Cours de biologie : qu'est-ce que la photosynthèse. Le processus de photosynthèse : bref et compréhensible pour les enfants. Photosynthèse : phases claires et sombres Qu'est-ce que la photosynthèse

La photosynthèse est le processus de formation de substances organiques dans les plantes vertes. La photosynthèse a créé la masse entière des plantes sur Terre et a saturé l'atmosphère en oxygène.

Comment la plante se nourrit-elle ?

Auparavant, les gens étaient sûrs que les plantes tiraient du sol toutes les substances nécessaires à leur nutrition. Mais une expérience a montré que ce n’est pas le cas.

Un arbre a été planté dans un pot de terre. En même temps, la masse de la terre et de l’arbre a été mesurée. Lorsque, quelques années plus tard, les deux furent à nouveau pesés, il s'avéra que la masse de la terre n'avait diminué que de quelques grammes et que la masse de la plante avait augmenté de plusieurs kilogrammes.

Seule de l'eau était ajoutée au sol. D’où viennent ces kilogrammes de masse végétale ?

Depuis les airs. Toute la matière organique des plantes est créée à partir du dioxyde de carbone atmosphérique et de l’eau du sol.

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Énergie

Les animaux et les humains mangent des plantes pour obtenir l’énergie nécessaire à la vie. Cette énergie est contenue dans les liaisons chimiques des substances organiques. D'où vient-elle?

On sait qu’une plante ne peut pas pousser normalement sans lumière. La lumière est l'énergie avec laquelle une plante construit les substances organiques de son corps.

Peu importe le type de lumière, solaire ou électrique. Tout rayon de lumière transporte de l'énergie, qui devient l'énergie des liaisons chimiques et, comme la colle, retient les atomes dans de grosses molécules de substances organiques.

Où a lieu la photosynthèse ?

La photosynthèse a lieu uniquement dans les parties vertes des plantes, ou plus précisément dans des organes spéciaux des cellules végétales - les chloroplastes.

Riz. 1. Chloroplastes au microscope.

Les chloroplastes sont un type de plaste. Ils sont toujours verts car ils contiennent une substance verte : la chlorophylle.

Le chloroplaste est séparé du reste de la cellule par une membrane et a l'apparence d'un grain. L’intérieur du chloroplaste s’appelle le stroma. C'est là que commencent les processus de photosynthèse.

Riz. 2. Structure interne du chloroplaste.

Les chloroplastes sont comme une usine qui reçoit des matières premières :

• dioxyde de carbone (formule – CO₂) ;
• eau (H₂O).

L'eau provient des racines et le dioxyde de carbone provient de l'atmosphère par des trous spéciaux dans les feuilles. La lumière est l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’usine et les substances organiques qui en résultent sont les produits.

Tout d'abord, des glucides (glucose) sont produits, mais ils forment ensuite de nombreuses substances aux odeurs et aux goûts variés que les animaux et les humains aiment tant.

À partir des chloroplastes, les substances résultantes sont transportées vers divers organes de la plante, où elles sont stockées ou utilisées.

Réaction de photosynthèse

En général, l'équation de la photosynthèse ressemble à ceci :

CO₂ + H₂O = matière organique + O₂ (oxygène)

Les plantes vertes appartiennent au groupe des autotrophes (traduit par « Je me nourris »), des organismes qui n'ont pas besoin d'autres organismes pour obtenir de l'énergie.

La fonction principale de la photosynthèse est la création de substances organiques à partir desquelles le corps végétal est construit.

La libération d'oxygène est un effet secondaire du processus.

Le sens de la photosynthèse

Le rôle de la photosynthèse dans la nature est extrêmement important. Grâce à lui, tout le monde végétal de la planète a été créé.

Riz. 3. Photosynthèse.

Grâce à la photosynthèse, les plantes :

• sont une source d'oxygène pour l'atmosphère ;
• convertir l'énergie du soleil en une forme accessible aux animaux et aux humains.

La vie sur Terre est devenue possible grâce à l’accumulation d’une quantité suffisante d’oxygène dans l’atmosphère. Ni l'homme ni les animaux n'auraient pu vivre à cette époque lointaine où il n'était pas là, ou où il était peu présent.

Quelle science étudie le processus de photosynthèse ?

