Photosynthèse C4
La photosynthèse C4 est un type de photosynthèse plus avancé et plus efficace que la photosynthèse C3, particulièrement dans des conditions de forte luminosité, de températures élevées et de faible disponibilité en eau. Elle est ainsi nommée car le premier produit de la fixation du carbone est un composé à quatre atomes de carbone, l’oxaloacétate.
Différences avec la photosynthèse C3
La photosynthèse est une réaction chimique qui utilise la lumière et un “donneur d’électrons” pour transformer du CO2 en sucre. Le donneur d’électrons peut être du fer, des nitrites, de l’hydroxyde de soufre ou d’arsenic. C’est généralement de l’eau. On la retrouve chez les algues, les plantes et certaines bactéries (les cyanobactéries). La photosynthèse à base d’eau, celle des plantes, est dite “photosynthèse oxygénique”. Elle décompose l’eau et le CO2 pour produire du sucre, de l’eau et de l’oxygène[2] :
6CO2 + 24H2O + lumière ➡ C6H12O8 (glucose) + 12O2 + 12H20
Pour la majorité des plantes (celles qu’on appelle C3), cette réaction est associée à une activité coûteuse en énergie et en eau qu’on appelle photorespiration. Cette stratégie ne permet qu’une production de biomasse moyenne, mais elle est très adaptée à des conditions climatiques variables. On considère généralement qu’il existe un optimum thermique de 25°C. Ce type de photosynthèse permet de capter 1 gramme de carbone pour 400 g d’eau.
Une autre stratégie (C4) permet d’éviter la photorespiration. Le processus de photosynthèse est effectué dans deux cellules distinctes. L’optimum thermique passe à 35° C et la plante utilise seulement 250 g d’eau pour fixer 1 g de carbone. C’est la stratégie des plantes tropicales comme le maïs, le sorgho, la canne à sucre et le mil.
D'un point de vue technique, la différence entre la photosynthèse C4 et C3 réside dans la séparation spatiale des étapes de fixation initiale du CO2 et du cycle de Calvin-Benson :
- Dans les plantes C4, la fixation initiale du CO2 se produit dans les cellules du mésophylle, où le CO2 est converti en oxaloacétate (à 4 carbones) par l’enzyme PEP carboxylase.
- L’oxaloacétate est ensuite converti en malate ou aspartate, qui sont transportés vers les cellules de la gaine périvasculaire.
- Dans ces cellules, le CO2 est libéré et entre dans le cycle de Calvin-Benson, comme dans la photosynthèse C3.
Photosynthèse C4
Avantages de la photosynthèse C4
- Meilleure efficacité d’utilisation de l’eau
- Réduction de la photorespiration
- Meilleure adaptation aux climats chauds et secs
- Croissance plus rapide dans des conditions optimales
Plantes C4
Environ 3% des plantes utilisent la photosynthèse C4, incluant des cultures importantes comme le maïs, la canne à sucre, le millet, le sorgho et le moha.
Photosynthèse C3
La photosynthèse C3 est le type de photosynthèse le plus courant, utilisé par environ 85% des plantes. Elle est appelée C3 car le premier produit stable de la fixation du carbone est un composé à trois atomes de carbone, le 3-phosphoglycérate.
Il y a cependant des différences de photosynthèse significative même entre les espèces C3 pour diverses raisons :
- tailles, densité et régulation des stomates
- efficience du photosysteme (pas exactement les mêmes protéines)
- concentration de chlorophylle/chloroplastes
- efficience métabolique
- architecture des feuilles branches.....
- certaines C3 ont moins de stomates que d'autres et ferment leurs stomates plus vite en réponse au stress...
Caractéristiques principales
- La fixation du CO2 et le cycle de Calvin-Benson se produisent dans les mêmes cellules.
- L’enzyme clé est la RuBisCO, qui fixe le CO2 directement dans le cycle de Calvin-Benson.
- Plus efficace dans des conditions de température modérée et d’humidité suffisante.
Plantes C3
La majorité des plantes, y compris le riz, le blé, les légumes et les arbres, utilisent la photosynthèse C3.
Limitations
- Moins efficace que la photosynthèse C4 dans des conditions de forte luminosité et de températures élevées
- Plus sensible à la photorespiration, qui réduit l’efficacité photosynthétique
Photosynthèse CAM
Les plantes en C3 et C4 doivent pouvoir évapotranspirer en même temps qu’elles font la photosynthèse. S’il fait trop chaud, la plante peut donc soit fermer ses stomates pour préserver son eau et cesser toute activité métabolique, soit continuer la photosynthèse, quitte à tomber en stress hydrique.
Seules les plantes CAM, c’est à dire essentiellement les plantes grasses (cactus), savent gérer cette situation. Comme les C4, ces plantes effectuent leur photosynthèse en deux temps. La nuit, elles effectuent les échanges gazeux, puis le matin, après s’être gorgées de rosée, elles ferment leur stomates et finissent de métaboliser le CO2 absorbé durant la nuit sans perdre une goutte d’eau. Leur optimum est de 35°C le jour et de 15°C la nuit, car l’échange gazeux ne peut se faire qu’avec une certaine chaleur. Mais c’est seulement 50 g d’eau qui leur faut pour capter 1 g de CO2.
La différence entre chaque plante n'est pas tant la quantité de CO2 capté, mais plus la quantité de biomasse potentielle en fonction d'une quantité d'eau disponible et d'un contexte de température donné.
Sources
- ↑ Exploring natural variation of photosynthesis in a site-specific manner: evolution, progress, and prospects https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-C3-CAM-and-C4-photosynthesis-Rubisco-ribulose-1-5-bisphosphate_fig3_334097498
- ↑ Les photosynthèses (Autoroute de la pluie) : https://www.autoroutedelapluie.org/2024/12/18/les-photosyntheses/
