La photosynthèse est une réaction complexe qui permet aux plantes de capter le CO2 de l’air et de le transformer en glucose grâce à la lumière du soleil. Mais cette réaction est fortement influencée par les conditions environnementales, comme la disponibilité en eau et la température, qui peuvent entraîner la fermeture des stomates et limiter l’assimilation du CO2. Et les espèces végétales ne sont pas les seules à pouvoir réaliser cette réaction : des bactéries, des coraux et même une limace de mer ont la capacité de produire leur propre nourriture grâce à la photosynthèse.

Comment fonctionne la photosynthèse  ?

Les espèces végétales sont capables de capter du CO₂ à travers les stomates, soit les pores des feuilles. Ce CO₂ est ensuite utilisé pour réaliser la photosynthèse, ensemble de processus métaboliques permettant de transformer la matière minérale en matière organique sous l’action de l’énergie lumineuse. La photosynthèse ne prend donc place que lors de la journée. En termes de réactions chimiques, le CO₂ et l’H₂O vont réagir ensemble pour donner du glucose (C₆H₁₂O₆) et de l’O₂ (équation 1). Cet ensemble de réactions s’appelle le cycle de Calvin.

Le siège de la photosynthèse est le chloroplaste, organite spécialisé de la cellule végétale (Fig. 1). Cet organite contient les pigments photosynthétiques dont le principal est la chlorophylle. C’est ce pigment qui confère la couleur verte aux végétaux. Cependant, d’autres pigments participent à la photosynthèse tels que les caroténoïdes (carotènes et xanthophylles) responsables de couleur jaune-orange.

Le glucose produit par la photosynthèse va ensuite servir dans les processus de respiration cellulaire, connu sous le nom de cycle de Krebs. Ce cycle est présent chez tous les êtres vivants et se déroule dans les mitochondries. Il permet de fournir l’énergie nécessaire, sous forme d’adénosine triphosphate (ATP), au fonctionnement cellulaire (équation 2). La photosynthèse permet aussi d’assimiler le carbone nécessaire à la production de biomasse.

Equation 2 : C₆H₁₂O₆ + O₂ = ATP + CO₂

Contrôle environnemental de la photosynthèse

La photosynthèse est fortement contrôlée par les conditions environnementales, notamment via l’ouverture des stomates. En effet, ce paramètre, régissant l’assimilation du CO₂ dans l’organisme, va être fortement dépendant du statut hydrique des végétaux (Niinemets et al. 2004). Afin de conserver l’eau dans leurs tissus, les végétaux vont fermer leurs stomates quand la sécheresse ou la température est trop extrême, limitant ainsi l’assimilation du CO₂. L’ouverture des stomates va dépendre de l’adaptation des végétaux aux conditions environnementales et de leur résistance et résilience face à la sécheresse ou de fortes températures (Chaves et al. 2002). En effet, une espèce méditerranéenne telle que le chêne vert (Quercus ilex) peut maintenir ses stomates ouverts même sous condition de sécheresse intense tandis qu’une espèce de milieu tempéré comme le chêne sessile (Quercus petraea) aura plutôt tendance à les fermer.

De plus, l’ensemble des stress environnementaux engendrent des perturbations métaboliques sous la forme de production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS, Bhattacharjee 2005). Ces ROS vont oxyder la chaîne de réaction chimique responsable de la photosynthèse, limitant l’assimilation de carbone.

Autres organismes photosynthétiques

Les espèces végétales ne sont pas les seules capables de réaliser la photosynthèse (Fig. 2). En effet, certaines bactéries, appelées cyanobactéries, possèdent toute la machine métabolique pur réaliser la photosynthèse. Il faut noter que certaines espèces peuvent s’associer à des organismes unicellulaires photosynthétiques comme c’est le cas des coraux symbiotiques. Ces derniers accueillent des zooxanthelles (microalgues photosynthétiques du genre Symbiodinium) dans leurs tissus et bénéficient d’une production de matière organique à partir de matière minérale (Gorbunov et al. 2001). Enfin, il a été démontré, récemment, qu’une limace de mer, Elysia chlorotica, possédait aussi des chloroplastes et pouvait ainsi réaliser la photosynthèse (Cai et al. 2019).