2A2 – La plante, productrice de matière

Plan du chapitre

• Introduction et problématique
• I – Transformer l’énergie du rayonnement solaire en énergie chimique
• II – Du CO2 à la matière organique
• III – Le devenir des produits de la photosynthèse
• Exercices
• Pour aller plus loin

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

Introduction

Les végétaux sont des organismes autotrophes* ; ils sont capables de produire leur matière organique
(glucides, lipides, protéines, acides nucléiques, vitamines) à partir de molécules minérales prélevées dans leur milieu.
La conséquence de ce métabolisme est que les plantes sont des producteurs primaires occupant une place particulière dans les réseaux trophiques et les écosystèmes.

*: on nomme hétérotrophe les êtres vivants qui doivent prélever la matière organique dans leur milieu pour produire leur propre matière organique.

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I – Transformer l’énergie du rayonnement solaire en énergie chimique

L’autotrophie des plantes repose sur leur capacité à capter l’énergie lumineuse au cours d’un processus chimique complexe appelée photosynthèse. On peut découpler la photosynthèse en une phase claire (nécessitant de l’énergie lumineuse) et une phase de production de matière organique.

Lors de la phase claire, les pigments chlorophylliens (chlorophylles, carotènes, etc.) contenus dans les chloroplastes convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique.

Pour être plus précis, l’énergie lumineuse captée par les pigments permet la photolyse de l’eau. On peut écrire cette réaction chimique :

Cette réaction d’oxydo-réduction permet la production d’ATP et de molécules très réduites, les coenzymes, qui jouent un rôle très important dans les réactions de production de matière organique.

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II – Du CO2 à la matière organique

L’ATP et les coenzymes produits lors de la phase claire de la photosynthèse sont des sources d’énergie chimique que la cellule utilise pour synthétiser des molécules organiques à partir du dioxyde de carbone.

Ces synthèses de molécules organiques font intervenir un ensemble de réactions chimiques appelé : cycle de Calvin-Benson. Lors de ces réactions, il y a réduction du CO₂ grâce à l’énergie chimique des coenzymes et à une enzyme appelée RUBISCO. Les molécules organiques formées grâces à la réduction du CO₂ sont notamment des sucres et des acides aminés qui permettront la fabrication d’un large éventail de molécules organiques.

On peut écrire un bilan des réactions du cycle de Calvin-Benson :

Et si on fait le bilan de la photosynthèse, de (A) et (B) :

Lors de la photosynthèse, l’énergie lumineuse est donc captée par les pigments chlorophylliens, transformée en énergie chimique pour permettre la synthèse de molécules organiques (dans l’équation bilan, du glucose C₆H₁₂O₆).

Repères historiques (simplifiés)

1952 : par des expériences d’autoradiographie, CALVIN et BENSON identifient les produits de la photosynthèse et établissent les réactions chimiques du cycle de CALVIN-BENSON

Note : Ce schéma est à reproduire dans votre cours. Entraînez-vous pour être capable de le reproduire et de l’expliquer.

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III – Le devenir des produits de la photosynthèse

1) Les métabolites primaires : des molécules permettant la nutrition et la croissance des végétaux

La photosynthèse permet la fabrication de métabolites (acides aminées, sucres) qui vont être exportés dans la plante et servir à la production d’un large éventail de molécules organiques par les cellules du végétal.

A partir de ces produits de la photosynthèse, les plantes synthétisent des molécules permettant le transfert d’énergie (glucose/ATP) ce qui assure le fonctionnement des cellules du végétal mais aussi des molécules servant de réserves nutritives (amidon, acides gras, protéines). Ces molécules peuvent être stockées dans différents organes : graines, tubercules, racines, etc.

            Les produits de la photosynthèse permettent également la synthèse de molécules permettant la croissance de la plante comme la cellulose (polymère de glucose) et la lignine. La cellulose est le principal composant des parois végétales et permet à la plante d’assurer  son port. La lignine produite dans certains tissus peut s’associer à la cellulose pour rigidifier les parois.
Remarque : chez les plantes dîtes ligneuses, la paroi du xylème, riche en lignine, se forme et s’épaissit année après année formant un matériau léger et rigide : le bois.

2) Les métabolites secondaires : des molécules permettant des interactions avec l’environnement

Des interactions compétitives

Comme nous l’avons vu lors de l’introduction, les plantes occupent une place particulière dans les réseaux trophiques. Elles constituent une ressource alimentaire pour un grand nombre d’êtres vivants. Les plantes sont donc soumises à une forte pression de prédation/broutage. Au cours de l’évolution, les voies de biosynthèse (à partir des produits de la photosynthèse) de métabolites secondaires permettant de se défendre se sont mises en place chez les végétaux.

Les plantes produisent par exemple des tanins, ou des alcaloïdes (caféine, morphine), qui sont des molécules toxiques pour certains animaux, ou pour les champignons et les bactéries.

Certaines molécules permettent également de bloquer la croissance des autres végétaux à proximité (allélopathie).

Des interactions coopératives

Par ailleurs, comme nous le verrons dans le chapitre suivant, la vie fixée pose le problème du rapprochement des gamètes lors de la reproduction. Au cours de l’évolution, des stratégies de coopération avec des animaux se sont mises en place pour permettre la pollinisation (§ Chap3) . Elles impliquent la production de molécules parfumées (ex : terpènes) et/ou nutritives (sucres du nectar) et de pigments (ex : anthocyanes) pour attirer les animaux. Ces molécules intervenant dans la relation plante/pollinisateur sont également des métabolites secondaires de la photosynthèse.

Fil rouge : Développement durable : les plantes sont en interactions avec un grand nombre d’être vivant au sein des écosystèmes. Mieux comprendre ces relations complexes permet de mieux gérer les écosystèmes et les agrosystèmes (principe de l’agroécologie).

La plante est un organisme autotrophe qui grâce à la photosynthèse et à des nombreuses voies métaboliques  fabrique un grand éventail de molécules organiques aux fonctions variées.

Les interactions entre les plantes et les autres êtres vivants sont favorisés par des molécules organiques, dérivées de la photosynthèse, attractives ou répulsives.

Fil rouge : Développement durable : les plantes constituent un énorme « catalogue moléculaire», source d’inspiration pour de nombreuses disciplines (agronomie, cosmétique, pharmacie, etc.).

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Quelques QCM (proposés par un autre site) pour vous entraîner. Attention il déclenche des points négatifs (-0.5) en cas d’erreurs !

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