Séquence 3:Synthèse de matière organique

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Ce sont les expériences de Calvin (1952) et Bassham et Calvin (1959) qui ont permis de connaître la nature du premier composé carboné formé par la photosynthèse.

Calvin réalisa une expérience très originale sur le plan du protocole :

Après incubation pendant un temps variable en présence de C0₂ à la lumière, la suspension de chlorelles est fixée rapidement par l'éthanol bouillant Cet extrait est traité de la manière suivante :

séparation des constituants par chromatographie bidimentionnelle à l'aide de deux mélanges successifs (1-eau/phénol puis 2-butanol/acide propionique) ;

révélation du chromatogramme par différents colorants spécifiques (acides organiques par le bleu de bromophénol, acides aminés par la ninhydrine, sucres par le naphtorésorcinol et composés phosphorylés par le molybdate d'ammonium).

Des chromatogrammes non colorés sont placés contre un film photographique à l'obscurité.

Après un temps d'exposition, le film est révélé. Les taches indiquent la présence des composés radioactifs qui se sont formés.

La comparaison des chromatogrammes colorés et des chromatogrammes révélés par autoradiographie permet de savoir quels produits ont été synthétisés au cours du contact avec le ¹⁴CO_2.

On constate qu'après moins de 5 secondes, c'est un composé en C3, l'APG ou acide PhosphoGlycérique qui est le premier composé formé. Ensuite, se sont des oses bis-phosphates dont un sucre en C5, le Ribulose bis-phosphate ou RUBP) puis la plupart des sucres (trioses phosphate, saccharose, ...), des acides organiques (malate, ...) et des acides aminés (glycine, ...) qui sont marqués.

L'acide phosphoglycérique (APG) est le premier composé formé et donc est à l'origine de toutes les synthèses.

On pourrait donc s'attendre à ce que l'accepteur du CO₂ soit un composé en C5. Or un pentose (C5) bis-phospate (le RUBP ou Ribulose bis-phosphate) peu connu apparait rapidement dans les radiochromatogrammes. C'est donc lui l'accepteur de CO₂.

L'acide phosphoglycérique (APG), premier composé formé, n'est pas un sucre. Pour entrer dans les réactions de synthèse des composés organiques, il doit être réduit en trioses phosphate (ald PG ou aldéhyde phospho glycérique) qui apparaissent effectivement rapidement dans les radiochromatogrammes.

Pour que l'ensemble fonctionne, il faut que le RUBP (qui existe en faible quantité) soit régénéré et ceci ne peut se faire qu'à partir des composés dérivés des trioses phosphate.

L'incorporation du CO₂ se réalise donc de la manière suivante :

Ceci peut se résumer par un cycle : le cycle de Calvin et Benson. Ce cycle comporte trois étapes :

1 - l'incorporation du CO₂ dans le RuBP,

2 - la réduction de l'APG en trioses phosphate,

3 - la régénération du RUBP.