Les parties aériennes de la plante sont capables de produire toutes leurs molécules organiques (glucides, lipides, protides, acides nucléiques, vitamines…) à partir de molécules minérales :

- le CO2, prélevé dans l’air au niveau des stomates des feuilles

- l’eau et les ions minéraux prélevés dans le sol grâce aux racines et transportés grâce à la sève brute.

Ce sont des organismes autotrophes pour le carbone: nécessite de l’énergie lumineuse et se réalise grâce à un processus : la photosynthèse.

Équation-bilan de la photosynthèse :

lumière

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

glucose

L’amidon est la forme de stockage du glucose ; il est mis en évidence grâce au lugol (= eau iodée) dans les parties chlorophylliennes des plantes.

La production de MO se fait dans les parties aériennes et chlorophylliennes de la plante: au niveau des feuilles.

La photosynthèse se déroule dans les cellules chlorophylliennes: dans des organites spécialisés : les chloroplastes (stockage d’amidon).

A. Structure du chloroplaste

Les chloroplastes contiennent un ensemble de molécules capables d’absorber l’énergie lumineuse, les pigments

Le stroma est un « gel » contenant :

- les thylakoïdes = membranes internes formant

des sacs clos aplatis, à l’intérieur desquels se

situent les pigments chlorophylliens.

- des grains d’amidon = réserves de glucose

B. Nature et propriétés photosynthétiques des pigments chlorophylliens

Il existe différents pigments chlorophylliens qui peuvent être séparés par chromatographie :

- les pigments verts, les chlorophylles a et b,

- les pigments jaunes, les xanthophylles,

- les pigments orangés, les carotènes.

Chaque pigment absorbe des longueurs d’onde spécifiques.

Le mélange des pigments bruts présente un maximum d’absorption dans le rouge (entre 650 à 700 nm) et le bleu (entre 400 à 500 nm) mais n’absorbe pas le vert.

La photosynthèse est maximale pour les

radiations rouges et bleues, les longueurs d’onde absorbées par les pigments chlorophylliens sont celles qui sont efficaces pour la photosynthèse car capables d’absorber l’énergie lumineuse et de la convertir en énergie chimique.

La photosynthèse se déroule en 2 phases distinctes mais couplées :

- la phase photochimique ou phase claire qui se déroule dans les thylakoïdes à la lumière

- la phase chimique ou phase sombre (=phase d’assimilation) qui se déroule dans le stroma pour laquelle la lumière n’est pas directement indispensable.

A.La 1ère phase de la photosynthèse : la phase photochimique se déroule dans les thylakoïdes des chloroplastes qui contiennent les pigments chlorophylliens capables d’absorber l’énergie lumineuse et de l’utiliser pour réaliser la photolyse de l’eau (apportée par la sève brute).

La photolyse de l’eau (découverte en 1941 par Ruben et Kamen) est une oxydation de l’eau qui perd des électrons. Ces derniers sont captés par des molécules de coenzymes qui sont réduits et ce processus permet la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique (=ATP).

Cette réaction s’accompagne d’une libération de dioxygène (O2).

2H2O O2 + 4H+ + 4e- + Energie (= ATP)

Coenzymes oxydés Coenzymes réduits

B. La 2ème phase de la photosynthèse : la phase chimique, dans le stroma du chloroplaste, l’oxydation de l’eau est donc couplée à une réduction du dioxyde de carbone (CO2) qui aboutit à la formation de différentes molécules organiques : glucides (glucose, amidon…), protéines, lipides (montré en 1950 par Calvin et Benson). C’est la phase chimique de la photosynthèse.

Cette phase nécessite les coenzymes réduits et l’ATP fabriqués pendant la phase photochimique.

Les 2 phases de la photosynthèse sont donc couplées.

2 H2O 4 H+ + 4e- + O2 (X6) Oxydation

6CO2 + 24H+ + 24e- C6H12O6 + 6H2O Réduction

Réduction

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Oxydation

Les molécules organiques produites lors de la photosynthèse peuvent être utilisées directement ou après avoir été transformées pour fabriquer les constituants cellulaires + être exportées de la cellule chlorophyllienne et transportées dans la sève élaborée pour être utilisées dans tout l’organisme végétal (racines, bourgeons, fruits, fleurs…).

