constant. Les graphiques sont établis de telle sorte que leurs maximums coïncident.

Contrairement aux réactions photochimiques, les réactions sombres (ou encore thermiques) sont accélérées par une élévation de température. Celles de la photosynthèse présentent beaucoup d’analogie avec celles du métabolisme général et de la respiration en particulier. Les réactions sombres se déroulent spontanément, avec libération d’énergie libre (sens exergonique). L’originalité de la photosynthèse est de les coupler aux réactions photochimiques, transformant l’énergie des photons en énergie chimiquement utilisable, pour réaliser un processus par lui-même globalement endergonique :

La réduction d’une molécule de dioxyde de carbone et simultanément l’oxydation de deux molécules d’eau donnent lieu à la formation d’un chaînon glucidique (CHOH) et à la libération d’une molécule d’oxygène. Ce processus nécessite au minimum l’utilisation de 8 einsteins (ou moles de photons), soit l’équivalent de 1380 kJ/mole. Le rendement de la photosynthèse est donc au mieux de 30 p. 100 environ.