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Sciences
Comment la photorespiration peut-elle diminuer le rendement de la photosynthèse de près de 50%?
Réponse de Aya Yokota
Doctorante
Départment de biologie végétale et microbienne
Université de Zurich
La photorespiration est un phénomène qui consomme, de manière générale, de l’oxygène (O2) et qui dégage du dioxyde de carbone (CO2). Ce terme est couramment utilisé pour décrire un phénomène qui se produit à la lumière, dans les chloroplastes, à la place de la photosynthèse qui devrait normalement avoir lieu.
Tout d’abord, revenons au principe de la photosynthèse. C’est un mécanisme chez les plantes qui permet de produire du sucre (source de carbone) à partir de lumière, d’eau et de dioxyde de carbone. Ce mécanisme a lieu dans les chloroplastes. Il peut être décrit en deux parties distinctes ; d’une part, par la formation de sucre à partir du dioxyde de carbone provenant de l’atmosphère (cycle de Calvin-Benson) et, d’autre part, à la formation d’énergie chimique nécessaire à la première réaction, à partir d’énergie lumineuse. En effet, le cycle de Calvin-Benson est un mécanisme qui nécessite un apport d’énergie pour avoir lieu. Cette énergie peut s’acquérir par la transformation de l’énergie lumineuse en énergie chimique.
La première étape du cycle de Calvin-Benson est l’incorporation du carbone du CO2 atmosphérique dans la chaîne de réaction chimique. Cette étape se fait grâce à une enzyme qui s’appelle la Rubisco. Cette dernière possède également une affinité pour l’oxygène atmosphérique et, dans certaines conditions (comme à température élevée ou alors à une faible concentration de CO2 atmosphérique), la probabilité de fixation de l’O2 par la Rubisco devient plus importante.
De manière simplifiée, dans le cas de la photosynthèse, le CO2 réagit avec une molécule à 5 carbones pour former deux molécules à 3 carbones. On appellera par la suite ces deux molécules : 5C et 3C respectivement. En effet, comme le mentionne Lavoisier, «rien ne se perd, rien ne se créé : tout se transforme» ; ainsi, une molécule de CO2 plus une molécule à 5 carbones donne lieu à un produit avec un total de 6 carbones : sous la forme de deux molécules à 3 carbones (1 + 5 = 3 + 3). Une partie des molécules 3C servira à la synthèse du sucre (la molécule de glucose), tandis que le reste permettra de reformer des molécules 5C pour ainsi recommencer le cycle.
Cependant, dans le cas de la photorespiration, l’O2 incorporé réagit avec la molécule 5C pour former la molécule 3C et une molécule à 2 carbones. Le plus souvent, cette dernière peut être récupérée en partie sous forme de molécule 3C, avec libération de CO2. Cependant, chez certaines algues, la molécule 2C est perdue. Dans ce dernier cas, la photorespiration conduit à la production d’une molécule 3C, contrairement à la photosynthèse qui en produit 2.
La photorespiration est donc un processus coûteux et désavantageux. Elle conduit à la réduction du rendement de la photosynthèse de différentes manières:
- elle se produit à la place de la photosynthèse et conduit à l’incorporation d’une molécule de carbone en moins.
- contrairement à la photosynthèse, elle ne permet pas le recyclage de la molécule 5C initiale et consomme donc des ressources de carbone.
- de plus, la photorespiration est un processus qui consomme plus d’énergie, comparé à la photosynthèse, et conduit donc à un gaspillage d’énergie.
Une des raisons qui expliquerait ce phénomène remonterait aux origines de l’activité de l’enzyme Rubisco, datant d’une période géologique où la concentration atmosphérique en oxygène était négligeable, voire inexistante.
Certaines plantes vivant en milieu aride ont cependant évolué de façon à éviter ce phénomène très coûteux.
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