La photosynthèse
Une partie du rayonnement solaire absorbé par les organismes chlorophylliens permet la synthèse de matière organique à partir d’eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone (photosynthèse). La photosynthèse est une conversion biologique d’énergie solaire (lumineuse) en énergie de liaisons chimiques utilisables par les cellules.
À l’échelle de la planète, les organismes chlorophylliens utilisent pour la photosynthèse environ 0,1% de la puissance solaire totale disponible. À l’échelle de la feuille (pour les plantes), la photosynthèse utilise une très faible fraction de la puissance radiative reçue, le reste est soit diffusé, soit transmis, soit absorbé (échauffement et évapotranspiration). La photosynthèse permet l’entrée dans la biosphère de matière minérale stockant de l’énergie sous forme chimique. Ces molécules peuvent être ensuite transformées par respiration ou fermentation afin de libérer l’énergie nécessaire au fonctionnement des êtres vivants et plus exactement des cellules. Le Glucose est un sucre à 6 carbones, produit par la photosynthèse est une molécule « carrefour » que les êtres vivants peuvent transformer sous forme d’autres « sucres » différents ou plus complexes (glucides), en graisses et produits voisins (lipides) et en protides. Les chaînes alimentaires permettent le transfert de la matière des producteurs (les végétaux) aux consommateurs (généralement des animaux). « Toute » la matière est donc le résultat de la photosynthèse et transmise de proche en proche de sa production aux consommateurs. Exemple discuté simplement : carotte mangée par le lapin mangé par le renard… la matière qui compose le renard est donc de la matière initialement fabriqué par la carotte ! Le renard fait du renard avec de la matière de carotte, de manière spécifique selon ses propres gènes, des gènes de renard (plan de fabrication et de fonctionnement de son organisme donnés par les gènes).
La Photosynthèse est une réaction de l’Anabolisme. Elle est le fondement du monde vivant actuel dont une très faible part est basé par ailleurs sur la chimiosynthèse. Elle est à la base du fonctionnement des écosystèmes (Production primaire), base de toute nourriture des êtres vivants. Il s’agit de la synthèse de matière organique en présence de lumière et en l’occurrence d’énergie solaire. Elle est réalisée par les végétaux verts grâce à la chlorophylle.
CO2 + H2O (+ Sels minéraux) -> Glucose C6H1206 (Matière organique) + O2
De l’énergie lumineuse est emmagasinée dans la matière organique. La Biomasse organique ainsi produite entre dans l’espace de la Biosphère comme production primaire. La Photosynthèse est réalisée au niveau cellulaires chez des Procaryotes ou de Chloroplastes chez des Eucaryotes.
Notons. que les combustibles fossiles, Charbon ou Pétrole, sont la résultat de matière organique transformée mais mal décomposée. Dans des conditions de gisement bien particulières, lorsque la Biomasse produite par Photosynthèse (plantes ou algues) est importante, une partie échappe à la décomposition et se transforme en combustibles. Il y a dans le Charbon et le Pétrole encore des liaison C-C que nous savons utiliser afin de récupérer (oxydation) l’énergie nécessaire au fonctionnement de nos machines, industries ou nos véhicules !
Le Glucose comme nous l’avons déjà vu est en mesure de permettre aux êtres vivants la fabrication les molécules organiques dont ils ont « besoin » et qui les constituent (glucides, lipides, protides). Par ailleurs il s’agit de la molécule principalement utilisée dans le cas de la respiration, qui produit l’énergie utile au fonctionnement des cellules en cassant par oxydation les liaisons C-C. Cette voie métabolique du Catabolisme nécessite du dioxygène, mais produit efficacement « beaucoup » d’énergie. La fermentation est une alternative exploitée par quelques êtres vivants qui a l’originalité de ne pas nécessiter de dioxygène. Dans ce cas, quelques liaisons seulement C-C sont brisées et permettent aux cellules de disposer d’énergie. Il reste un « déchet » organique, comme par exemple de l’alcool dans le cas de la fermentation alcoolique, molécule qui comprend encore des liaisons C-C et de l’énergie non mobilisée. Toutefois vivre sans dioxygène grâce à la fermentation est possible, avec « peu » d’énergie, mais suffisante pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Les levures de bière sont bien connues pour réaliser la fermentation alcoolique. Ce sont des champignons microscopiques (oui c’est possibleà) qui sont utilisées pour fabriquer de la bière ou faire lever la pâte du pain… Notez qu’à l’origine, l’atmosphère ne contenait pas de dioxygène et seule la fermentation a permis les débuts de la Vie… une vie « lente » mais qui a assurément évolué (suite dans le cours de terminale).
En conclusion les trois grandes voies du métabolisme énergétique du Vivant jouent chacune un rôle essentiel dans la diversité et le fonctionnement des bactéries, végétaux, champignons ou animaux : la photosynthèse fourni la matière première (production de glucose) grâce à l’énergie solaire, la respiration qui est la réaction inversée récupère l’énergie stocké dans le glucose efficacement (énergie de liaison) mais elle nécessite de l’oxygène, la fermentation jadis importante sur la planète, permet par rupture de quelques liaisons C-C, la mise à disposition d’un peu d’énergie qui va suffire à permettre le fonctionnement et le maintien de l’intégrité biologique des cellules. Une cellule sans énergie, meurt, ne lutte plus vis à vis de son environnement et se font en matière minérale, donc la matière ambiante, par sa décomposition. Le principe est applicable à un organisme entier et globalement…
Le métabolisme concerne l’ensemble des réactions chimiques du vivant, donc des cellules. L’anabolisme construit des molécules complexes à partir de molécules simples, comme par exemple la photosynthèse, le catabolisme réalise l’action inverse, ce qui est par exemple le cas de la respiration ou des différentes fermentations. Les premières nécessitent l’apport d’énergie pour alors que les secondes en libère. La qualité de la respiration et des fermentations est de réussir la bonne récupération de cette énergie qui est disponible au fonctionnement, développement, maintien de l’intégrité (vivre sans se décomposer !) des cellules.