La photosynthèse est étudiée dans diverses sciences, mais surtout en botanique et en physiologie végétale.

La botanique est la science des plantes et l’étudie donc comme un processus vital important des plantes.

La physiologie végétale étudie la photosynthèse de manière très détaillée. Les physiologistes ont déterminé que ce processus est complexe et comporte des étapes :

• lumière;
• sombre

Cela signifie que la photosynthèse commence à la lumière mais se termine dans l’obscurité.

Qu'avons-nous appris ?

Après avoir étudié ce sujet en biologie de 5e année, vous pouvez expliquer brièvement et clairement la photosynthèse comme le processus de formation dans les plantes de substances organiques à partir de substances inorganiques (CO₂ et H₂O). Ses caractéristiques : elle a lieu dans les plastes verts (chloroplastes), s'accompagne d'une libération d'oxygène, et s'effectue sous l'influence de la lumière.

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Dans la nature, sous l'influence de la lumière du soleil, un processus vital se produit, sans lequel aucun être vivant sur la planète Terre ne peut se passer. À la suite de la réaction, de l’oxygène est libéré dans l’air que nous respirons. Ce procédé est appelé photosynthèse. Qu'est-ce que la photosynthèse d'un point de vue scientifique et ce qui se passe dans les chloroplastes des cellules végétales, nous le verrons ci-dessous.

La photosynthèse en biologie est la transformation de substances organiques et d'oxygène à partir de composés inorganiques sous l'influence de l'énergie solaire. C'est caractéristique de tous les photoautotrophes capables de produire eux-mêmes des composés organiques.

Ces organismes comprennent les plantes, les bactéries vertes et violettes et les cyanobactéries (algues bleu-vert).

Les plantes photoautotrophes absorbent l'eau du sol et le dioxyde de carbone de l'air. Sous l'influence de l'énergie solaire, du glucose se forme, qui est ensuite converti en polysaccharide - amidon, nécessaire aux organismes végétaux pour la nutrition et la production d'énergie. L'oxygène est libéré dans l'environnement - une substance importante utilisée par tous les organismes vivants pour la respiration.

Comment se produit la photosynthèse. Une réaction chimique peut être représentée à l’aide de l’équation suivante :

6СО2 + 6Н2О + E = С6Н12О6 + 6О2

Les réactions photosynthétiques se produisent dans les plantes au niveau cellulaire, notamment dans les chloroplastes contenant le principal pigment, la chlorophylle. Ce composé donne non seulement aux plantes leur couleur verte, mais participe également activement au processus lui-même.

Pour mieux comprendre le processus, vous devez vous familiariser avec la structure des organites verts - les chloroplastes.

La structure des chloroplastes

Les chloroplastes sont des organites cellulaires que l'on trouve uniquement dans les plantes et les cyanobactéries. Chaque chloroplaste est recouvert d'une double membrane : externe et interne. La partie interne du chloroplaste est remplie de stroma - la substance principale dont la consistance ressemble au cytoplasme de la cellule.

Structure chromoplastique

Le stroma chloroplastique est constitué de :

• thylakoïdes - structures ressemblant à des sacs plats contenant le pigment chlorophylle ;
• groupes gran-thylakoïdes;
• lamelle - tubules qui relient le grana des thylakoïdes.

Chaque grana ressemble à une pile de pièces de monnaie, où chaque pièce est un thylakoïde, et la lamelle est une étagère sur laquelle sont disposés les granas. De plus, les chloroplastes possèdent leur propre information génétique, représentée par des brins d'ADN double brin, ainsi que des ribosomes, qui participent à la synthèse des protéines, des gouttes d'huile et des grains d'amidon.

Vidéo utile : la photosynthèse

Principales phases

La photosynthèse comporte deux phases alternées : claire et sombre. Chacun a ses propres caractéristiques et produits formés lors de certaines réactions. Deux photosystèmes, formés à partir des pigments auxiliaires captant la lumière, la chlorophylle et le caroténoïde, transfèrent l'énergie au pigment principal. En conséquence, l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique - ATP (acide adénosine triphosphorique). Que se passe-t-il dans les processus de photosynthèse.

Lumière

La phase lumineuse se produit lorsque des photons de lumière frappent la plante. Dans le chloroplaste, on le trouve sur les membranes thylakoïdes.

