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Chimiquement la photosynthèse se résume par la formule suivante :
6CO₂ + 6H₂O -> 6O₂ +C₆H₁₂O₆
Sur un plan fonctionnel, cette réaction permet de capter le carbone atmosphérique par transformation en glucose[1]. C'est également cette réaction qui régule la transpiration végétale[2].
À priori ubiquitaire, il existe différentes voies de photosynthèse dont 3 principales.
La transformation d'énergie lumineuse en énergie chimique se fait via des photosystèmes chlorophylliens au niveau des thylakoïdes, dans le stroma des chloroplastes.
Les photosystèmes 2 (P680) transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique soit : 2H₂O -> O₂ + 4H⁺. Ils réduisent également de la plastoquinone ayant pour destination finale les photosystèmes 1. Les protons alimentent directement des ATP synthases.
Les photosystèmes 1 (P700) mobilisent d'autres voies métaboliques de transformation de l'énergie lumineuse de sorte à réduire du NADP en NADPH.
Modèle le plus connu ; le CO₂ entre via les stomates, est solubilisé dans les chambres sous-stomatiques puis mobilisé dans le stroma des chloroplastes par le cycle de Calvin-Benson.
La RuBisCO[3] y exerce son activité carboxylase et réduit le CO₂ en 3-phosphoglycérate en voie à devenir du glucose.
À noter que cette réaction étant endergonique, elle requiert la conversion d'énergie lumineuse pour avoir lieu.
Le modèle C₄ déplace le lieu du cycle de Calvin vers une gaine périvasculaire. La concentration locale de CO₂ y limite l'activité oxygénase de la RuBisCO.
Les cellules de la gaine périvasculaire sont bordées de subérine, imperméable au O₂. De même, elles sont dépourvues de photosystèmes 2 (les rendant agranaires) ce qui élimine la production d'O₂.
Pour ce faire, le CO₂ est transformé en HCO₃⁻ (par anhydrase carbonique) puis réagit avec du phosphoénolpyruvate pour donner l'oxaloacétate (C₄) via la PEP-Carboxylase.
Cet acide est ensuite transformé en malate transporté dans la gaine périvasculaire pour y libérer : une molécule de CO₂ et un pyruvate (qui réalimentera le cycle).
Acronyme de Crassulacean Acid Metabolism, la voie est similaire à celle des C₄ avec une forme de stockage de CO₂. Les stomates sont ouverts la nuit, permettant au CO₂ d'être accumulé sous forme de malate. La transformation aura lieu la journée, en présence de lumière et où les stomates sont fermés.
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