Une photosynthèse améliorée
Afin d'introduire cette photosynthèse spéciale nous aurions aimé pourvoir mesurer le taux d'ouverture des stomates d'une plante en C3 et d'un cactus (CAM). Mais cette expérience est impossible à réaliser pour des élèves de première au lycée. Nous avons donc trouvé une expérience sur internet.
L'expérience mesure l'ouverture des stomates d'une plante en C3 et d'une plante CAM. L'expérience dure 2 jours.
Nous remarquons que la plante en C3 a ses stomates ouverts à 100% le jour et complètement fermés la nuit dans l'obscurité.
Or la plante CAM à ses stomates complètement fermés le jour et ils sont ouverts à 60% la nuit dans l'obscurité.
Nous pouvons nous demander pourquoi les plantes CAM, dont font partie les cactus, ne fonctionnent pas comme les autres plantes.
L'expérience précédente a permis de démontrer que les cactus n'ont pas leurs stomates ouverts la journée. En effet, la journée le soleil brille et la chaleur fait son apparition. Or si les cactus avaient leurs stomates ouverts le jour, cela provoquerait une évaporation de l'eau. Les cactus ont donc préféré garder leurs stomates fermés le jour et les ouvrir la nuit où la température diminue.
Nous voulions réaliser une deuxième expérience afin de mesurer le taux de CO2 dans une enceinte où nous aurions placé un cactus. Mais elle s'avéra impossible à réaliser car nous n'aurions pas pu disposer du matériel pour mesurer le taux de CO2 sur une longue durée. Nous avons donc trouver une expérience similaire sur internet.
Une feuille est placée pendant 36 h dans une enceinte de façon à pouvoir mesurer en continu le taux d’absorption du CO2. une espèce CAM : Kalanchoe daigremontiana .
Nous constatons que le taux d'absorption est de 5 µmol/m2 de feuille alors qu'il est de 0 le
jour. Ainsi, les plantes CAM semblent absorber le CO2 la nuit.
La photosynthèse est le processus qui permet aux plantes de synthétiser de la matière organique grace à du CO2 et de l'eau en utilisant la lumière du soleil. Or la lumière est présente le jour et le CO2 , lui, est absorbé la nuit !
Comment la photosynthèse peut-elle être réalisée si les éléments indispensables ne sont pas disponibles en même temps ?
C'est parce que les cactus font partis des plantes CAM : les plantes à mécanisme crassulacéen.
Ces plantes fonctionnent comme les végétaux en C4 à laquelle ils ont ajouté une particularité. En effet, la photosynthèse pu être décomposée en deux phases : la phase jour et la phase nuit afin que les cactus s'adaptent à l'aridité.
La nuit, les stomates s'ouvrent ce qui permet les échanges de CO2 , nécessaires à la photosynthèse. Le CO2 va donc rentrer dans le cactus par les stomates.
Tout d'abord le CO2 est hydraté par une enzyme. H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
Le CO2 est une molécule à 1 carbone qui va réagir avec le phosphoénolpyruvate (PEP), une molécule à 3 carbones. Ils vont réagir
grâce à l'enzyme PEP carboxylase. Une molécule à 4 carbones appelée oxaloacétate résulte de cette seconde réaction.
L'oxaloacétate est ensuite fixée à un acide en C4, le malate. Cet acide est stocké dans une vacuole jusqu'au jour.
La molécule de CO2, représentation de Lewis
Le phosphoénolpyruvate, abrégée en PEP, intervient comme accepteur de CO2 hydraté (HCO3-) chez les plantes en C4 ou CAM pour former l'oxaloacétate, dans une réaction catalysée par la PEP carboxylase.
Ci contre la molécule oxaloacétate à 4 Carbones, obtenue.
La journée les stomates se ferment, ce qui empêche l'évaporation de l'eau. Le malate est libéré de la vacuole et peut dégager le CO2 et redonner du PEP. Le CO2 est
incorporé au cycle de Calvin et peut aboutir à la formation de sucre. Les réserves de malate accumulées pendant la nuit sont donc l'unique source de CO2 disponible pour le cactus
lors du cycle Calvin.
Schéma résumant la décomposition de la photosynthèse entre phase jour et phase nuit
En conclusion, les cactus ont une photosynthèse spéciale : la photosynthèse CAM. Elle leur permet d'éviter l’évaporation l'eau par la fermeture des stomates le jour et leur ouverture la nuit. La photosynthèse est fragmentée en deux parties. Elle est donc un métabolisme principal chez les cactus qui leur permet de s'adapter aux températures et à la sécheresse de leur environnement.