Le devenir de la matière organique issue de la photosynthèse

Introduction

Une plante exposée au Soleil fabrique de la matière organique par photosynthèse. Le premier produit stable de ce processus est un glucide simple, comme le glucose, qui peut ensuite être stocké sous forme d’amidon ou servir de base à la synthèse de lipides et de protéines. Cette matière organique circule dans la biosphère (ensemble des êtres vivants et des milieux où ils interagissent) et est utilisée par les organismes pour se nourrir, grandir, bouger ou maintenir leur température. Pour cela, ils disposent d’un processus central : la respiration cellulaire, qui libère l’énergie contenue dans les molécules organiques. Comprendre le devenir de cette matière permet d’expliquer comment la vie se maintient et comment la Terre recycle en permanence carbone et énergie.

De la matière organique à l’énergie utilisable

Les glucides produits par photosynthèse, en particulier le glucose, constituent la principale source d’énergie pour les cellules. La respiration cellulaire dégrade ces molécules en présence de dioxygène (O₂). Elle se déroule surtout dans les mitochondries, où l’énergie libérée est stockée sous forme d’ATP (adénosine triphosphate, molécule universelle de stockage et de transfert d’énergie).

La réaction globale de la dégradation du glucose est :

$C_6H_{12}O_6 + 6 \, O_2 \longrightarrow 6 \, CO_2 + 6 \, H_2O + \text{Énergie (ATP)}$

Les lipides et les protéines ne sont pas dégradés directement par cette voie, mais peuvent être transformés en intermédiaires métaboliques qui rejoignent les étapes de la respiration, fournissant eux aussi de l’énergie.

Cette interprétation de la respiration comme une « combustion » du glucose en présence d’oxygène a été proposée dès le XVIII^e siècle par Antoine Lavoisier, qui établit le parallèle entre la respiration animale et la combustion d’un combustible. Plus tard, au XX^e siècle, l’utilisation de la microscopie électronique permit d’identifier les mitochondries comme le lieu principal de cette transformation énergétique dans la cellule.

À retenir

La respiration cellulaire dégrade le glucose en dioxyde de carbone et en eau tout en produisant de l’ATP, molécule qui sert de réserve et de vecteur d’énergie. Les lipides et protéines peuvent également être utilisés après transformations intermédiaires.

Le rôle de la respiration dans la biosphère

La respiration n’est pas réservée aux animaux : toutes les cellules vivantes y ont recours, y compris celles des plantes. Les végétaux produisent de la matière organique par photosynthèse, mais ils respirent aussi en permanence pour couvrir leurs propres besoins énergétiques.

Dans la biosphère (L’ensemble des zones de la Terre où la vie est possible, c’est-à-dire la partie des sols, des eaux et de l’air qui abrite des êtres vivants) :

• Les herbivores consomment les plantes et utilisent le glucose pour produire leur énergie (Tortues, vaches...etc).

• Les carnivores obtiennent indirectement cette énergie en se nourrissant des herbivores (lions, tigres, crocodiles...etc).

• Les décomposeurs recyclent la matière organique morte en sels minéraux, réinjectant ces éléments dans les sols. Exemples : Champignons : moisissures, champignons du sol. Bactéries : présentes dans l’humus, les sols, les déchets organiques. Vers de terre (lombrics) : ils dégradent la matière organique morte et enrichissent le sol. Insectes nécrophages : comme les coléoptères, les larves de mouches.

La respiration cellulaire libère du CO₂, qui retourne dans l’atmosphère. Ce CO₂ constitue à nouveau la matière première de la photosynthèse : c’est le cycle du carbone, qui relie en continu la production de matière organique par les producteurs et sa consommation par l’ensemble du vivant.

Ainsi, la matière circule en cycle (carbone, nutriments), tandis que l’énergie solaire captée se transforme en énergie chimique puis se dissipe en flux de chaleur à travers les chaînes alimentaires.

À retenir

La respiration assure la boucle du cycle du carbone : le CO₂ rejeté sert de matière première à la photosynthèse. La matière circule en cycle, tandis que l’énergie se propage en flux et finit par se dissiper.

Conclusion

La matière organique produite par la photosynthèse constitue la base de l’alimentation de tous les êtres vivants. Par la respiration cellulaire, le glucose est transformé en ATP, véritable « carburant » des cellules (au sens métaphorique), qui permet d’assurer les fonctions vitales. Les lipides et protéines peuvent aussi alimenter cette voie après transformations. La respiration rejette du CO₂, qui est réutilisé par les organismes photosynthétiques : c’est le cycle du carbone, qui relie la capture de l’énergie solaire et son utilisation par la biosphère. Photosynthèse et respiration forment ainsi deux processus complémentaires : l’un capte et stocke l’énergie, l’autre la libère et la rend utilisable, garantissant la continuité de la vie sur Terre.