Le CO2

Introduction

Le dioxyde de carbone est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2. Cette molécule linéaire a pour formule développée de Lewis : O=C=O Dans les conditions normales de température et de pression le dioxyde de carbone est un gaz incolore communément appelée gaz carbonique.

Il est présent dans l'atmosphère dans une proportion approximativement égale à 0,035 % en volume. Il est produit notamment lors de la fermentation aérobie ou de la combustion de composés organiques, et lors de la respiration des êtres vivants et des végétaux. Pour ces derniers, la photosynthèse piège beaucoup plus de CO2 que sa respiration n'en produit.

Rôle du CO2

Le rôle du CO2 est essentiellement celui de source carboné pour les plantes autotrophes photosynthetiques.

Photosynthèse :

de phôtos, « lumière », et sunthesis, « réunion ». Dans les années 1770, Joseph Priestley, chimiste et théologien (1733-1804), montre qu'une plante peut « restaurer » l'air « vicié » par une bougie ou par un animal. Johannes Ingen-Housz (1730-99) découvre que cette « purification » nécessite de la lumière et met en jeu les parties vertes de la plante. Grâce à la chlorophylle contenue dans les chloroplastes de leurs feuilles, les plantes utilisent l'énergie lumineuse du soleil pour combiner le gaz carbonique qu'elles absorbent avec l'hydrogène (apporté par l'eau) et former des substances organiques (sucres en particulier). Elles rejettent alors de l'oxygène : 6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6 H12O6 (glucose) + 6 O2.

1ère PHASE (PHOTOCHIMIQUE) :

le dégagement d'oxygène s'accomplit à la lumière. Grâce à l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle au niveau de 2 photosystèmes (complexes protéines-pigments), des électrons arrachés à l'eau sont transférés jusqu'au NADP+ par une chaîne de transporteurs d'électrons localisés dans la membrane des thylakoïdes, petits sacs constituant les lamelles photosynthétiques isolées et les granas (empilements de lamelles plus courtes). Le NADP+ est alors réduit en NADPH + H+ en prélevant 2 protons dans le stroma plastidial. Au cours de ce transfert, des protons sont accumulés dans le lumen des thylakoïdes. Une différence de concentration en protons, c.-à-d. une différence de pH, s'établit de part et d'autre de la membrane du thylakoïde entre le lumen et le stroma. La libération de protons dans le stroma au niveau des ATP synthétases permet la synthèse d'ATP (adénosine triphosphate) et annihile la différence de pH.

2ème PHASE (THERMOCHIMIQUE) :

le CO2 est fixé sans besoin de lumière. Le NADPH + H+ et l'ATP obtenus précédemment sont utilisés pour transformer le gaz carbonique en sucre (glucose). L'enzyme qui fixe le CO2 est la ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase/oxygénase, ou Rubisco. Cette enzyme peut représenter 50 % des protéines d'une feuille. Du point de vue de l'assimilation du CO2, on distingue : 1o) les plantes en C3 (surtout arbres des forêts tempérées) pour lesquelles le 1er produit qui suit la fixation du CO2 est une molécule à 3 atomes de carbone (acide phosphoglycérique) ; 2o) les plantes en C4 (maïs, canne à sucre, cannabis, plantes de régions subtropicales) qui incorporent le CO2 dans un corps en C4 (acide oxaloacétique puis acide malique ou aspartique). Dans les plantes en C4, une phosphoénol-pyruvate-carboxylase fixe le CO2 avant que n'intervienne la rubisco (dans un second temps). Les plantes à métabolisme crassulacéen (CAM) fixent le CO2 la nuit et l'accumulent dans leurs vacuoles sous forme d'acide malique (crassulacées : agave, guntia).