Photosynnthèse : Définition, équation et mécanisme

La photosynthèse est un ensemble de réactions chimiques par lequel les végétaux (algue, plantes) et certaines bactéries convertissent de l'énergie de la lumière en énergie chimique nécessaire pour leur survie.

La photosynthèse est un processus de réactions photochimiques et chimiques qui résultent de la production de l’énergie lumineuse et de glucose à partir de l’absorption des photons.

Lors de ce processus, il y a production des glucides (C6H1206) à partir de l'assimilation du dioxyde de carbone (C02). Cette production est rendue possible grâce à l'ensemble des réactions produisant le pouvoir réducteur (NADPH), une source d'énergie (ATP) et un dégagement d'oxygène.

Ainsi, grâce à l’énergie lumineuse, les cellules chlorophylliennes arrivent à produire de la glucose à partir de dioxyde de carbone et de l’eau.

Équation bilan de la photosynthèse

L’équation bilan de la photosynthèse : 6 CO2+ 6H2O -> C6H12O6 + 6O2

C’est à partir des molécules de départ (CO2 et l’eau) que les cellules photosynthétiques arrivent à produire les hydrates de carbone et les corps gras, des molécules nécessaires à leur survie. Ainsi, la photosynthèse est à la fois un mécanisme de stockage de l’énergie et de production des molécules.

Mécanisme de photosynthèse

Ainsi, la photosynthèse se réalise généralement en trois phases : la phase photochimique, la phase chimique et la phase de la réaction globale.

A. Phase photochimique

Cette phase correspond à des réactions organisées en un cycle : le cycle de Calvin. Dans cette phase la membrane des thylakoïdes, c’est-à-dire ceux qui renferment des photosystèmes (pigments + protéines) jouent un rôle important dans l’amorce de la photosynthèse.

La photosynthèse commence au niveau moléculaire par l’absorption de photons par des pigments (chlorophylles, pigments biliaires, caroténoïdes), des photons dans la gamme 400-700 nm, voire 1000 nm chez certaines bactéries.

Lorsqu’un photon est absorbé par une molécule, celle-ci devient excitée et se dirige vers des sites spécifiques (centres réactionnels), où se trouve la chlorophylle a, appelée aussi chlorophylle piège.

Une fois excitée par les rayons lumineux, la chlorophylle a cédé un électron à la chaîne photosynthétique qui est la chaîne d’oxydo-réduction, se trouvant sur la membrane des thylakoïdes. Cet électron est capté par un oxydant soluble, noté R, qui se réduit en RH2. Un électron provenant de l’oxydation de l’eau est alors donné à la chlorophylle pour rétablir son état normal. On assiste alors à la production d'O2.

Il s’en suit un mouvement d’électrons dans la chaîne photosynthétique, ce qui provoque le passage de protons (H+) du stroma vers le lumen et la diminution du pH du lumen lors de l’éclairement des chloroplastes. Ce gradient de pH entre lumen et stroma, c’est le stockage de l’énergie.

Les ATP-synthases (enzyme de la membrane des thylakoïdes) facilitent le retour des protons vers le stroma et en même temps la synthèse d’ATP. De ce fait, l’énergie lumineuse se convertit en énergie chimique de deux manières : des composés RH2 et des molécules d’ATP. La conversion a lieu dans le stroma. Il y a fixation du CO2 et production de glucose.

En résumé, cette phase produit des composés réduits RH2 et de l’ATP, nécessaire pour la phase chimique.

B. La phase chimique

Dans cette phase, il y a fixation du CO2 sur un glucide à 5 Carbones (Le ribulose1,5 bis phosphate (RuBP)), grâce à un enzyme appelé : la RubisCO. Il s’en suit de la division de la molécule produite (APG à 3 atomes de C) en deux. C’est l'APG à 3 atomes de Carbone qui entrera en réaction chimique pour produire la molécule G3P (glycéraldéhyde 3 phosphate) et la régénération du RuBP.

Les deux phases sont couplées grâce à l’ATP et le RH2, qui assurent le couplage entre les deux phases. Le 18 ATP, 12 RH2 et 6 CO2. Le RH2 et l’ATP sont produits dans la phase photochimique après 6 tours du cycle, par contre le sucre produit est stocké temporairement sous forme d’amidon dans les chloroplastes dans la phase chimique.

En guise de résumé, la phase chimique produit du glucose à partir de CO2 grâce aux produits de la phase photochimique.

C. La réaction globale

Les deux phases ne fonctionnent pas en vase closes, elles sont en couplage, c’est-à-dire qu’une phase conditionne une autre. La phase photochimique conditionne la phase chimique. À l’absence de la phase photochimique, la phase chimique ne peut simplement pas avoir lieu.