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Les plantes sont capables de produire toutes leurs molécules organiques (glucides, lipides, protides, acides nucléiques, vitamines...) à partir de molécules minérales (dioxyde de carbone prélevé dans l'air entré par les stomates, eau et ions minéraux prélevés dans le sol et transportés grâce à la sève brute) : ce sont des organismes
autotrophes. Cette autotrophie nécessite de l'énergie lumineuse et se fait au cours d'un processus complexe, la photosynthèse.

On cherche à expliquer comment une plante produit une grande diversité de molécules organiques et à montrer qu’elle les utilise à différentes échelles.

Pour cela, on détaillera dans un premier temps les réactions de la photosynthèse permettant la production de matière organique, puis on verra que cette matière organique est utilisée à différentes échelles et permet le développement de la plante ainsi que l’interaction de la plante avec d’autres espèces pour se reproduire ou se défendre.

1. La production de matière organique par photosynthèse

A.  Les organes chlorophylliens réalisent la photosynthèse :
La présence d'amidon (une forme de stockage du glucose) peut être mise en évidence dans les parties vertes des plantes, seulement si elles ont reçu suffisamment de lumière. Ainsi, la production de matière organique par photosynthèse se fait dans les parties aériennes et vertes de la plante, principalement au niveau des feuilles.
C'est surtout dans leurs parenchymes que se trouvent les cellules chlorophylliennes, pourvues d'organites spécialisés dans la photosynthèse : les chloroplastes. Ils contiennent , au niveau des thylakoïdes, un ensemble de molécules capables d'absorber l'énergie lumineuse, les pigments chlorophylliens, que l’on peut mettre en évidence par chromatographie (xanthophylles, carotènes, chlorophylles a et b).

B. La photosynthèse : des réactions d’oxydoréductions :
En 1941, Ruben et Kamen au cours d'une série d'expériences montrent que le dioxygène produit lors de la photosynthèse a pour origine la molécule d'eau. Au cours de la photosynthèse, des molécules d'eau sont donc oxydées, libérant du dioxygène mais aussi des protons et des électrons. C'est la photolyse de l'eau :
2H2O 4H+ + 4e- + O2
Les électrons ainsi libérés doivent être captés par une autre molécule, qui sera alors réduite.

Les expériences de Calvin et Benson au cours des années 1950 montrent que le dioxyde de carbone est transformé au cours de la photosynthèse en différentes molécules organiques comme des glucides (glucose ou autres sucres solubles) et
des acides aminés. À la suite de réactions chimiques complexes, le carbone qui était lié exclusivement à l'oxygène dans le CO2 se retrouve lié dans les molécules organiques à d'autres carbones et à des hydrogènes.
Cela correspond à une réduction du dioxyde de carbone, dont le bilan est le suivant :

6 CO2 + 24 H+ + 24 e- C6H12O6 + 6H2O

La photosynthèse correspond donc à une réduction de CO2 en matière organique couplée à l'oxydation de l'eau.

[pic 1]

Transition : Les molécules organiques produites par la photosynthèse sont en partie utilisées par les tissus chlorophylliens eux-mêmes. Le reste est exporté sous forme de petites molécules solubles (acides aminés, sucres) vers tous les organes de la plante, et en particulier vers les organes non chlorophylliens (racines, bourgeons, fruits...) via la sève élaborée. Ces sucres et ces acides aminés sont alors transformés et permettent la production d'une grande diversité de composés organiques, remplissant de nombreuses fonctions au sein de la plante.

Une partie importante des molécules organiques issues de la photosynthèse sert au développement de la plante.

II. Matière organique et développement de la plante

1. Croissance et port de la plante

Les cellules des plantes possèdent une paroi formée de différents composés dont la cellulose. La cellulose est une molécule fibreuse produite dans les zones d'élongation des organes. Elle s'accumule progressivement dans la paroi des cellules végétales, participant au contrôle de leur croissance.

La paroi de certaines cellules s'enrichit aussi en lignines et devient très rigide. Elles constituent alors des tissus comme le sclérenchyme ou le bois, qui assurent le soutien et le port de la plante.

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