Principaux processus :

1. Les pigments du photosystème I commencent à « absorber » les photons de l’énergie solaire, qui sont transmis au centre de réaction.
2. Sous l’influence des photons lumineux, les électrons sont « excités » dans la molécule pigmentaire (chlorophylle).
3. L'électron « excité » est transféré vers la membrane externe du thylakoïde à l'aide de protéines de transport.
4. Le même électron interagit avec le composé complexe NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate), le réduisant en NADP*H2 (ce composé est impliqué dans la phase sombre).

Des processus similaires se produisent dans le photosystème II. Les électrons « excités » quittent le centre de réaction et sont transférés vers la membrane externe des thylakoïdes, où ils se lient à l'accepteur d'électrons, retournent au photosystème I et le restaurent.

Phase lumineuse de la photosynthèse

Comment le photosystème II est-il restauré ? Cela se produit en raison de la photolyse de l'eau - la réaction de division du H2O. Premièrement, la molécule d'eau donne des électrons au centre de réaction du photosystème II, grâce auquel sa réduction se produit. Après cela, l’eau est complètement divisée en hydrogène et oxygène. Cette dernière pénètre dans le milieu par les stomates de l'épiderme de la feuille.

La photolyse de l'eau peut être représentée à l'aide de l'équation :

2H2O = 4H + 4e + O2

De plus, pendant la phase lumineuse, des molécules d'ATP sont synthétisées - de l'énergie chimique qui entre dans la formation du glucose. La membrane thylakoïde contient un système enzymatique qui participe à la formation de l'ATP. Ce processus se produit du fait qu'un ion hydrogène est transféré via un canal d'une enzyme spéciale de la coque interne à la coque externe. Après quoi l’énergie est libérée.

Il est important de le savoir ! Pendant la phase lumineuse de la photosynthèse, de l'oxygène est produit, ainsi que de l'énergie ATP, qui est utilisée pour la synthèse des monosaccharides dans la phase sombre.

Sombre

Les réactions en phase sombre se produisent 24 heures sur 24, même sans la présence de la lumière du soleil. Les réactions photosynthétiques se produisent dans le stroma (environnement interne) du chloroplaste. Ce sujet a été étudié plus en détail par Melvin Calvin, en l'honneur duquel les réactions de la phase sombre sont appelées le cycle de Calvin, ou voie C3.

Ce cycle se déroule en 3 étapes :

1. Carboxylation.
2. Récupération.
3. Régénération des accepteurs.

Lors de la carboxylation, une substance appelée ribulose bisphosphate se combine aux particules de dioxyde de carbone. À cette fin, une enzyme spéciale est utilisée - la carboxylase. Un composé instable à six carbones se forme, qui se divise presque immédiatement en 2 molécules de PGA (acide phosphoglycérique).

Pour restaurer le PHA, l’énergie de l’ATP et du NADP*H2 formée pendant la phase lumineuse est utilisée. Les réactions successives produisent un sucre tricarboné avec un groupe phosphate.

Lors de la régénération des accepteurs, une partie des molécules PGA est utilisée pour restaurer les molécules de ribulose bisphosphate, qui est un accepteur de CO2. De plus, grâce à des réactions successives, un monosaccharide se forme - le glucose. Pour tous ces processus, l’énergie de l’ATP formée dans la phase légère, ainsi que celle du NADP*H2, sont utilisées.

Les processus de conversion de 6 molécules de dioxyde de carbone en 1 molécule de glucose nécessitent la dégradation de 18 molécules d'ATP et de 12 molécules de NADP*H2. Ces processus peuvent être représentés à l’aide de l’équation suivante :

6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О

Par la suite, des glucides plus complexes sont synthétisés à partir du glucose formé - polysaccharides : amidon, cellulose.

Note! Lors de la photosynthèse de la phase sombre, du glucose se forme - une substance organique nécessaire à la nutrition des plantes et à la production d'énergie.

Le tableau de photosynthèse ci-dessous vous aidera à mieux comprendre l'essence fondamentale de ce processus.