Selon la composition enzymatique des cellules, ces molécules (sucres et acides aminés solubles) seront métabolisées (transformées par des enzymes) en différentes molécules (= métabolites) permettant d’assurer des fonctions biologiques diverses.

Métabolite : produit de la transformation biochimique d’une molécule par le métabolisme (ici : la photosynthèse)

Ce sucre à 12 atomes de C est fabriqué dans le cytoplasme des cellules chlorophylliennes à partir d’une molécule de glucose

et d’une molécule de fructose. Une enzyme spécifique catalyse cette réaction (saccharose synthétase).

A. Produits de la photosynthèse et croissance de la plante

La croissance de la plante (multiplication et élongation cellulaire) s’accompagne de la synthèse des constituants cellulaires.

Les cellules végétales sont limitées par une paroi rigide composée principalement de cellulose. Cette macromolécule se forme par polymérisation de molécules simples de glucose grâce à une enzyme, la cellulose synthase présente au niveau de la membrane des cellules.

Cette paroi peut être secondairement imprégnée de lignine. Il s’agit d’une molécule imperméable, assurant une grande rigidité : elle permet un port dressé et une croissance en hauteur importante. La lignine est aussi impliquée dans la formation des vaisseaux de xylème.

Elle est synthétisée à partir de phénylalanine (acide aminé) grâce à un équipement enzymatique particulier.

B. Produits de la photosynthèse et constitution de réserves

Il existe deux manières de passer la mauvaise saison pour une espèce végétale : soit elle produit des graines avant de mourir (= plantes annuelles comme les Tomates), soit elle est pérenne et perd ses feuilles et/ou sa tige

(= plantes pluriannuelles comme l’oignon, la Pomme de Terre ou les arbres) :

- Les plantes annuelles produisent des graines, à l’issu de la reproduction sexuée, qui contiennent différentes molécules de réserves dérivant des produits de la photosynthèse : il y a des glucides (graines du Riz, du Blé, fruits charnus), des lipides (Noix, Amandes), ou des protéines (Pois, lentilles). Ces réserves sont

utilisées soit par la plante elle-même (développement de l’embryon puis de la plantule), soit par les animaux frugivores (comme les Renards avec les cerises) qui participent à la dispersion des graines (assure la reproduction).

- Les plantes pérennes qui ont des organes souterrains permettant de survivre à la mauvaise saison : les bulbes (tulipe, oignon), les tubercules (pomme de terre, Carotte) ou les rhizomes (Iris, gingembre). Les molécules de réserve sont le plus souvent glucidiques : saccharose de la Betterave, ou amidon de pomme de terre.

Par exemple, des enzymes permettent la polymérisation de molécules de glucose en macromolécule d’amidon dans les amyloplastes (organites contenus dans les cellules des organes de réserves).

Les stocks d’amidon peuvent être utilisés durant la mauvaise saison, la reproduction mais également au printemps : les molécules de réserve sont hydrolysées en glucose et redistribuées aux parties aériennes qui reprennent leur vie active et leur croissance.

C. Produits de la photosynthèse et interactions avec d’autres espèces

Certaines molécules organiques produites par les plantes jouent également un rôle important dans leurs interactions avec d’autres espèces de leur environnement. Exemples :

- les tanins sont des molécules végétales (polyphénols), produites à partir de voie métabolique dont le précurseur est le glucose. Ils repoussent les phytophages en développant un goût désagréable et en perturbant la digestion. Ils permettent ainsi de limiter la prédation. Ces interactions entraînent une compétition entre la survie de la plante et celle de l’animal : on parle d’interaction compétitive.

- certaines plantes synthétisent des anthocyanes, pigments naturels de couleurs vives (roses, rouges, ou violettes) présents dans les feuilles, les pétales et les fruits. Ces molécules favorisent la reproduction soit en attirant les insectes pollinisateurs avec des fleurs aux couleurs attractives pour ces espèces, soit en attirant les animaux favorisant la dissémination des graines. Comme ces interactions apportent un bénéfice à chacun, on parle d’interaction mutualiste.

-la production de nectar (saccharose) par les plantes au niveau des fleurs attirent également les insectes pollinisateurs et favorise la pollinisation. (= interactions mutualistes)