Expliquer la phase chimique Exercice de connaissances

La photosynthèse est une réaction métabolique faite par les végétaux verts au niveau d'organites spécifiques : les chloroplastes. Elle consiste à l'utilisation d'eau et de dioxyde de carbone pour former du dioxygène et des molécules organiques en présence de lumière. Cependant, cette réaction se sépare en deux phases distinctes : la phase photochimique et la phase chimique. La première phase produit de l'ATP et un composé réduit \ce{RH2}, on étudie ici la seconde phase appelée phase chimique.

Cette phase a été mise en évidence par Melvin Calvin à partir de 1945. Il met au point un dispositif permettant de comprendre la fixation du \ce{CO2} pendant la photosynthèse. Pour cela, il place des algues vertes microscopiques dans un long serpentin dirigé vers le bas, dans lequel il pourra faire des injections à différents endroits. Ainsi, les algues s'écoulent dans le serpentin et tombent dans de l'alcool bouillant qui a pour rôle de tuer les cellules et de stopper les réactions chimiques. Ensuite, il injecte à différents niveaux du serpentin du \ce{CO2} radioactif avec un atome de carbone marqué \ce{^{14}_{}C}. À chaque expérience, les molécules organiques des algues sont extraites de l'alcool et séparées par chromatographie. Ensuite, elles sont mises en évidence par autoradiographie, donc seules les molécules qui ont incorporé le \ce{CO2} marqué vont apparaître. Si l'injection est faite à la fin du serpentin, alors on voit qu'il y a surtout du 3-phosphoglycérate (APG) qui est marqué. Si l'injection de \ce{CO2} est faite plus tôt, alors on voit que APG est marqué, mais aussi le Ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP) et le Glucose-phosphate. Cela a permis de trouver les différents intermédiaires dans le déroulement de cette phase chimique. De plus, il a été mis en évidence que cette réaction se déroule dans le stroma des chloroplastes. Enfin, si on observe le moment où se déroule cette réaction, on voit qu'elle a lieu a la lumière du jour et pendant un peu plus d'une heure après la début de la nuit. Or, si on met dans le stroma les produits de la phase photochimique : \ce{RH2} et ATP, alors la réaction se produit à l'obscurité. Donc, cette phase ne nécessite pas de lumière pour se faire.

Cette réaction chimique correspond en fait à un cycle que l'on appelle cycle de Calvin qui se déroule en trois phases :

• La phase de fixation du \ce{CO2} par une enzyme du stroma des chloroplastes appelée RubisCo. Dans cette phase, trois molécules Ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP à cinq carbones) va fixer une molécule de \ce{CO2} formant ainsi six molécules de phosphoglycérate (APG à trois carbones).
• La phase de réduction, les six molécules d'APG vont être phosphorylées grâce à six molécules d'ATP puis réduites en couplage avec l'oxydation de six composés réduits \ce{RH2}. Cela permet la formation de six molécules de Glycéraldéhyde 3-Phosphate (G3P à trois carbone) dont une va sortir du cycle. Il faut 2 G3P pour faire ensuite une molécule de glucose.
• La phase de régénération, les cinq molécules de G3P restantes vont à l'aide de trois molécules d'ATP régénérer trois molécules de RuBP. Ainsi, le cycle peut recommencer.

L'utilisation des composés \ce{RH2} et de l'ATP dans le cycle de Calvin montre bien un couplage entre les deux phases de la photosynthèse. Dans la phase chimique ou cycle de Calvin, il y a fixation du \ce{CO2} et fabrication de molécule organique carbonée.