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LA PHOTOSYNTHÈSE

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Photosynthèse et notion d’autotrophie pour le carbone

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L’ensemble des êtres vivants est constitué de matière organique. Cette matière organique est elle-même constituée de carbone (C), d’hydrogène (H), d’oxygène (O) et d’azote (N), organisés en longues chaînes carbonées qu’on retrouve dans les lipides, les glucides, les protéines et les acides nucléiques.

Les êtres vivants doivent ainsi produire leur matière organique. Ils peuvent le faire en consommant de la matière organique (comme c’est le cas chez les animaux) d’autres animaux ou végétaux. Chez les végétaux en revanche, la matière organique est produite à partir de matière minérale.

 

I. La photosynthèse

 

 

On peut observer au microscope des cellules végétales, au sein desquelles on trouve de petits organites verts : des chloroplastes (schéma ci-dessus).

À condition que la plante ait été placée préalablement à la lumière, on observe dans le chloroplaste des taches brunes : ce sont des grains d’amidon, des petits amas de matière organique, produits par le végétal à la lumière. Ils peuvent être colorés, pour une identification facile au microscope optique, avec de l’iode.

Si la plante n’a pas été placée à la lumière, alors l’observation des chloroplastes montrera l’absence des grands d’amidon, les tâches brunes ne seront donc pas visibles.

Par conséquent, on peut conclure que les végétaux sont capables d’effectuer la photosynthèse afin de produire de l’amidon, soit de la matière organique.

La photosynthèse est une réaction d’oxydoréduction :

 

 

L’équation correspond à la production de matière organique, représentée ici avec le C6H1206, formule du glucose, qui est produit à partir de l’approvisionnement du végétal en CO2 et en eau (à gauche de l’équation). On peut observer cet approvisionnement par un enregistrement avec des sondes ExAO. Celles-ci révèlent également que la plante rejette du dioxygène, noté à droite de l’équation.

La photosynthèse consiste donc en une réduction du carbone, à l‘état oxydé dans le dioxyde de carbone (CO2), et à l’état réduit dans la molécule de carbone organique (C6H12O6). Cette réduction est couplée à une oxydation de molécules d’eau (H2O) qui se retrouvent oxydées dans le dioxygène à droite (O2). Cette photosynthèse est possible seulement en présence d’énergie lumineuse.

 

II. La notion d'autotrophie

 

Les végétaux sont donc capables de s’approvisionner en carbone minéral et de produire leur propre carbone réduit, leur carbone organique, ce dont les animaux sont incapables. On dit alors que les végétaux sont autotrophes par rapport au carbone.

Cette capacité d’autotrophie leur est donnée par leur équipement à l’intérieur des chloroplastes. Si on augmente l’agrandissement des thylakoïdes à l’intérieur des chloroplastes, représentées sur le schéma, on trouve des pigments photosynthétiques. En effectuant avec ces pigments une chromatographie, on observe la présence de chlorophylles mais aussi de xanthophylles et de carotènes. Ces pigments sont les molécules chimiques qui sont responsables de l’absorption de l’énergie lumineuse.

Si on représente graphiquement l’absorption par un végétal grâce à des pigments de l’énergie lumineuse en fonction de la longueur d’onde à laquelle est éclairée le végétal (courbe en bleu) et qu’on le compare à l’intensité de la photosynthèse (courbe en orange), on observe une superposition des deux courbes :

 

 

Les longueurs d’ondes le mieux absorbées par le végétal, autour de 450 et 750 nm de longueur d’onde, sont également les longueurs d’ondes pour lesquelles la photosynthèse est la plus efficace.

C’est donc grâce à ces différents pigments que le végétal capte l’énergie lumineuse. Cette captation d’énergie lumineuse correspond alors à une entrée d’énergie dans le monde vivant, en étant convertie en énergie lumineuse. Si ensuite le végétal est consommé, cette énergie sera convertie d’un élément à l’autre de la chaîne alimentaire et transformée en d’autres énergies chimiques.