6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O.

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Terminale S Spécialité.
THEME 1 : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution de
la vie
Chapitre 1 : Energie et cellule vivante
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La photo-autotrophie vis-à-vis du carbone (la photosynthèse).
Ces cellules chlorophylliennes possèdent un organite spécialisé : le chloroplaste.
Celui-ci permet l'incorporation du CO2 atmosphérique dans les réserves des cellules végétales, sous forme d'amidon le plus
souvent. Cette incorporation est rendue possible grâce à la chlorophylle qui capte l'énergie lumineuse pour la « transformer » en
énergie chimique.
L’équation globale de la photosynthèse :
6 CO2 + 12 H2O
I.
Energie
lumineuse
Chlorophylle
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O.
La feuille: milieu de synthèse de la matière organique.
Pour produire de la matière organique les végétaux ont besoin :

De lumière

De CO2

De pigments (chlorophylles)

D’eau

De sels minéraux
La température peut également être un facteur important, car les réactions chimiques de la photosynthèse sont rendues possibles
grâce à des enzymes qui agissent à des températures particulières.
Les végétaux sont des producteurs primaires, à la base de nombreuses chaînes alimentaires, qui réalisent la synthèse de leur
propre matière organique en utilisant le carbone minéral (CO2), l’eau et l’énergie lumineuse : ils sont photo-autotrophes pour le
carbone
Ils doivent donc posséder des structures spécialisées capables de fixer le CO2 et d’absorber l’énergie lumineuse.
1.
L’assimilation du carbone minéral par les végétaux
L’épiderme supérieur et inférieur des végétaux est recouvert d’une cuticule imperméable à l’eau et au CO2.
Les feuilles des végétaux supérieurs possèdent des structures spécialisées, les stomates constitués de 2 cellules stomatiques qui
forment un orifice : l’ostiole. Sous le stomate, se trouve une chambre sous stomatique qui avec les espaces du parenchyme
lacuneux forme l’atmosphère interne de la feuille.
Lors de leur ouverture, laissent pénétrer le CO2 à l’intérieur des cellules du parenchyme lacuneux et atteindre les chloroplastes,
des organites spécialisés dans la réduction photosynthétique du CO 2.
Remarques:


Le dioxygène et l’eau sous forme de vapeur sont évacués dans cette atmosphère interne puis à l’extérieur par
les stomates.
L’ouverture des stomates est variable en fonction des heures de la journée.
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2.
La collecte de la lumière par les végétaux
La feuille est une surface d’échange. Sa forme étalée est adaptée à la collecte de la lumière. A l’échelle cellulaire, les
chloroplastes sont concentrés au niveau du parenchyme palissadique localisé à la face supérieure de la feuille ce qui optimise la
photosynthèse.
Il est possible d’extraire, par chromatographie, les
différents pigments présents dans les chloroplastes
de la feuille.
Un pigment est une substance colorée qui absorbe
certaines longueurs d’ondes de la lumière et renvoie
toutes les autres (ce qui détermine la couleur du
végétal). En utilisant un spectromètre, on détermine le
spectre d’absorption des pigments verts
chlorophylliens qui absorbent la lumière pour des
longueurs d’ondes de 450-500 nm (bleu) et 650-700
nm (rouge).
Comme le spectre d’absorption des pigments
correspond au spectre d’action de la photosynthèse
mis en évidence par l’expérience d’Engelmann, on peut
dire que c’est l’absorption de certaines longueurs
d’ondes par les pigments qui permet la photosynthèse.
On parle alors de pigments photosynthétiques.
Remarque : La diversité des pigments permet à la
plante d’absorber de nombreuses longueurs d’ondes
différentes :



les chlorophylles (a et b) : vertes
les caroténoïdes (carotène, lycopène,
xanthophylle) : rouges, orangés et jaunes
les flavonoïdes (flavones et anthocyanes) :
jaunes à orangées et violettes à bleues
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II.
La photosynthèse : des processus complexes
Le processus de la photosynthèse est constitué de deux phases complémentaires et simultanées, mais aux caractéristiques
différentes :


