PHOTOSYNTHÈSE

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.

Chloroplastes et photosynthèse

Comment les végétaux chlorophylliens utilisent la lumière pour assimiler le gaz carbonique et produire des glucides, tout en libérant de l'oxygène.La photosynthèse est le processus par lequel les végétaux chlorophylliens utilisent la lumière, l'eau et le dioxyde de carbone pour obtenir... 

Crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

Afficher

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. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

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 xx^e 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 [...]

1  2  3  4  5 …
pour nos abonnés,
l’article se compose de 16 pages

Médias de l’article

Chloroplastes et photosynthèse
Crédits : Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.

vidéo

Réactions photochimiques et sombres
Crédits : Encyclopædia Universalis France

tableau

Algue verte : spectres d'absorption et d'action
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Ensemble des fonctions élémentaires
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 14 médias de l'article