phase de proportionnalité où la lumière est limitante, un plateau variable avec la concentration en
CO 2 dans l’atmosphère. Plus cette concentration
est élevée, et plus l’intensité photosynthétique est
importante pour une intensité lumineuse donnée ;
dans les conditions normales de concentration
(0,036 %), le CO 2 est clairement le facteur limitant
pour la plupart des Végétaux.
3.5.1. F IXATION DU CO 2 ET FORMATION
DU 3-PHOSPHOGLYCÉRATE
Une série d’expériences commencée en 1945 par
M. C ALVIN et son équipe a permis d’élucider les
réactions biochimiques conduisant à la réduction
du CO 2 , et de déterminer son accepteur organique
initial.
La première molécule marquée apparaissant
sur les autoradiogrammes fut identifiée comme
l’acide 3-phosphoglycérique , molécule déjà rencontrée dans la glycolyse ; l’hypothèse initiale fut
donc simplement qu’un composé à deux carbones
constituait la molécule acceptrice du CO 2 atmosphérique. Il s’est avéré que c’était en fait une
molécule en C5 qui fixait le CO 2 ; il s’agit du ribulose 1,5-bisphosphate, qui est un dérivé phosphorylé du ribulose-phosphate (molécule appartenant
aussi à la voie des hexoses-monophosphates ; voir
chapitre 7). La réaction mise en jeu conduit à une
molécule en C6 qui est hydrolysée en deux molécules d’acide phosphoglycérique, une seule des
deux étant marquée au niveau de son carboxyle
(voir figure 10.15).
L’enzyme catalysant cette réaction capitale, spécifique des organismes photosynthétiques, est
nommée ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase ;
on l’appelle aussi RUBISCO (CO pour «carboxylase/oxygénase»;ce point sera expliqué un peu
plus loin). Cette molécule géante (10 nm de diamètre) a une masse moléculaire de 555 kDa ; elle
est constituée de huit petites (15 kDa) et huit
grosses sous-unités (55 kDa) qui sont codées par
des génomes différents, l’un localisé dans le noyau
cellulaire, l’autre dans l’organite lui-même. Cette
enzyme est très concentrée dans le stroma des
chloroplastes et représente jusqu’à 50 % des protéines cellulaires totales ; elle constitue la protéine
la plus abondante dans la biosphère. Elle a la particularité d’être lente (d’où peut-être son abondance) car elle transforme seulement trois
molécules de substrat par seconde, au lieu des 10
3
au minimum, pour une enzyme habituelle.
3.5.2. U TILISATION DU 3-PHOSPHOGLYCÉRATE
ET SYNTHÈSE DES HEXOSES.
L EC YCLE DE C ALVIN-BENSON
L’acide 3-phosphoglycérique est à la source de
toutes les molécules organiques générées par la
photosynthèse ; il permet de fabriquer des sucres
en C6 en utilisant en fait la voie de la gluconéogenèse, décrite dans le chapitre 7. C’est ici qu’interviennent les deux molécules fabriquées pendant la
phase claire de la photosynthèse, l’ATP et le
NADPH. Deux réactions qui les impliquent sont
obligatoirement mises en jeu pour remonter vers le
fructose 6-phosphate : un ATP et un NADPH sont
consommés par triose, à ce niveau, pour donner
du glycéraldéhyde 3-phosphate. Si le principe de
la fixation du CO 2 est très simple, en revanche la
question qui reste posée est celle de la nécessaire
10. C ONVERSION DE L ' ÉNERGIE : MITOCHONDRIES ET CHLOROPLASTES.L ES P EROXYSOMES 313
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Les expériences de Calvin et Benson
Le principe utilisé est celui des expériences de
type pulse, sans chasse (voir chapitre 3) ; le
matériel végétal était constitué par des algues
vertes unicellulaires, faciles à cultiver de façon
reproductible. Les cultures d’algues éclairées
étaient mises en présence de CO 2 radioactif
(
14
CO 2 ) pendant des temps très brefs, puis
immédiatement tuées par ébullition dans
l’alcool. Après extraction des cellules, les composés organiques étaient analysés par chromatographie bidimensionnelle sur papier, puis
autoradiographie. Les taches radioactives sur le
cliché indiquent la présence de molécules ayant
incorporé du
14
C dans leur formule pendant le
temps de l’incubation. Il s’est avéré que des
temps de contact de seulement 5s econdes avec
le marqueur suffisaient pour que l’on ait une
réponse en ce qui concerne la nature des toutes
premières molécules fixant le CO 2 marqué. Des
durées de quelques dizaines de secondes donnaient déjà des informations très brouillées, en
ce sens qu’un grand nombre de molécules radioactives avaient été formées à partir du précurseur initial radioactif. Près de dix ans furent
nécessaires à l’équipe de Calvin pour terminer
l’identification chimique de toutes les taches.