Tableau comparatif des phases de photosynthèse

Bien que le cycle de Calvin soit le plus caractéristique de la phase sombre de la photosynthèse, certaines plantes tropicales sont caractérisées par le cycle Hatch-Slack (voie C4), qui possède ses propres caractéristiques. Lors de la carboxylation dans le cycle Hatch-Slack, ce n'est pas l'acide phosphoglycérique qui se forme, mais d'autres, comme l'oxaloacétique, le malique, l'aspartique. De plus, au cours de ces réactions, le dioxyde de carbone s’accumule dans les cellules végétales et n’est pas éliminé par échange gazeux, comme c’est le cas dans la plupart des cas.

Par la suite, ce gaz participe aux réactions photosynthétiques et à la formation de glucose. Il convient également de noter que la voie C4 de la photosynthèse nécessite plus d’énergie que le cycle de Calvin. Les principales réactions et produits de formation dans le cycle Hatch-Slack ne diffèrent pas du cycle de Calvin.

Grâce aux réactions du cycle Hatch-Slack, la photorespiration ne se produit pratiquement pas chez les plantes, puisque les stomates de l'épiderme sont dans un état fermé. Cela leur permet de s’adapter à des conditions de vie spécifiques :

• chaleur extrème;
• climat sec;
• salinité accrue des habitats;
• manque de CO2.

Comparaison des phases claires et sombres

Signification dans la nature

Grâce à la photosynthèse, l'oxygène se forme - une substance vitale pour les processus de respiration et l'accumulation d'énergie à l'intérieur des cellules, qui permet aux organismes vivants de croître, de se développer, de se reproduire et est directement impliquée dans le travail de tous les systèmes physiologiques de l'homme et corps animal.

Important! L'oxygène dans l'atmosphère forme une boule d'ozone qui protège tous les organismes des effets nocifs des dangereux rayons ultraviolets.

Vidéo utile : préparation à l'examen d'État unifié en biologie - photosynthèse

Conclusion

Grâce à leur capacité à synthétiser l’oxygène et l’énergie, les plantes constituent le premier maillon de toutes les chaînes alimentaires, en tant que productrices. En consommant des plantes vertes, tous les hétérotrophes (animaux, personnes) reçoivent des ressources vitales en plus de la nourriture. Grâce au processus se produisant dans les plantes vertes et les cyanobactéries, une composition gazeuse constante de l’atmosphère et la vie sur terre sont maintenues.

En contact avec

Les plantes reçoivent de l’environnement tout ce dont elles ont besoin pour croître et se développer. C'est en cela qu'ils diffèrent des autres organismes vivants. Pour qu'ils se développent bien, ils ont besoin d'un sol fertile, d'un arrosage naturel ou artificiel et d'un bon éclairage. Rien ne poussera dans le noir.

Le sol est une source d’eau et de composés organiques et microéléments nutritifs. Mais les arbres, les fleurs et l’herbe ont également besoin d’énergie solaire. C'est sous l'influence de la lumière du soleil que se produisent certaines réactions, à la suite desquelles le dioxyde de carbone absorbé par l'air est converti en oxygène. Ce procédé est appelé photosynthèse. La réaction chimique qui se produit sous l’influence de la lumière solaire conduit également à la formation de glucose et d’eau. Ces substances sont vitales pour le développement de la plante.

Dans le langage des chimistes, la réaction ressemble à ceci : 6CO2 + 12H2O + lumière = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. Une forme simplifiée de l'équation : dioxyde de carbone + eau + lumière = glucose + oxygène + eau.

Littéralement, « photosynthèse » se traduit par « avec la lumière ». Ce mot est composé de deux mots simples « photo » et « synthèse ». Le soleil est une source d’énergie très puissante. Les gens l’utilisent pour produire de l’électricité, isoler les maisons et chauffer l’eau. Les plantes ont également besoin de l’énergie du soleil pour survivre. Le glucose, produit lors de la photosynthèse, est un sucre simple qui constitue l’un des nutriments les plus importants. Les plantes l’utilisent pour leur croissance et leur développement, et l’excès se dépose dans les feuilles, les graines et les fruits. La totalité du glucose ne reste pas inchangée dans les parties vertes des plantes et des fruits. Les sucres simples ont tendance à se transformer en sucres plus complexes, parmi lesquels l’amidon. Les plantes utilisent ces réserves pendant les périodes de pénurie de nutriments. Ils déterminent la valeur nutritionnelle des herbes, des fruits, des fleurs, des feuilles pour les animaux et les personnes qui consomment des aliments végétaux.

