Dossier - La Photosynthèse : généralités

François Moreau, Roger Prat (Université Pierre et Marie Curie)
adaptation : Gilles Furelaud

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3- Equation globale de la photosynthèse

Sommaire

Introduction

Diverses expériences permettent d'aboutir à une équation globale, résumant les mécanismes de la photosynthèse. Nous revenons ici sur quelques expériences permettant d'en démontrer les différents éléments, et donc de construire progressivement cette équation.

Plus de propositions d'expériences sont disponibles dans le dossiers "expériences sur la photosynthèse".

Production de dioxygène, utilisation de dioxyde de carbone

On peut tout d'abord chercher si certains échanges gazeux se réalisent chez les plantes chlorophylliennes, en présence de lumière.
On utilisera pour cela 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 :

Expérience réalisée.
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.

Equation bilan à ce stade : équation (1).
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.
On peut obtenir des conclusions plus quantitatives en utilisant une électrode à oxygène (ExAO)

Ces expériences permettent donc de démontrer qu'en présence de lumière, les végétaux chlorophylliens consomment du CO2 et libèrent du O2. Toutefois, ces expériences seules ne nous permettent pas d'expliquer ce que permettent ces échanges gazeux pour la plante.

Production de glucides

Dans un deuxième temps, on recherche si l'exposition à la lumière a des conséquences sur la matière organique (et plus particulièrement glucidique) présente au sein du végétal. Des expériences utilisant des isotopes radioactifs démontrent ainsi que l'énergie lumineuse permet, indirectement, la synthèse de glucides simples.
Toutefois, il est difficile de caractériser ces 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.

On peut ainsi observer la présence d'amidon au sein des chloroplastes de cellules de feuille d'élodée mises à la lumière.

Cette feuille d'élodée a été placée dans une eau enrichie en hydrogénocarbonate, et a été éclairée plusieurs heures.
Après traitement par le lugol, on observe des grains d'amidon dans les chloroplastes.
On peut réaliser une expérience similaire à l'échelle de la feuille du pélargonium

On peut donc déduire de ces expériences qu'une plante éclairée fabrique des glucides ( CH2O ) dans ses chloroplastes à partir du CO2 du milieu.


Equation bilan déduite de ces expériences : équation (2).

Les équations (1) et (2) sont incomplètes (parties grisées). On peut alors les assembler, et obtenir ainsi l'équation bilan de la photosynthèse. Afin d'obtenir un équilibre chimique de cette réaction, on rajoute H2O, mais sans que les expériences présentées ici aient permis de démontrer son utilisation réelle.

Equation bilan de la photosynthèse.

Remarque : origine de l'O2

Des études plus précises peuvent être réalisées, afin de mieux comprendre les relations entre les atomes des molécules figurées dans cette équation bilan. Si le devenir du carbone du CO2 ne pose pas de problème (il est incorporé dans les glucides synthétisés), l'origine de l'oxygène de l'O2 pourrait se trouver soit au niveau du CO2, soit au niveau de l'eau H2O. En réalité, il apparait que c'est l'oxygène de l'eau qui est libéré, au cours d'une réaction d'oxydo-réduction. Ceci permet de préciser alors l'équation bilan de la photosynthèse.

Origine de l'O2 et implications pour l'équation bilan de la photosynthèse

suite : Les pigments photosynthétiques
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Ce dossier est une version abrégée du dossier "La Photosynthèse" de Biologie et Multimédia

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