La photosynthèse, processus par lequel un organisme convertit l'énergie lumineuse et le dioxyde de carbone en hydrates de carbone et en oxygène, se retrouve dans toutes les plantes vertes ainsi que dans certains champignons et organismes unicellulaires. La majorité de la photosynthèse se produit dans les pigments appelés chlorophylle. La photosynthèse utilise l'énergie du soleil, ainsi que le dioxyde de carbone et l'eau de l'environnement de la plante, pour produire du glucose. La photosynthèse produit également de l'oxygène en tant que sous-produit. Presque tout l'oxygène atmosphérique est le résultat de la photosynthèse effectuée par le phytoplancton dans l'océan. La photosynthèse se compose de deux étapes principales: la réaction lumineuse et la réaction indépendante de la lumière.

La réaction résumée

La photosynthèse peut être résumée par l'équation suivante: 6 CO2 (dioxyde de carbone) + 6 H2O (eau ) + Énergie = C6H12O6 (glucose) + 6 O2 (oxygène). Le carbone du dioxyde de carbone se combine avec l'hydrogène et l'oxygène de l'eau pour former du glucose, avec de l'oxygène et de l'eau comme sous-produits. Le processus implique plusieurs étapes intermédiaires et nécessite l'exécution de diverses machines cellulaires.

Acquisition de matières premières

Le dioxyde de carbone doit migrer de l'atmosphère vers les chloroplastes des plantes vertes où se produit la photosynthèse. Le dioxyde de carbone et l'eau pénètrent dans les organismes unicellulaires et les plantes aquatiques par simple diffusion. Les plantes terrestres ont des structures spécialisées appelées stomates qui fonctionnent comme de minuscules valves pour permettre aux gaz d'entrer et de sortir de la plante. L'eau est déplacée du sol vers les plantes terrestres via les racines et est transportée par les tissus vasculaires. La lumière est captée principalement par les feuilles des plantes, dont la forme a évolué pour capturer l'énergie solaire avec un maximum d'efficacité dans l'environnement distinct de chaque espèce.

Réaction de la lumière

Pendant la réaction de la lumière, l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique. La lumière alimente la division des molécules d'eau en hydrogène, oxygène et électrons libres. Les électrons libres sont utilisés pour charger des molécules porteuses d'énergie telles que l'adénosine triphosphate, également appelée ATP, et le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate, également appelé NADP. Il existe plusieurs voies moléculaires par lesquelles l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique, y compris la photophosphorylation cyclique et la photophosphorylation non-cyclique.

Réaction indépendante de la lumière

Pendant la réaction indépendante de la lumière, les produits de la réaction lumineuse sont utilisés pour former des glucides. Le dioxyde de carbone de l'atmosphère est capturé et lié à la composante hydrogène des molécules d'eau divisée pendant la réaction de la lumière, et un glucide est formé par un processus appelé le cycle de Calvin. Cette partie de la photosynthèse est également connue sous le nom de fixation du carbone, un facteur important pour maintenir les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique stables.

Le glucose est soluble dans l'eau et se dissout dans les fluides internes de la plante. Le glucose est retiré des feuilles et distribué au reste de la plante par diffusion dans les plantes simples et à travers les tissus vasculaires dans des plantes plus complexes. Le glucose peut alors être utilisé immédiatement ou stocké. Les plantes conservent un peu d'oxygène dans leurs tissus pour une utilisation ultérieure lors de la métabolisation du glucose stocké par un processus chimique similaire à la respiration animale. Les plantes doivent donc photosynthétiser plus qu'elles ne respirent. L'oxygène excédentaire est libéré de la même manière que le dioxyde de carbone est absorbé, par simple diffusion ou à travers les stomates de la plante.