L'activité photosynthétique et l'autotrophie
1 Le rôle de la chlorophylle dans la photosynthèse
1.1 Mise en évidence expérimentale
Des expériences montrent qu'une feuille verte éclairée produit de l'amidon, une substance organique repérable par ce réactif qu'est l'eau iodée (coloration bleu violacé si la présence d'amidon est effective). Ce mécanisme s'appelle la photosynthèse et nécessite 3 conditions :
- la présence de chlorophylle chez le végétal concerné
- la présence de dioxyde de carbone
- l'action de la lumière sur le végétal
Au cours de la photosynthèse, plusieurs réactions chimiques (mises en évidence par l'utilisation de
carbone radioactif qui est retrouvé dans les diverses étapes) ont en fait lieu. Il se forme tout d'abord
des glucides, lorsque l'énergie lumineuse est absorbée par la chlorophylle (avec libération de dioxygène,
constatable expérimentalement) :
Tout les glucides fabriqués ne pouvant être utilisé, il est stockée partiellement dans la feuille
sous forme d'amidon :
Signalons enfin que nous pouvons aussi remarquer expérimentalement que l'amidon disparaît pendant la nuit, lorsqu'il est à nouveau hydrolysé en glucides et utilisé, pour être transformé en d'autres molécules organiques, tels que des lipides ou des acides aminés. Certaines de ces transformations nécessitent des ions prélevés dans le sol.
On peut ainsi résumer le phénomène de photosynthèse dans l'équation générale suivante :
1.2 Les cellules chlorophyliennes
C'est en observant au microscope une feuille verte que l'on découvre comment s'organise les cellules végétales qui la constituent. Dans ces cellules chlorophylliennes, la chlorophylle est contenue dans des organites de forme lenticulaire appelés chloroplastes, où se déroule la photosynthèse. Les chloroplastes sont dans le cytoplasme de la cellule, à l'intérieur de la membrane cytoplasmique recouverte, et c'est une particularité des cellules végétales, d'une paroi cellulosique.
Dans les chloroplastes, le glucose est synthétisé à partir du dioxyde de carbone et des molécules d'eau, puis polymérisé en amidon selon la réaction vue précédemment.
Schéma : organisation générale d'une cellule chlorophylienne
2 Les chloroplastes, producteurs de matière organique
2.1 La production de matière organique : interprétation
Le carbone qui est nécessaire au végétal dans l'élaboration de son squelette carboné est donc fourni par le dioxyde de carbone de l'atmosphère, tandis que les atomes d'hydrogène sont fournis par les molécules d'eau.
Les molécules synthétisées sont des sucres simples comme le glucose (C6H12O6), servant ensuite à fabriquer toutes les molécules organiques du végétal, substances appelées carbonées car le carbone représente en général 40 à 50 % de leur masse, parfois grâce à des éléments complémentaires (azote, phosphore, magnésium…) apportés sous forme d'ions minéraux dans la sève brute transportée par les vaisseaux du bois. Les substances organiques produites, qui se classent dans les trois grands groupes que sont les glucides, les protides et les lipides, peuvent alors être utilisées dans n'importe quelle cellule de la plante, et pas forcément celle ou a eu lieu la synthèse.
C'est enfin la lumière qui fournit l'énergie nécessaire à ces opérations de synthèse, ce qui explique que la photosynthèse n'a lieu que la journée dans des conditions naturelles, le végétal faisant des " réserves " pour la nuit, sous forme d'amidon.
2.2 Autotrophie et hétérotrophie
Les végétaux chlorophylliens sont capables de fabriquer des substances organiques simplement à partir de matière minérale grâce à l'énergie de la lumière, et donc leur nutrition ne provient d'aucun autre être vivant : ils sont autotrophes.
Les hétérotrophes au contraire dépendent des autotrophes pour leurs besoins en substances organiques, et ce directement ou indirectement, mais aussi pour leur respiration puisqu'ils ont besoin du dioxygène libéré dans l'atmosphère en tant que déchet de la photosynthèse.
Les végétaux chlorophylliens étant à la base du réseau trophique, ils sont qualifiés de producteurs primaires, ils sont en effet à la base de tout le fonctionnement de la biosphère.
2.3 Les mots-clés
- Molécules : Substances minérales, substances organiques. Dioxygène, dioxyde de carbone, glucose, amidon. Sucres simples, polymères.
- Cellule : Chloroplaste, cytoplasme, paroi cellulosique, membrane, noyau, vacuole.
- Fonctions : Nutrition, photosynthèse. Autotrophie, hétérotrophie, production primaire.