Comment les plantes absorbent-elles la lumière ?

Le processus de photosynthèse est assez complexe, mais il peut être décrit brièvement afin qu'il devienne compréhensible même pour les enfants d'âge scolaire. L’une des questions les plus courantes concerne le mécanisme d’absorption de la lumière. Comment l’énergie lumineuse pénètre-t-elle dans les plantes ? Le processus de photosynthèse se produit dans les feuilles. Les feuilles de toutes les plantes contiennent des cellules vertes - des chloroplastes. Ils contiennent une substance appelée chlorophylle. La chlorophylle est le pigment qui donne aux feuilles leur couleur verte et est responsable de l'absorption de l'énergie lumineuse. Beaucoup de gens ne se demandent pas pourquoi les feuilles de la plupart des plantes sont larges et plates. Il s’avère que la nature a prévu cela pour une raison. La large surface vous permet d'absorber plus de lumière du soleil. Pour la même raison, les panneaux solaires sont larges et plats.

La partie supérieure des feuilles est protégée par une couche cireuse (cuticule) de la perte d’eau et des effets néfastes des intempéries et des ravageurs. C'est ce qu'on appelle la palissade. Si vous regardez attentivement la feuille, vous remarquerez que sa face supérieure est plus brillante et plus lisse. La couleur riche est obtenue grâce au fait qu'il y a plus de chloroplastes dans cette partie. Un excès de lumière peut réduire la capacité de la plante à produire de l'oxygène et du glucose. Lorsqu’elle est exposée au soleil, la chlorophylle est endommagée, ce qui ralentit la photosynthèse. Un ralentissement se produit également avec l'arrivée de l'automne, lorsqu'il y a moins de lumière et que les feuilles commencent à jaunir en raison de la destruction des chloroplastes qu'elles contiennent.

Le rôle de l’eau dans la photosynthèse et dans le maintien de la vie végétale ne peut être sous-estimé. L'eau est nécessaire pour :

• fournir aux plantes des minéraux dissous;
• maintenir le ton ;
• refroidissement;
• la possibilité de réactions chimiques et physiques.

Les arbres, les arbustes et les fleurs absorbent l'eau du sol avec leurs racines, puis l'humidité monte le long de la tige et passe dans les feuilles le long de nervures visibles même à l'œil nu.

Le dioxyde de carbone pénètre par de petits trous au bas de la feuille - les stomates. Dans la partie inférieure de la feuille, les cellules sont disposées de manière à permettre au dioxyde de carbone de pénétrer plus profondément. Cela permet également à l’oxygène produit par la photosynthèse de quitter facilement la feuille. Comme tous les organismes vivants, les plantes sont dotées de la capacité de respirer. De plus, contrairement aux animaux et aux humains, ils absorbent le dioxyde de carbone et libèrent de l’oxygène, et non l’inverse. Là où il y a beaucoup de plantes, l’air est très pur et frais. C’est pourquoi il est si important de prendre soin des arbres et arbustes et de créer des jardins et parcs publics dans les grandes villes.

Phases claires et sombres de la photosynthèse

Le processus de photosynthèse est complexe et se compose de deux phases : claire et sombre. La phase lumineuse n'est possible qu'en présence de soleil. Lorsqu’elles sont exposées à la lumière, les molécules de chlorophylle s’ionisent, produisant de l’énergie qui sert de catalyseur aux réactions chimiques. L’ordre des événements se produisant dans cette phase est le suivant :

• la lumière frappe la molécule de chlorophylle, qui est absorbée par le pigment vert et la met dans un état excité ;
• l'eau se divise;
• L'ATP est synthétisé, qui est un accumulateur d'énergie.

La phase sombre de la photosynthèse se produit sans la participation de l'énergie lumineuse. A ce stade, du glucose et de l'oxygène se forment. Il est important de comprendre que la formation de glucose et d’oxygène se produit 24 heures sur 24, et pas seulement la nuit. La phase sombre est appelée parce que la présence de lumière n’est plus nécessaire pour qu’elle se produise. Le catalyseur est l’ATP, qui a été synthétisé plus tôt.

