photosynthèse (suite)
Il résulte de ces expériences que le premier corps dans lequel apparaît14C est l’acide phosphoglycérique ; pour certains auteurs, il semble que ce soit le ribulose diphosphate (sucre en C5), qui, avec apport de CO2, s’hydrolyse immédiatement en deux acides phosphoglycériques (C3). On trouve des acides phosphopyruviques et maliques également marqués ainsi que des trioses-phosphates, qui sont les glucides les plus simples formés par la photosynthèse à partir des acides phosphoglycériques. Le NADPH2 formé au cours de la phase lumineuse sert à la fois de transporteur d’hydrogène et de réducteur du CO2 fixé sur le ribulose diphosphate. Cette réaction se fait sous l’influence d’une enzyme dans la constitution de laquelle entre le NADP. L’énergie complémentaire nécessaire à la transformation est prélevée sur l’ATP, qui en libère en rompant une de ses liaisons énergétiques et redonne de l’ADP. C’est à partir du triose-phosphate que les autres oses vont pouvoir se constituer ; en une quinzaine de secondes après l’absorption du CO2 marqué apparaissent les trioses, les pentoses, les hexoses, les heptoses, qui possèdent dans leur molécule du carbone radioactif. Il apparaît que l’un des premiers oses formés est l’hexose, fructose 1-6 diphosphate, qui proviendrait de la condensation de deux molécules de triose-phosphate ; par isomérisation, il se transforme en fructose 6 P, puis en glucose ; le saccharose est issu de l’union d’un fructose et d’un glucose. Le ribulose 1-5 diphosphate qui a fixé la molécule de CO2 se trouve intégralement régénéré à la fin de l’opération et apte à servir de nouveau d’accepteur de gaz carbonique. Cette reconstitution forme un cycle établi par M. Calvin et représenté ci-dessous ; les flèches portées à l’intérieur et à l’extérieur de ce schéma indiquent les corps ainsi formés ou les apports extérieurs de CO2, de H2O ou d’énergie sous forme d’ATP et de NADPH2.
Outre des glucides, la photosynthèse participe également à l’élaboration d’acide pyruvique à partir de l’acide phosphoglycérique (APG). Cet acide pyruvique peut être immédiatement utilisé pour la respiration de la cellule ou être engagé dans la synthèse des lipides et des protides, à l’intérieur desquels on retrouve également le14C. Cela n’exclut pas le fait que glucides, lipides et protides peuvent, par la suite, être convertis les uns dans les autres.
Rendement de la photosynthèse
Si l’on se réfère à l’équation globale de la photosynthèse, on est amené à calculer que trois quanta de lumière rouge sont théoriquement nécessaires à la fixation d’une molécule de CO2. Mais R. Emerson juge que c’est huit quanta qui sont nécessaires, ce qui fait tomber le rendement quantique réel à 35 p. 100. Mais il faut remarquer que la lumière est absorbée non seulement par la chlorophylle a, mais aussi par la chlorophylle b et d’autres pigments (caroténoïdes) ; la rétrocession d’énergie pour ces derniers pigments à la chlorophylle n’a un rendement que d’environ 40 p. 100, ce qui diminue considérablement le rendement total. Les pertes d’énergie dilapidées dans le milieu se font sous forme de fluorescence et de chaleur ; celle-ci élève la température des cellules très légèrement, mais provoque de l’évaporation, ce qui empêche l’élévation anormale de température des organes.
Enfin, on estime que l’énergie lumineuse fixée par la plante n’est, dans les meilleures conditions, que de 0,5 à 2 p. 100 de la lumière totale tombant au sol. Le rendement pratique s’établit donc vers 0,4 à 1,6 p. 100 (expérience et calculs faits sur un champ de Maïs très vigoureux de l’Illinois). Si le rendement du cycle de Calvin est excellent (81 p. 100), en fait ce n’est qu’une portion infime de l’énergie solaire qui est utilisée par la plante.
Importance de la photosynthèse
L’oxygène et le gaz carbonique interviennent dans la photosynthèse et la respiration, et ces deux fonctions concourent à remettre en mouvement les mêmes atomes d’une manière cyclique (v. cycles biosphériques) à la surface de la terre. Cette énergie permet la fabrication de matières organiques : lipides, protides, glucides, qui sont les constituants essentiels de la matière vivante. Ces diverses substances ne peuvent être formées dans d’autres conditions, si l’on excepte quelques groupes de Bactéries autotrophes consommant pour leur synthèse une énergie d’origine chimique (Bactéries nitreuses, sulfureuses et ferrugineuses). Ainsi, les plantes vertes sont les seuls êtres capables de faire passer le carbone minéral à l’état de carbone organique en utilisant une énergie extérieure à notre planète.
Leur rôle s’avère donc primordial dans l’élaboration d’aliments de base que consomment tous les êtres vivants. Les herbivores tirent leur subsistance des végétaux verts, ainsi que les nombreux saprophytes et parasites ; les carnivores et d’autres saprophytes et parasites ont besoin des herbivores comme source alimentaire. La chaîne ainsi constituée peut comporter encore d’autres étages de consommateurs. Mais, chaque fois que les molécules passent d’un type d’utilisateur à un autre, il y a une énorme déperdition de matière, qui est décomposée par les phénomènes respiratoires et de fermentation ; le CO2 est alors rejeté sous forme minérale.
Ces mêmes végétaux verts sont également à l’origine des gisements de charbon et de pétrole.
Le rôle économique de la photosynthèse est considérable. Réaction chimique d’une haute complexité, elle apporte continuellement une production d’aliments toujours renouvelée et quasi automatique. L’intervention de l’Homme, heureuse ou non, consiste, par l’agriculture, à favoriser certains types dans l’immédiat pour lui-même. Le renouvellement du stock d’aliments disponibles se fait spontanément, et si l’humanité sait respecter ce travail, protéger les sols et maintenir en état les terres arables, elle conservera indéfiniment cet apport d’éléments indispensables à la survie de l’humanité, à condition, toutefois, que l’accroissement démographique ne soit pas exagéré par rapport aux possibilités de la photosynthèse.
J.-M. T. et F. T.