E NCARTH ISTORIQUE
CO 2 dans l’atmosphère. Plus cette concentration
est élevée, et plus l’intensité photosynthétique est
importante pour une intensité lumineuse donnée ;
dans les conditions normales de concentration
(0,036 %), le CO 2 est clairement le facteur limitant
pour la plupart des Végétaux.
3.5.1. F IXATION DU CO 2 ET FORMATION
DU 3-PHOSPHOGLYCÉRATE
Une série d’expériences commencée en 1945 par
M. C ALVIN et son équipe a permis d’élucider les
réactions biochimiques conduisant à la réduction
du CO 2 , et de déterminer son accepteur organique
initial.
La première molécule marquée apparaissant
sur les autoradiogrammes fut identifiée comme
l’acide 3-phosphoglycérique , molécule déjà rencontrée dans la glycolyse ; l’hypothèse initiale fut
donc simplement qu’un composé à deux carbones
constituait la molécule acceptrice du CO 2 atmosphérique. Il s’est avéré que c’était en fait une
molécule en C5 qui fixait le CO 2 ; il s’agit du ribulose 1,5-bisphosphate, qui est un dérivé phosphorylé du ribulose-phosphate (molécule appartenant
aussi à la voie des hexoses-monophosphates ; voir
chapitre 7). La réaction mise en jeu conduit à une
molécule en C6 qui est hydrolysée en deux molécules d’acide phosphoglycérique, une seule des
deux étant marquée au niveau de son carboxyle
(voir figure 10.15).
L’enzyme catalysant cette réaction capitale, spécifique des organismes photosynthétiques, est
nommée ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase ;
on l’appelle aussi RUBISCO (CO pour «carboxylase/oxygénase»;ce point sera expliqué un peu
plus loin). Cette molécule géante (10 nm de diamètre) a une masse moléculaire de 555 kDa ; elle
est constituée de huit petites (15 kDa) et huit
grosses sous-unités (55 kDa) qui sont codées par
des génomes différents, l’un localisé dans le noyau
cellulaire, l’autre dans l’organite lui-même. Cette
enzyme est très concentrée dans le stroma des
chloroplastes et représente jusqu’à 50 % des protéines cellulaires totales ; elle constitue la protéine
la plus abondante dans la biosphère. Elle a la particularité d’être lente (d’où peut-être son abondance) car elle transforme seulement trois
molécules de substrat par seconde, au lieu des 10
3
au minimum, pour une enzyme habituelle.
3.5.2. U TILISATION DU 3-PHOSPHOGLYCÉRATE
ET SYNTHÈSE DES HEXOSES.
L EC YCLE DE C ALVIN-BENSON
L’acide 3-phosphoglycérique est à la source de
toutes les molécules organiques générées par la
photosynthèse ; il permet de fabriquer des sucres
en C6 en utilisant en fait la voie de la gluconéogenèse, décrite dans le chapitre 7. C’est ici qu’interviennent les deux molécules fabriquées pendant la
phase claire de la photosynthèse, l’ATP et le
NADPH. Deux réactions qui les impliquent sont
obligatoirement mises en jeu pour remonter vers le
fructose 6-phosphate : un ATP et un NADPH sont
consommés par triose, à ce niveau, pour donner
du glycéraldéhyde 3-phosphate. Si le principe de
la fixation du CO 2 est très simple, en revanche la
question qui reste posée est celle de la nécessaire
10. C ONVERSION DE L ' ÉNERGIE : MITOCHONDRIES ET CHLOROPLASTES.L ES P EROXYSOMES 313
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Les expériences de Calvin et Benson
Le principe utilisé est celui des expériences de
type pulse, sans chasse (voir chapitre 3) ; le
matériel végétal était constitué par des algues
vertes unicellulaires, faciles à cultiver de façon
reproductible. Les cultures d’algues éclairées
étaient mises en présence de CO 2 radioactif
(
14
CO 2 ) pendant des temps très brefs, puis
immédiatement tuées par ébullition dans
l’alcool. Après extraction des cellules, les composés organiques étaient analysés par chromatographie bidimensionnelle sur papier, puis
autoradiographie. Les taches radioactives sur le
cliché indiquent la présence de molécules ayant
incorporé du
14
C dans leur formule pendant le
temps de l’incubation. Il s’est avéré que des
temps de contact de seulement 5s econdes avec
le marqueur suffisaient pour que l’on ait une
réponse en ce qui concerne la nature des toutes
premières molécules fixant le CO 2 marqué. Des
durées de quelques dizaines de secondes donnaient déjà des informations très brouillées, en
ce sens qu’un grand nombre de molécules radioactives avaient été formées à partir du précurseur initial radioactif. Près de dix ans furent
nécessaires à l’équipe de Calvin pour terminer
l’identification chimique de toutes les taches.
E NCARTH ISTORIQUE