L'importance de la photosynthèse dans la nature

La photosynthèse est l'un des processus naturels les plus importants. Il est nécessaire non seulement au maintien de la vie végétale, mais aussi à toute vie sur la planète. La photosynthèse est nécessaire pour :

• fournir de la nourriture aux animaux et aux personnes ;
• éliminer le dioxyde de carbone et saturer l'air en oxygène ;
• maintenir le cycle des nutriments.

Toutes les plantes dépendent du taux de photosynthèse. L’énergie solaire peut être considérée comme un facteur favorisant ou inhibant la croissance. Par exemple, dans les régions et zones du sud, il y a beaucoup de soleil et les plantes peuvent pousser assez haut. Si l’on considère comment le processus se déroule dans les écosystèmes aquatiques, la lumière solaire ne manque pas à la surface des mers et des océans et on observe une croissance abondante d’algues dans ces couches. Dans les couches d’eau plus profondes, l’énergie solaire manque, ce qui affecte le taux de croissance de la flore aquatique.

Le processus de photosynthèse contribue à la formation de la couche d'ozone dans l'atmosphère. Ceci est très important car cela contribue à protéger toute vie sur la planète des effets nocifs des rayons ultraviolets.

Histoire de l'étude de la photosynthèse a commencé lorsque M.V. Lomonossov a été le premier à exprimer l'idée de la nutrition aérienne des plantes en 1761, mais il n'avait aucune donnée expérimentale. Photosynthèse chez les plantes.

L'influence des plantes sur la composition de l'air

Étudier influence des plantes sur la composition de l'air ambiant a été réalisée pour la première fois par D. Priestley (1773). Dans ses expériences, une souris recouverte d'une cloche en verre est morte, mais placée avec une branche de menthe dans les mêmes conditions, elle est restée en vie. D. Priestley a établi le fait que les plantes sont capables de « corriger » l'air.
Expérience de D. Priestley. Cependant, le fait que cette « correction » de l’air ne se produise qu’à la lumière a échappé à l’attention de D. Priestley lors de ses premières expériences. Par la suite, D. Priestley et I. Ingenhaus (1779) ont établi que les plantes ne peuvent corriger l'air que dans la lumière et que dans l'obscurité, comme les animaux, elles « gâtent » l'air. La correction de l'air à la lumière est seulement caractéristique. Ainsi, dans ces expériences, la preuve a été obtenue pour la première fois de l'existence dans les plantes de deux processus directement opposés affectant la composition de l'air. Mais ni Priestley ni Ingenhaus n’ont compris l’importance de « corriger » l’air de l’usine elle-même.

Processus de nutrition carbonée

J. Senebier (1782) a prouvé que l'absorption du dioxyde de carbone par les plantes et la libération d'oxygène à la lumière sont processus de nutrition carbonée, à la suite de quoi le carbone s'accumule dans les plantes. Senebier fut le premier à donner une explication correcte de l'essence des échanges gazeux dans les plantes. Une série de ces découvertes dans ce domaine ont abouti aux expériences de N. Saussure (1804), qui a montré quantitativement que les volumes de gaz échangés - oxygène et dioxyde de carbone - dans ce processus sont égaux et que l'eau est utilisée simultanément avec le dioxyde de carbone, puisque le profit dans le poids de la masse sèche des plantes dépasse largement le poids du carbone dans le dioxyde de carbone. C’est ainsi que fut établie l’origine du carbone, de l’oxygène et de l’hydrogène dans les plantes.
Échange de gaz dans les plantes. Ainsi, au XVIIIe et au début du XIXe siècle, les principes de base de la nutrition aérienne des plantes sont précisés : absorption du dioxyde de carbone, libération d'oxygène, besoin en lumière et en chlorophylle, nature des produits finaux. Cependant, le rôle de la lumière reste flou.

