Osmose, photosynthèse et respiration cellulaire


    

    Les plantes sont dites "autotrophes", c'est-à-dire qu'elles se suffisent à elles-mêmes, en comparaison aux animaux dit hétérotrophes. Elles ont peu de besoin (eau H2O, sel minéraux, dioxyde de carbone CO2, lumière) et pourtant elles fournissent la nourriture et l'oxygène 02, indispensables à la vie. Pour cela, trois grands processus biologiques sont mis en oeuvre: L'osmose, la photosynthèse et la respiration cellulaire.

 

Osmose (racines)cycle de l'eau et des minéraux

 

    L'eau pénètre dans les racines par osmose (cf schéma ci-dessous). Un équilibre se crée donc entre l'eau contenue dans le sol et celle contenue à l'intérieur des racines (1). Les minéraux présents en faible quantité dans l'eau du sol sont concentrés par les membranes sélectives des plantes. Ils rentrent mais ne ressortent pas. Ces réserves d'eau et de minéraux sont ensuite distribuées à la tige et aux feuilles (2). Enfin, l'eau est relâchée dans l'atmosphère, sous forme de vapeur, par les stomates des feuilles. c'est ce qu'on appelle la transpiration de la plante (3).

    Ainsi, un flux d'eau continu est crée depuis le sol, en passant par les racines, les tiges et les feuilles, jusqu'à l'atmosphère. Cela explique l'importance d'un arrosage abondant, après une transplantation. Le flux continu a été rompu, il faut laisser le temps aux racines de récupérer et compenser les pertes dûes à la transpiration. Cela est d'autant plus vrai en cas de sécheresse, car la transpiration augmente.

 

Un équilibre est crée par osmose, entre l'eau contenue dans le sol et les racines.La plante absorbe l'eau et les minéraux présents dans le sol. Enfin, l'eau en surplus est évacuée par la

Schéma simplifié du cycle de l'eau et des minéraux par osmose. Une certaine fraîcheur est ainsi préservée autour des arbres et des plantes, mais les stocks d'eau s'épuisent rapidement et les feuilles fânent lors de longues périodes de sécheresse.

 

 

 

Photosynthèse et respiration cellulaire (feuilles)cycle du CO2 et de l'O2

 

Photosynthèse :

 
    En début de croissance, les plantes utilsent les réserves énergétiques contenues dans la graine pour pousser (   semis et germination des graines   ). La plante ne peut réaliser la photosynthèse qu'à l'apparition des premières feuilles à la lumière. Les feuilles sont l'organe où la nourriture est synthètisée de façon prioritaire.

    Une fois démarrée, la photosynthèse produit toute la nourriture dont la plante a besoin. Elle constitue des réserves énergétiques composées de matières organiques - d' hydrates de carbone tel que des sucres (glucose, fructose, saccharose, amidon), de graisses ou de protéïnes. La production de matière organique tel que l'amidon, lors de l'exposition des feuilles à la lumière du soleil, peut-être facilement mis en évidence par une solution iodée. Après décoloration des feuilles, par l'extraction du pigment de chlorophylle avec de l'alcool bouillant, les feuilles exposées vont se colorer dans une solution d'eau iodée en comparaison à des feuilles gardées à l'obscurité.

    La photosynthèse a lieu le jour, dans les chloroplastes, où sont situés la chlorophylle (pigment vert) mais aussi d'autres pigments comme le carotène (pigment jaune orange) et les xanthophylles (pigments plus ou moins jaune en fonction de la structure). Tous ces pigments sont capablent de capturer la lumière en tant que source d'énergie pour la synthèse de nourriture. Les spectres, bleu et rouge, de la lumière du soleil sont absorbés par la chlorophylle tandis que la partie bleu-vert du spectre visible est absorbée par le carotène et les xanthophylles.
 

 

équation bilan de la réaction qui se produit lors de la photosynthèse. Il s'agit de la transformation du dioxyde de carbone (CO2) en oxygène(O2) grâce à l'énergie lumineuse.

 Le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère et l'eau (H2O) du sol sont capturés pour former des glucides. En parallèle, de l'oxygène (O2) est relâché dans l'atmosphère à travers les stomates, ouverts, des feuilles.

 

 

Respiration cellulaire :

 

    Les animaux, mais aussi les plantes, utilisent la respiration cellulaire. A l'inverse de la photosynthèse, la respiration cellulaire utilise l'oxygène (O2) de l'atmosphère et libère du dioxyde de carbone (CO2). Elle se produit non seuleument le jour mais aussi la nuit.

    Elle utilise les réserves d'énergie produites lors de la photosynthèse pour se réaliser. En effet, l'énergie utilisée pour former les liaisons chimiques de l'amidon, lors de la photosynthèse, représente un stock d'énergie. Lors de la respiration cellulaire, ces liaisons sont rompues biochimiquement par les cellules et l'energie libérée. Cette énergie sera entre autre réutilisée pour fabriquer d'autres molécules, comme les polymères de cellulose ou la lignine, nécessaire à la croissance et la construction des cellules ou encore un dimère le saccharose (sucre de table obtenu à partir de la canne à sucre ou de la betterave).

 

Note: La cellulose et l'amidon sont des polymères, tous les deux, composés de glucose. La liaison qui les différencie, donne à l'un le rôle de réserve énergétique (l'amidon peut être décomposé en glucose, par la plante, pour fournir de l'énergie) et à l'autre un rôle structural dans le soutien de la plante.

 

  réaction chimique lors de respiration cellulaire. Contrairement au processus de photosynthèse, l'oxygène(O2) est transformé en CO2 grâce à l'énergie des liaisons entre les atomes      

   Les plantes comme les animaux réalisent la respiration cellulaire qui est une réaction consommatrice d'oxygène

 

Photosynthèse et respiration cellulaire: 2 processus qui s'équilibrent
 

    Les activités des 2 processus sont représentées dans le graphique ci-dessous. La photosynthèse domine largement le jour (pic d'activité), la plante stocke de l'énergie. La respiration cellulaire compense sa plus faible activité le jour par son activité la nuit (activité étalée sur 24h). La plante consomme en permanence des nutriments pour sa croissance et autres procédés métaboliques.

    Pour le bon développement d'une plante (croissance, fruit, maturation), le procédé de photosynthèse doit être légèrement supérieur à celui de la respiration cellulaire. Ainsi, pour chaque plante, un minimum d'intensité lumineuse nécessaire existe pour sa survie... Qui n'a jamais observé une différence de développement de la même plante dans différents coins du jardin.

    Trois paramètres peuvent induire, jusqu'à une certaine limite, la photosynthèse: la prolongation du temps d'exposition ou l'augmentation de son intensité, l'augmentation de la pression dûe à une augmentation de la concentration en CO2 dans l'air.

graphique des activités métaboliques dû à la phosynthèse et à la respiration cellulaire en fonction du jour et de la nuit

Conclusion:

 

    Seul les plantes et certains microorganismes réalisent la photosynthèse. Au-delà, de l'importance de ce processus biologique pour le développement de la plante, il est aussi indispensable à la diminution du CO2 et au réapprovisionnement en O2 dans l'atmosphère. Les déforestations massives, la diminution de la place de la flore, en général, sont d'autant plus alarmante quand on sait qu'il n'y a pas seulement la respiration cellulaire mais aussi toutes les réactions d'oxydation (formation de rouille,...), combustion des "énergies fossiles" (charbon, huile, gaz naturel) qui consomme l'oxygène et libère du CO2. Malheureusement, la nécessité de l'abondance d'une flore pour équilibrer la quantité de CO2 dans l'atmosphère, semble loin des préoccupations actuelles.

 

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