Processus de fabrication de matière organique à partir de l'eau et du gaz carbonique de l'atmosphère, chez les plantes vertes et certaines bactéries, utilisant la lumière solaire comme source d'énergie et produisant un dégagement d'oxygène.
La photosynthèse produit, à partir de gaz carbonique (CO2) et d'eau (H2O), des glucides (sucres). L'émission d'oxygène, phénomène indispensable à la vie sur Terre, n'est, en fait, qu'une réaction secondaire de la photosynthèse. La photosynthèse peut être globalement schématisée de la manière suivante :
Sur le plan biochimique, la photosynthèse correspond à une réaction d'oxydoréduction (dans laquelle le gaz carbonique est réduit par l'hydrogène provenant de la photolyse - décomposition par la lumière -de l'eau), réalisée dans des organites cellulaires appelés chloroplastes. Le phénomène de la photosynthèse se déroule en 2 parties : d'une part, une suite de réactions dites « lumineuses » ; et, d'autre part, une suite de réactions dites « sombres ».
Réactions lumineuses.
La première étape de la photosynthèse est l'absorption d'énergie lumineuse (lumière solaire) par des molécules de chlorophylle, pigment contenu dans les chloroplastes. Cette énergie lumineuse est ensuite transformée dans les chloroplastes en énergie chimique, par synthèse de molécules riches en énergie (adénosine triphosphate, ou ATP) ou en pouvoir réducteur (nicotinamide-adénine-dinucléotide phosphate, ou NADP). L'énergie contenue dans ces molécules sera utilisée, lors des réactions sombres de la photosynthèse, pour la synthèse des glucides à partir du CO2 et de l'eau.
Réactions sombres.
La première étape des réactions sombres est la formation, à partir du CO2, de 2 molécules à 3 atomes de carbone chacune (acide phosphoglycérique) et d'une molécule à 5 atomes de carbone (ribulose bisphosphate, ou RUBP). Cette première étape est catalysée par une enzyme, la ribulose bisphosphate carboxylase (RUBISCO), qui est l'une des protéines les plus abondantes à la surface de la Terre. Une série de réactions chimiques conduit ensuite à la synthèse de saccharose, forme de transport des glucides dans la sève élaborée, et d'amidon, lequel peut, suivant les besoins de la plante, s'accumuler dans les chloroplastes ou être transformé en constituants organiques nécessaires à l'édification des structures cellulaires. La saccharose est la forme principale de transport des glucides dans la sève élaborée.
Chez certaines graminées (maïs, canne à sucre) et amaranthacées, les réactions sombres présentent une particularité : le premier produit obtenu après l'incorporation du CO2 n'est pas l'acide phosphoglycérique, à 3 atomes de carbone, mais consiste en diacides à 4 atomes de carbone, en particulier l'acide malique. Ces plantes sont dites « à métabolisme en C4 », par opposition aux autres plantes, à métabolisme en C3. Elles ont, en général, une productivité élevée : elles peuvent avoir une activité photosynthétique avec des stomates peu ouverts, ce qui leur assure une bonne croissance lorsque l'humidité est faible.
Activité photosynthétique.
L'activité photosynthétique, mesurée soit par le volume de O2 dégagé, soit par celui de CO2 absorbé, augmente avec la teneur en CO2 de l'air (actuellement égale à 0,03-0,04 %). Cette propriété est utilisée en serre, où l'on peut accroître la production végétale en augmentant la teneur en CO2 autour de 0,1 %. Au-delà, à partir de 1 à 2 %, le CO2 devient toxique pour la plante.
Importance écologique.
La photosynthèse est à l'origine de la grande majorité des molécules organiques qui existent sur Terre. La rubisco est la protéine la plus abondante dans la biosphère terrestre. Les végétaux verts de la planète, à partir d'éléments simples, élaborent chaque année environ 80 milliards de tonnes de matière organique complexe. Cette matière est consommée, directement ou indirectement, par la quasi-totalité des autres êtres vivants.
Chaillou
