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Danse chimique dans la photosynthèse : comment l'ATP et le NADPH contribuent-ils au cycle de Calvin ?
Dans le processus magique de la photosynthèse, les plantes peuvent non seulement absorber du dioxyde de carbone et de l'eau, mais aussi utiliser l'énergie lumineuse pour transformer ces composants simples en substances organiques complexes. La clé de tout cela est le cycle de Calvin. Ce cycle est une danse de réactions chimiques à l’intérieur de l’entreprise qui est responsable de la conversion du dioxyde de carbone en glucose dont les plantes ont besoin. Ce qui est frappant, c’est que ce processus repose en réalité sur deux monnaies énergétiques importantes : l’ATP et le NADPH.
Le cycle de Calvin, également connu sous le nom de réaction indépendante de la lumière, est essentiel à la croissance et à la reproduction des plantes car il convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique, faisant des plantes la base de l'écosystème terrestre.
Le cycle de Calvin est omniprésent chez tous les eucaryotes photosynthétiques, et des traces de celui-ci peuvent même être trouvées chez certaines bactéries photosynthétiques. Ces réactions se produisent principalement dans le stroma du chloroplaste, la région liquide à l’extérieur de la membrane thylakoïde. Ce cycle utilise les produits de la réaction lumineuse - ATP et NADPH - et les convertit en sucres que la plante peut utiliser.
Ce cycle n’implique pas la conversion directe du dioxyde de carbone en sucre, mais plutôt une série de réactions de réduction-oxydation. Le cycle de Calvin peut être divisé en trois étapes principales : la carbonisation, la réaction de réduction et la régénération du RuBP. Bien qu'on l'appelle « réaction sombre », ce cycle ne signifie pas qu'il ne peut être réalisé que dans l'obscurité. En effet, le cycle de Calvin nécessite du NADPH, qui provient principalement de réactions dépendantes de la lumière et ne peut pas être maintenu dans l’obscurité. Dans l’obscurité, les plantes libèrent du saccharose à partir de leurs réserves d’amidon pour maintenir leurs besoins énergétiques.
Cela permet au cycle de Calvin de se dérouler en présence de lumière, sans être limité à une voie photosynthétique spécifique.
Dans les réactions dépendantes de la lumière, l’énergie lumineuse est absorbée et convertie en ATP et NADPH, qui alimentent ensuite le cycle de Calvin. Ce processus est étroitement lié à la chaîne de transport d’électrons des thylakoïdes, car le NADPH produit lors de la photosynthèse est la source d’énergie qui entraîne la réduction du dioxyde de carbone.
L'enzyme clé du cycle de Calvin est la RuBisCO, qui catalyse la liaison du RuBP au dioxyde de carbone, démarrant ainsi l'étape de carbonisation. L’étape de réduction suivante consiste à utiliser le NADPH pour convertir le 3-carboxyglycérate en glycéraldéhyde-3-phosphate. Dans ce processus, la consommation d’ATP et de NADPH en fait des facteurs clés pour favoriser la réaction.
Le produit final est le glycéraldéhyde-3-phosphate, ou G3P, un sucre à trois carbones qui peut être métabolisé davantage pour synthétiser d’autres composés organiques tels que le glucose, l’amidon et la cellulose.
La phase de régénération du cycle de Calvin est tout aussi importante. Cinq molécules G3P peuvent être converties en trois molécules RuBP, et ce processus consomme de l'ATP en même temps. Après chaque cycle, le gain net n'est que d'un seul G3P disponible pour la plante. On peut voir que six cycles de Calvin sont nécessaires pour synthétiser le glucose, ce qui fait de l’utilisation efficace de l’énergie un miracle biochimique étonnant.
Dans le contexte du changement climatique, l’impact des températures élevées sur les plantes devient de plus en plus évident. Le phénomène de photorespiration produit par la réaction du RuBisCO amène les plantes à libérer du dioxyde de carbone, ce qui affecte leur efficacité à fixer le carbone. Pour relever ce défi, certaines plantes comme le maïs et la canne à sucre ont développé des voies métaboliques C4, qui réduisent efficacement l’impact de la photorespiration et améliorent l’efficacité photosynthétique.
Cela affecte non seulement la survie des plantes, mais a également un impact profond sur l’ensemble de l’écosystème.
À mesure que notre compréhension du processus de photosynthèse s’approfondit, nous commençons à repenser la manière dont les humains peuvent mieux utiliser ce processus naturel et contribuer au développement durable. Existe-t-il d’autres plantes qui peuvent nous fournir des indices sur la manière dont nous pouvons nous adapter au changement climatique ?