La prochaine étape dans la compréhension de la nature de la photosynthèse est l’étude de K. A. Timiryazev sur l’aspect énergétique de ce processus et rôle de la lumière.
Le rôle de la lumière dans la vie végétale. K. A. Timiryazev a montré que la lumière absorbée par la chlorophylle est nécessaire comme source d'énergie et a prouvé l'applicabilité de la loi de conservation de l'énergie au processus de photosynthèse. Willstetter, qui a donné la formule de la chlorophylle et des caroténoïdes, et M. S. Tsvet, qui a développé une méthode chromatographique pour séparer les pigments des feuilles, ont apporté une contribution majeure à l'étude des pigments impliqués dans la photosynthèse. L'écologie de la photosynthèse a été étudiée par de nombreux scientifiques russes : S. P. Kostychev, V. N. Lyubimenko, A. A. Ivanov, D. I. Ivanovsky et A. A. Richter. Dans les années 70 du XXe siècle, la chimie de la photosynthèse a été activement étudiée par A. I. Terenin, A. A. Krasnovsky, A. A. Nichiporovich, T. N. Godnev, et à l'étranger par O. Warburg, M. Calvin, E. I. Rabinovich, etc.

L’histoire de la découverte d’un phénomène étonnant et d’une importance vitale tel que la photosynthèse est profondément enracinée dans le passé. Il y a plus de quatre siècles, en 1600, le scientifique belge Jan Van Helmont réalisait une expérience simple. Il a placé une brindille de saule dans un sac contenant 80 kg de terre. Le scientifique a enregistré le poids initial du saule, puis a arrosé la plante exclusivement avec de l'eau de pluie pendant cinq ans. Imaginez la surprise de Jan Van Helmont lorsqu'il a pesé à nouveau le saule. Le poids de la plante a augmenté de 65 kg, et la masse de la terre n'a diminué que de 50 grammes ! L’endroit où la plante a obtenu 64 kg (950 grammes) de nutriments reste un mystère pour le scientifique !

La prochaine expérience significative sur la voie de la découverte de la photosynthèse appartenait au chimiste anglais Joseph Priestley. Le scientifique a mis une souris sous le capot et cinq heures plus tard, le rongeur est mort. Lorsque Priestley a placé un brin de menthe avec la souris et a également recouvert le rongeur d'un capuchon, la souris est restée en vie. Cette expérience a conduit le scientifique à l'idée qu'il existe un processus opposé à la respiration. Jan Ingenhouse a établi en 1779 que seules les parties vertes des plantes sont capables de libérer de l'oxygène. Trois ans plus tard, le scientifique suisse Jean Senebier a prouvé que le dioxyde de carbone, sous l'influence du soleil, se décompose en organites de plantes vertes. À peine cinq ans plus tard, le scientifique français Jacques Boussingault, menant des recherches en laboratoire, a découvert que l'absorption de l'eau par les plantes se produit également lors de la synthèse de substances organiques. La découverte historique a été faite en 1864 par le botaniste allemand Julius Sachs. Il a pu prouver que le volume de dioxyde de carbone consommé et le volume d'oxygène libéré se présentent dans un rapport de 1:1.

La photosynthèse est l'un des processus biologiques les plus importants

En termes scientifiques, la photosynthèse (du grec ancien φῶς - lumière et σύνθεσις - connexion, liaison) est un processus dans lequel des substances organiques sont formées à partir de dioxyde de carbone et d'eau sous l'effet de la lumière. Le rôle principal dans ce processus appartient aux segments photosynthétiques.

Au sens figuré, une feuille de plante peut être comparée à un laboratoire dont les fenêtres donnent sur le côté ensoleillé. C'est en lui que se produit la formation de substances organiques. Ce processus est à la base de l’existence de toute vie sur Terre.

Beaucoup se poseront raisonnablement la question : que respirent les gens qui vivent dans une ville, où l’on ne trouve encore moins un arbre ou un brin d’herbe le jour avec du feu ? La réponse est très simple. Le fait est que les plantes terrestres ne représentent que 20 % de l’oxygène libéré par les plantes. Les algues jouent un rôle de premier plan dans la production d'oxygène dans l'atmosphère. Ils représentent 80 % de l’oxygène produit. En termes de chiffres, les plantes et les algues rejettent chaque année 145 milliards de tonnes (!) d’oxygène dans l’atmosphère ! Ce n’est pas pour rien que les océans du monde sont appelés « les poumons de la planète ».

La formule générale de la photosynthèse est la suivante :

Eau + Dioxyde de carbone + Lumière → Glucides + Oxygène

Pourquoi les plantes ont-elles besoin de photosynthèse ?

