Photosynthèse
Le principal élément nutritif intervenant dans la nutrition végétale est le carbone, tiré du dioxyde de carbone de l'air par la majorité des plantes, grâce au processus de la photosynthèse.
Les plantes non chlorophylliennes qui n'utilisent pas la photosynthèse dépendent en général d'autres plantes pour leur nutrition carbonée. C'est le cas des plantes parasites.
La nutrition fait appel à des processus d'absorption de gaz et de solutions minérales soit directement dans l'eau pour les végétaux et les plantes aquatiques, soit dans le cas des végétaux vasculaires dans la solution nutritive du sol par les racines ou dans l'air par les feuilles.
Localisation du processus de la photosynthèse
La photosynthèse se passe dans les cellules des végétaux, surtout dans le mésophylle, le tissu interne des feuilles. Le CO2 et l’O2 entrent et sortent des feuilles par des pores microscopiques appelés stomates.
Ces cellules contiennent des chloroplastes (environ 30-40). A l’intérieur se trouvent les thylakoïdes qui contiennent la chlorophylle.
La chlorophylle est un pigment vert qui absorbe l’énergie lumineuse.

Lumière solaire et pigments photosynthétiques
La matière peut absorber ou diffuser la lumière. Les substances des organismes photoautotrophes qui absorbent la lumière s’appellent des pigments. La chlorophylle absorbe la lumière rouge et la lumière bleue tout en diffusant la lumière verte, que nous voyons.
Spectre d’absorption des pigments des chloroplastes
La chlorophylle a absorbe la lumière bleue et la lumière rouge = longueurs d’onde efficaces pour la photosynthèse.
La chlorophylle a n’est pas seule mais est la seule capable de déclencher les réactions photochimiques.
Les pigments accessoires (chlorophylle b et caroténoïdes) absorbent aussi des photons et une partie de l’énergie est transférée à la chlorophylle a
Etapes de la photosynthèse
La photosynthèse se déroule en deux grandes étapes :
1) les réactions photochimiques = les étapes qui convertissent l’énergie solaire en énergie chimique.
La lumière déclenche un transfert d’électrons et de protons de l’eau vers le NADP+. L’O2 est libéré
----> production de NADPH et d’ATP par photophosphorylation
Les réactions photochimiques se déroulent dans les thylakoïdes.
2) le cycle de Calvin = phase de fixation du carbone
Pendant laquelle le CO2 est incorporé et puis réduit pour produire un glucide.
Ce processus utilise l’énergie chimique (ATP) et le pouvoir réducteur du NADPH.
Le cycle de Calvin se déroule dans le stroma des chloroplastes.
Les photosystèmes
Les photosystèmes sont les complexes moléculaires capteurs de lumière dans la membrane des thylakoïdes. Ils sont composés de:
Un centre réactionnel = un complexe protéique contenant 2 molécules de chlorophylle a + un accepteur primaire d’électrons
entouré de complexes collecteurs de lumière (protéines + pigments (chlorophylle a, b et caroténoïdes))---> élargissement du spectre et de la surface d’absorption.
Deux photosystèmes travaillent de concert pour utiliser l’énergie lumineuse et fabriquer du NADPH + H+ et de l’ATP :
le photosystème II (chlorophylle a P680)
le photosystème I (chlorophylle a P700), plus efficace possèdent la même molécule de chlorophylle a mais entourée de protéines différentes ---> longueur d’onde efficace différente
Phase Photochimique (Phase claire)
cette première étape correspond aux réactions photochimiques
Lieu : Thylakoïdes des chloroplastes.
Fonction : Convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique (ATP et NADPH).
Mécanisme :
Absorption de la lumière : Les pigments (chlorophylle a) captent la lumière et libèrent des électrons.
Chaîne de transport d'électrons : Les électrons circulent dans une chaîne, créant un gradient de protons.
Photolyse de l'eau : L'eau est scindée, par une enzyme, en 2 protons (H+), 2 électrons et une molécule d'oxygène.
Les e- sont transmis à la chlorophylle a pour remplacer ceux qui sont partis.
Deux molécules d'Oxygène se combinent pour former O2.
Production d'ATP : Le gradient de protons entraîne la synthèse d'ATP par une ATP synthase.
Réduction des coenzymes : Les électrons et les protons permettent de réduire les coenzymes NADP+ en NADPH (une enzyme transfert 2 e- sur le NADP+ pour former le NADPH)
Rôle des coenzymes : Les NADPH et l'ATP produits alimentent le cycle de Calvin (phase sombre).
Bilan : La photolyse de l'eau fournit les électrons et les protons nécessaires à la production d'ATP et de NADPH.
En résumé :
La phase photochimique est essentielle à la photosynthèse car elle transforme l'énergie lumineuse en énergie chimique utilisable par la plante. Ce processus complexe implique l'absorption de la lumière, le transport d'électrons, la photolyse de l'eau et la production d'ATP et de NADPH. Ces molécules énergétiques sont ensuite utilisées dans le cycle de Calvin pour fixer le CO2 et produire du glucose.


Phase Non Photochimique-Cycle de Calvin (Phase sombre)
C’est le cycle de Calvin, il se déroule dans le stroma.
La lumière n’est plus utile.
L’ATP et le NADPH2 sont utilisés pour réduire le CO2 de l’air.
1) Fixation du carbone
Le CO2 est fixe sur à une molécule à 5 carbones, le ribulose -1, 5-biphosphate (RuBP) présent dans le stroma du chloroplaste, grâce à l'enzyme Rubisco.
2)Réduction d'APG
L’ATP cède son énergie et devient ADP.
Le NADPH2 cède son hydrogène et devient NADP.
Il va se former des molécules intermédiaires conduisant à des trioses, utilisés ensuite pour la synthèse des glucoses puis de l’amidon (polymère de glucoses).
3)Régénération de ribulose
Les trioses régénèrent aussi le ribulose initial.
3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH + eau Glycéraldéhyde → 3-phosphate 8 Pi + 9 ADP + 6 NADP+
Le cycle de Calvin convertit le CO2 en glucide à l’aide de l’ATP et du NADPH. 3 CO2 (et 3 tours de cycle) sont nécessaires pour faire un glucide à 3C (Phospho-Glycéraldéhyde PGAL) qui sera convertit plus tard en glucose.

Bilan de la photosynthèse
Bilan énergétique de la photosynthèse
Il faut six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau pour synthétiser une molécule de glucose, relâchant six molécules de dioxygène, grâce à l'énergie lumineuse.
6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 (glucose) + 6 O2
Mais ce bilan est en fait décomposé en deux étapes successives :
Les réactions photochimiques (phase claire) : 12 H2O + lumière → 6 O2 + énergie chimique (24 H) ;
Le cycle de Calvin (phase sombre) : 6 CO2 + énergie chimique (24 H) → C6H12O6 + 6 H2O.
