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La Photosynthèse

03 - L'équation globale de la photosynthèse


L'équation globale de la photosynthèse est bien connue mais on peut en démontrer les différents éléments à l'aide de quelques expériences successives.

1 - Production d'O2 et utilisation de CO2

On utilisera une plante aquatique, l'Elodée du Canada, et comme source de CO2, de l'hydrogénocarbonate (bicarbonate) de sodium. Celui-ci, soluble dans l'eau est absorbé par la plante et converti en CO2 grâce à une anhydrase carbonique selon la réaction :

Les trois expériences sont réalisées dans l'eau distillée (a), dans de l'eau du robinet (b) et dans de l'eau additionnée d'hydrogénocarbonate à 1% (c). C'est en c que la production d'oxygène est la plus importante. Cette expérience montre qu'à la lumière, une plante verte produit de l'O2 si du CO2 lui est fourni. Cette constatation n'implique aucune relation chimique entre le CO2 et l'O2.

Les mêmes conclusions peuvent être formulées avec des méthodes plus quantitatives. Il est possible de mesurer avec une grande précision la quantité de dioxygène produit en utilisant une électrode à oxygène.

L'expérience est réalisée avec des feuilles d'élodée placées dans une solution enrichie en hydrogénocarbonate (source de CO2). On réalise une séquence obscurité /lumière / obscurité. La production d'O2 ne se manifeste qu'à la lumière (à l'obscurité, la diminution de la concentration en O2 est due à la respiration). La même expérience est réalisée en l'absence d'hydrogénocarbonate. Il n'y a pas de production d'O2 même à la lumière (pas de photosynthèse). Cette production se réalise immédiatement lorsqu'on ajoute du CO2 (sous la forme d'hydrogénocarbonate).

2 - Production de glucides


Il est difficile de caractériser les glucides simples produits par la photosynthèse dans des expériences utilisant du matériel simple. Il est possible par contre de caractériser l'amidon (un polymère de glucose mis en réserve lorsque la photosynthèse est très active). Cette caractérisation se réalise avec le lugol, un réactif spécifique de l'amidon.

Des feuilles de pélargonium partiellement recouvertes d'un cache noir, sont éclairées de manière intense pendant plusieurs heures. Une feuille est prélevée, décolorée par de l'alcool bouillant puis colorée par le lugol. De l'amidon a été formé uniquement dans les zones éclairées.

La même expérience est réalisée avec des élodées du Canada chez lesquelles on peut observer les cellules au microscope.

Cette feuille d'élodée placée dans une eau enrichie en hydrogénocarbonate a été éclairée plusieurs heures.
Après traitement par le lugol on observe des grains d'amidon dans les chloroplastes.

La même expérience réalisée dans de l'eau distillée ne montre aucune synthèse d'amidon. Il en est de même si l'élodée était cultivée à l'obscurité.

On peut déduire de ces deux expériences qu'une plante éclairée fabrique des glucides C(H2O) dans ses chloroplastes à partir du CO2 du milieu.
Les équations (1) et (2) incomplètes peuvent être rassemblées. H2O est ajouté de manière à équilibrer la réaction mais les expériences précédentes n'ont pas permis de démontrer son utilisation réelle.

3 - Mais d'où vient l'O2?

Pour que cette réaction soit bien démontrée, il faut comprendre l'origine des corps formés. Le carbone (C) des glucides provient forcément du carbone du CO2, mais d'où vient le dioxygène formé? On pouvait penser qu'il provenait de l'oxygène du CO2 mais ce n'est pas le cas.

Ruben et Kamen ont utilisé un isotope lourd de l'oxygène (18O) à la place de l'oxygène habituel (16O) et ils ont marqué ainsi diverses molécules (H2O, CO2). Lorsque de l'eau est marquée par le 18O (H218O), le dioxygène produit par la photosynthèse est marqué. Ils en déduisent que c'est l'eau (H2O) qui est à l'origine du dioxygène produit. Pour former une molécule de dioxygène, il faut donc 2 molécules d'eau.

Ces résultats montrent que l'on peut décomposer la réaction photosynthétique en deux groupes de réactions :

Si l'on considère ces deux réactions comme un couple RedOx, capable d'interagir on peut écrire :

Chaque couple étant caractérisé par son potentiel standard d'oxydo-réduction (E'0), on constate que le transfert des électrons ne peut se faire spontanément, que dans le sens des potentiels croissants. Cette réaction est rendue possible grâce à l’énergie de la lumière.
Dans le chloroplaste, les transferts d'électrons font intervenir une série complexe de transporteurs et d'intermédiaires redox.

La réaction globale de la photosynthèse devient donc :

Cette dernière équation prend en compte non seulement l'origine du carbone des glucides mais également l'origine de l'oxygène produit.

 

02 - Où se déroule la photosynthèse?
04 - Quels sont les pigments de la photosynthèse?
Pour accéder aux autres pages du document
01 - Quels sont les organismes autotrophes? 13 - Structure et fonctionnement du thylacoïde
02 - Où se déroule la photosynthèse? 14 - Comment se forme l'ATP ?
03 - Comment établir l'équation globale de la photosynthèse? 15 - Stucture et fonctionnement de l'ATP synthase
04 - Quels sont les pigments de la photosynthèse? 16 - Quel est le premier corps formé?
05 - Comment mesurer la photosynthèse? 17 - Les étapes du cycle de Calvin
06 - Action des facteurs externes 18 - La photorespiration
07 - La photosynthèse se découpe en deux groupes de réactions 19 - Bilan
08 - Qu'est ce qu'un photosystème ? 20 - Dans la cellule chlorophyllienne
09 - Structure et fonctionnement du PSII 21 - Dans la plante entière
10 - Le système d'oxydation de l'eau

22 - La photosynthèse en C4

11 - Structure et fonctionnement du PSI 23 - La photosynthèse des plantes CAM
12 - Le schéma en Z  
François Moreau et Roger Prat
 
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