une phase qui dépend de l’intensité lumineuse et qui ne dépend pas de la température : la phase photochimique
une phase qui dépend de la température et de la concentration en CO 2 : la phase non photochimique
1.
La phase photochimique
Les travaux de Hill ont montré que la phase photochimique, qui se déroule dans les thylakoïdes chloroplastiques, est une
production d’O2 actionnée par la lumière en présence d’eau, d’un accepteur d’électron (réactif de Hill), mais en l’absence de CO 2.
En effet, c’est l’énergie transmise par les photons aux pigments des photosystèmes (complexe protéines-pigments
photosynthétiques de la membrane des thylakoïdes) qui va déclencher l’oxydation de l’eau.
Photolyse de l’eau :
H2O → 2 H+ + 2 e- + ½ O2
Les protons (H+) provenant de
l’oxydation de l’eau contribuent
également à produire de l’ATP
(adénosine triphosphate) à partir
d’ADP et de phosphate inorganique,
au cours d’une :
Réaction de phosphorylation
R+ + 2 H+ + 2 e- → RH2
ADP + Pi →
ATP
Les électrons provenant de cette
oxydation sont ensuite transmis à un
accepteur final R+ par
l’intermédiaire d’un complexe de
protéines (enzymes) situées dans la
membrane des thylakoïdes : la
chaîne photosynthétique. A l’issue
de cette chaîne d’oxydoréduction, R+
est réduit en un composé
intermédiaire RH2, un coenzyme
réduit, indispensable aux autres
réactions de la photosynthèse
L’ATP est une molécule essentielle dans les transferts
d’énergie indispensables aux réactions métaboliques.
BILAN :
La phase photochimique est donc un ensemble de réactions d’oxydoréduction couplées à une
réaction de phosphorylation.
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H+
ADP + Pi
Stroma
ATP
2H2O
O2
4H+
Chlorophylle
H+
2R+
Thylakoïde
2RH2
H+
H+
H+
H+
H+
Espace
intrathylakoïdale
2. L’assimilation du CO2 au cours de la phase non photochimique.
Il est ici nécessaire, de distinguer, dans le processus de photosynthèse, les mécanismes énergétiques qui résultent de la
conversion de la lumière en énergie disponible (production d'ATP) au cours desquels la cellule chlorophyllienne acquiert des
propriétés réductrices et les mécanismes synthétiques au cours desquels la matière minérale (dioxyde de carbone) est réduite
pour aboutir à la synthèse de molécules organiques.
Cette étape se déroule dans le stroma des chloroplastes.
a.
Formation d'acide phosphoglycérique à partir du ribulose-biphosphate (ou C5P2) qui fixe une molécule de CO2 pour
donner 2 molécules d'acide phosphoglycérique (APG) à 3 atomes de C.
b.
Formation de triose-phosphate (ou C3P) à partir de l'acide phosphoglycérique qui entre dans un cycle de réactions
complexes (cycle de CALVIN) au cours desquelles il est réduit par l'oxydation du transporteur d'électrons (RH2);
l'hydrolyse de l'ATP fournit l'énergie indispensable à cette synthèse qui n'exige pas la présence de lumière:
ATP
c.
ADP + Pi +
énergie
Synthèse de nombreuses molécules organiques à partir du triose-phosphate, comme:




des glucides à 5 atomes de C (par exemple ribulose-biphosphate régénéré au cours du cycle de
CALVIN),
des glucides à 6 atomes de C comme le glucose, précurseurs de molécules essentielles comme le
saccharose ou l'amidon,
des lipides,
des acides aminés, des protides, des acides nucléiques.
L'ensemble de ces réactions (endergoniques) ou anabolisme consomme de l'énergie qui est fournie par l'ATP.
Équation bilan :
6 CO2 + 12 H2O
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Glucose
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BILAN:
La photosynthèse résulte donc de 2 processus complémentaires et simultanés :
les réactions chimiques de la phase photochimique dans les thylakoïdes
les réactions chimiques de la phase non photochimique dans le stroma


ADP + Pi
Stroma
ATP
2H2O
O2
4H+
Chlorophylle
H+
2R+
Thylakoïde
2RH2
Espace
intrathylakoïdale
H+
H+
+
H
H+
H+
Fixation du CO2
CO2
Phosphoglycérate
Ribulose bi
Phosphate
ATP
ADP + Pi
2RH2
Triose Phosphate
ATP
GLUCIDES
ADP + Pi
Triose Phosphate
2R+
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