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LA PHOTOSYNTHÈSE

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Les produits de la photosynthèse

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cerisier-photosinthese

Voici un cerisier en fleurs au printemps. Ses racines permettent son ancrage et l’absorption de la solution du sol : l’eau et les sels minéraux (nitrate, phosphate, potassium). Son tronc est ligneux, rigide, il s’épaissit chaque année et participe à son port érigé, mais aussi à sa croissance. Ses branches se ramifient au printemps et sont une illustration de cette croissance indéfinie permise chez les arbres. Ses fleurs sont odorantes et attirent les insectes pollinisateurs. Ses feuilles sont petites, vertes, riches en chlorophylle, qui convertit l’énergie solaire en matière organique.

Les produits de la photosynthèse permettent d’assurer certaines fonctions biologiques chez l’arbre.

 

I. La croissance et le port de la plante

 

polymere-glucose

À l’échelle de la cellule, on constate que les cellules sont entourées d’une matrice extracellulaire particulière, la paroi, très riche en cellulose. La cellulose est un polymère de glucose en ß1-4. On constate sur cette modélisation que plusieurs molécules de glucose sont associées entre-elles par des liaisons ß1-4 ce qui induit une structure un peu cristalline, par la mise en place de liaisons hydrogène au sein d’une chaîne ce qui rigidifie la structure. Mais, entre les chaînes, il y a aussi des liaisons hydrogène qui induisent que cette cellulose forme des microfibrilles très rigides à l’étirement. Ainsi, la cellulose est un des produits de la photosynthèse, qui participe à la structure rigide (résistance à l’étirement) de cet arbre, à l’échelle de la cellule et ensuite à l’échelle du tronc et des rameaux.

 

produit-photo

La lignine participe également à la croissance et au port de la plante. Sur cette photo d’une coupe transversale de tige de céleri, on constate des structures roses riches en cellulose et des structures vertes, des tissus verts, riches en lignine. Cette lignine est une molécule assez complexe : c’est un polymère de monolignol qui a la particularité chimique de s’incruster au sein des parois secondaires, (particulièrement au niveau des vaisseaux de Xylème secondaires) et elle rend cette paroi très rigide et imperméable.

On a montré que la lignine est apparue au Dévonien il y a 410 à 380 Ma, on l’a découverte dans la flore de Rhynie, très ancienne, qu’on associe à la « sortie des eaux » des végétaux. La lignine a permis la rigidification des tissus et ainsi un port érigé des plantes que l’on trouve en milieu terreste aérien.

 

II. Le stockage de la matière organique

 

Dans une cellule végétale, le chloroplaste est pourvu de chlorophylle qui va permettre, par le biais de la photosynthèse, de convertir l’énergie solaire en biomasse par la réduction du CO2 en triose-phosphate au sein du cycle de Calvin et Benson. Ce triose-phosphate peut, soit être stocké dans les chloroplastes sous forme d’amidon (polymère de glucose en α1-4 visible), soit exporté et intégré en d’autres oses, typiquement le saccharose (dioside associant un glucose et un fructose), sucre non réducteur qui circule donc très facilement dans la sève élaborée.

 

produit-cellule2bis

 

La photosynthèse ne se limite pas seulement à la synthèse de glucides (1er schéma), elle permet aussi la synthèse d’acides aminés (2e schéma). Sur ce schéma, l’azote, provenant du nitrate capté par les racines, est intégré dans la cellule, il passe le chloroplaste, est réduit, puis grâce à un système complexe d’enzymes (glutamine synthétase et GOGAT), il donne les premiers acides aminés que sont la glutamine et le glutamate. Ces acides aminés seront exportés du chloroplaste vers le cytosol où ils pourront ensuite être transformés par une transamination en d’autres acides aminés.

Ainsi des acides aminés, des glucides sont produits. Ces glucides peuvent aussi donner des lipides. Et enfin, ces acides aminés sont les monomères des protéines.

En terme de stockage de la matière organique, les acides nucléiques (faits de bases azotées, de sucres et groupements phosphate) sont aussi produits par le biais de la photosynthèse (1er schéma) : la cellule végétale est totalement autonome dans sa synthèse de matière organique.

 

III. Les interactions mutualistes (anthocyanes) et compétitives (tanins)

 

produit-fleur

- Interactions mutualistes : observons cette photo d’un papillon faux-colibri en train de butiner une fleur rose. Cette couleur rose (perçue en noir par les insectes) est due à un pigment fabriqué par la plante : les anthocyanes. Cette couleur a pour rôle d’attirer les insectes pollinisateurs qui vont se charger de pollen et aller sur une autre plante et ainsi favoriser la fécondation croisée. Les anthocyanes se retrouvent aussi au niveau des fruits, comme les cerises, dont la couleur rouge va attirer des animaux qui mangeront les fruits et participeront à la dispersion de l’espèce par le biais de leurs excréments. Les anthocyanes sont donc un exemple de molécule issue de la photosynthèse participant aux interactions mutualistes avec d’autres espèces.

- Interactions compétitives : on peut penser aux tanins, qu’on trouve dans les raisins et notamment dans les vins jeunes. Ces tanins vont créer des pontages au niveau des glycoprotéines de notre salive ce qui va entraîner une sensation d’astringence. Les tanins sont un exemple de molécule organique issue de la photosynthèse intervenant dans les interactions compétitives avec d’autres espèces.

 

Conclusion

 

Cet arbre est complètement autonome : on parle d’autotrophie vis-à-vis du carbone. Il est capable de réduire ce carbone minéral en carbone organique ; mais aussi d’autotrophie vis-à-vis de l’azote : il est capable de réduire l’azote minéral en azote organique. Ce carbone et cet azote sont intégrés dans beaucoup de produits qui vont permettre à l’arbre la réalisation de nombreuses fonctions biologiques.