Comme nous l’avons appris, la photosynthèse est une condition nécessaire à l’existence humaine sur Terre. Cependant, ce n’est pas la seule raison pour laquelle les organismes photosynthétiques produisent activement de l’oxygène dans l’atmosphère. Le fait est que les algues et les plantes forment chaque année plus de 100 milliards de substances organiques (!), qui constituent la base de leur activité vitale. En se souvenant de l'expérience de Jan Van Helmont, on comprend que la photosynthèse est la base de la nutrition des plantes. Il a été scientifiquement prouvé que 95 % de la récolte est déterminée par les substances organiques obtenues par la plante lors du processus de photosynthèse, et 5 % par les engrais minéraux que le jardinier applique au sol.

Les résidents d'été modernes accordent la plus grande attention à la nutrition du sol des plantes, oubliant sa nutrition aérienne. On ne sait pas quel type de récolte les jardiniers pourraient obtenir s'ils faisaient attention au processus de photosynthèse.

Cependant, ni les plantes ni les algues ne pourraient produire de l'oxygène et des glucides de manière aussi active si elles ne disposaient pas d'un pigment vert étonnant : la chlorophylle.

Le mystère du pigment vert

La principale différence entre les cellules végétales et les cellules d’autres organismes vivants réside dans la présence de chlorophylle. À propos, c'est lui qui est responsable du fait que les feuilles des plantes sont colorées en vert. Ce composé organique complexe possède une propriété étonnante : il peut absorber la lumière du soleil ! Grâce à la chlorophylle, le processus de photosynthèse devient également possible.

Deux étapes de la photosynthèse

En termes simples, la photosynthèse est un processus dans lequel l'eau et le dioxyde de carbone absorbés par une plante à la lumière, à l'aide de la chlorophylle, forment du sucre et de l'oxygène. De cette façon, les substances inorganiques sont étonnamment transformées en substances organiques. Le sucre obtenu par transformation est une source d’énergie pour les plantes.

La photosynthèse comporte deux étapes : claire et sombre.

Phase lumineuse de la photosynthèse

Elle est réalisée sur les membranes thylakoïdes.

Les thylakoïdes sont des structures délimitées par une membrane. Ils sont situés dans le stroma du chloroplaste.

L’ordre des événements au stade lumineux de la photosynthèse est le suivant :

1. La lumière frappe la molécule de chlorophylle, qui est ensuite absorbée par le pigment vert et provoque son excitation. L'électron inclus dans la molécule se déplace vers un niveau supérieur et participe au processus de synthèse.
2. L'eau se divise, au cours de laquelle les protons sont convertis en atomes d'hydrogène sous l'influence des électrons. Par la suite, ils sont consacrés à la synthèse des glucides.
3. Au stade final de l’étape lumineuse, l’ATP (Adénosine triphosphate) est synthétisée. Il s'agit d'une substance organique qui joue le rôle d'accumulateur d'énergie universel dans les systèmes biologiques.

Phase sombre de la photosynthèse

L'endroit où se produit la phase sombre est le stroma des chloroplastes. C'est pendant la phase sombre que l'oxygène est libéré et que le glucose est synthétisé. Beaucoup penseront que cette phase a reçu ce nom parce que le processus qui se déroule au cours de cette étape se produit exclusivement la nuit. En fait, ce n’est pas tout à fait vrai. La synthèse du glucose se produit 24 heures sur 24. Le fait est que c'est à ce stade que l'énergie lumineuse n'est plus consommée, ce qui signifie qu'elle n'est tout simplement pas nécessaire.

L'importance de la photosynthèse pour les plantes

Nous avons déjà déterminé que les plantes ont autant besoin de photoynthèse que nous. Il est très facile de parler de l’ampleur de la photosynthèse en termes de chiffres. Les scientifiques ont calculé que les plantes terrestres emmagasinent à elles seules autant d’énergie solaire que 100 mégalopoles pourraient en consommer d’ici 100 ans !

La respiration des plantes est le processus inverse de la photosynthèse. Le but de la respiration des plantes est de libérer de l'énergie pendant le processus de photosynthèse et de la diriger vers les besoins des plantes. En termes simples, le rendement est la différence entre la photosynthèse et la respiration. Plus il y a de photosynthèse et plus la respiration est faible, plus la récolte est importante, et vice versa !

La photosynthèse est un processus étonnant qui rend la vie possible sur Terre !