La Photosynthèse est certainement l’une des réactions chimiques les plus connues du grand public, à juste titre d’ailleurs : sans cette réaction biochimique réalisée il y a plus de 2 milliards d’années par certaines bactéries, l’atmosphère terrestre aurait gardé sa composition élevée en méthane. Connue dans ses grandes lignes, la Photosynthèse reste toutefois méconnue dans son détail : attaquons nous donc aujourd’hui à cette grande réaction !

Autotrophie et Bilan

Les organismes qui arrivent à produire des matières organiques à partir de matière inorganique et minérale sont appelés « autotrophe ». Certains d’entre eux, tirant leur énergie de la lumière et de la consommation de CO2, sont appelés « Photoautotrophe ». C’est ainsi que les végétaux et certains autres organismes photosynthétiques produisent leur énergie, en suivant la réaction suivante :

6 CO2  + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 (glucose ou fructose) + 6 O2

Mais cette réaction globale ne se passe pas en une seule étape, mais bien deux étapes différentes : la première générera du Dioxygène, et la seconde fixera le Dioxyde de Carbone.

Phase Claire

Pour simplifier l’explication, prenons le cadre de la photosynthèse la plus fréquente, celle rencontrée chez les végétaux. Cette Photosynthèse se passe principalement (mais pas uniquement) au niveau d’une partie des cellules des feuilles, les chloroplastes, qui contiennent un pigment particulier, la Chlorophylle, capable d’intercepter l’énergie lumineuse. D’ailleurs, un point intéressant à relever : Les pigments n’absorbent pas toutes les longueurs d’onde. La Chlorophylle par exemple, absorbe uniquement les lumières rouge et bleue mais pas la verte, ce qui explique sa couleur.

Cette lumière interceptée va pouvoir initier l’ensemble des réactions photochimiques qui vont pouvoir aboutir à la transformation de l’énergie lumineuse reçue en énergie chimique. Très simplement, les pigments photosensibles (dont la Chlorophylle « b ») vont transférer l’énergie lumineuse vers la Chlorophylle « a », dont les électrons vont être excités. Ceux-ci vont ensuite passer via deux photosystèmes, où va s’opérer une étape majeure de la photosynthèse : l’oxydation de l’eau (autrefois improprement appelée Photolyse), qui sera donc source de protons (H+) et d’électrons (e-).

Le Bilan de cette première phase claire (ou phase lumineuse) est donc :

12 H2O + lumière → 6 O2 + énergie chimique (24 H)

A noter également que lors de cette première phase claire, deux molécules seront produites : l’adénosine triphosphate (ATP) et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH), qui vont intervenir dans la seconde étape de la Photosynthèse, la phase sombre.

Phase sombre et cycle de Calvin

Cette phase est appelée « sombre » car elle n’est pas dépendante de la lumière. Cette seconde phase est constituée d’une série de réactions biochimiques qui sont décrites au sein du Cycle de Calvin, découvert par les chimistes Calvin, Benson et Bassham.

Très simplement résumé, le Cycle de Calvin se décompose en trois parties distinctes :

  • Incorporation du CO2, qui va venir se fixer sur un composé particulier, le Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP), par l’effet d’une enzyme particulière et essentielle : la Rubisco.
  • Cette incorporation va créer un composé, l’Acide Phosphoglycérique (APG) qui va être réduit à son tour par action successive de l’ATP et de la NADPH (créées précédemment lors de la Phase Claire), qui va donner des trioses-phosphates, plus précisément du glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P)
  • Enfin, par un ensemble de réactions, le RuBP va être régénéré à partir d’une partie des trioses-phosphates et d’ATP, et des sucres (notamment Glucose et Fructose) vont être générés.
Cycle de Calvin, via Didac

En résumé, le Bilan de cette seconde phase est donc :

6 CO2 + énergie chimique (24 H) → C6H12O6 (Glucose) + 6 H2O

Pour aller plus loin :