Nutrition carbonée - Réactions biochimiques - Premier corps formé

Lors de la photosynthèse, on savait que du CO₂ était incorporé mais on ignorait par quelle réaction biochimique. C'est le mérite de Calvin et de son équipe, grâce à une expérience historique, de l'avoir précisée (prix NOBEL).

EXPÉRIENCE DE CALVIN

Il utilise des chlorelles, algues unicellulaires en suspension qui donnent une réaction photosynthétique très rapide. Les chlorelles sont placées dans des conditions de photosynthèse optimale (CO₂ non radioactif, O₂, lumière). Le milieu est agité de manière constante. Une pompe permet de prélever les chlorelles en continu et de les fixer dans du méthanol bouillant. Des ouvertures sont pratiquées dans la tubulure. Elles permettent d'injecter du CO₂ marqué au carbone 14 radioactif.

fig. 01 : Schéma du dispositif utilisé par l'équipe de Calvin

En fonction du débit de la pompe et de la position du niveau d'injection, on peut calculer le temps pendant lequel les chlorelles en photosynthèse active ont été en contact avec du *CO₂. A la sortie du dispositif les chlorelles sont tuées instantanément par du méthanol bouillant. Les substances solubles sont soumises à une analyse chromatographie bidimensionnelle sur couche mince. La chromatographie est traitée avec des réactifs appropriés qui permettent de révéler la présence à des positions précises de différentes substances et d'en identifier la nature (acides organiques, acides aminés, sucres). Cette chromatographie est ensuite autoradiographiée, c.à.d. recouverte d'un papier photographique sensible aux radiations (radiations dûes à la radioactivité du carbone radioactif). Cette opération est effectuée à l'obscurité. Après plusieurs jours, le papier photographique est révélé et l'image est comparée à la chromatographie afin d'identifier les substances contenant du carbone radioactif provenant du *CO₂ donné aux cellules.

Après seulement 5 secondes de contact avec le *CO₂, la majorité de la radioactivité (70%) se retrouve dans l'APG (acide phosphoglycérique). Un pentose diphosphate, le RUBP (ribulose bisphosphate) jusqu'alors inconnu est également marqué. Le premier corps formé à partir du CO₂ incorporé est donc l'APG et le RUBP doit jouer un rôle primordial dans l'incorporation.

Après seulement 10 secondes, d'autres corps sont radio-marqués. Ils sont donc produits à partir de l'APG. Plus tard, tous les sucres (CHO) sont radio-marqués mais aussi des acides aminés (CHON)

Une première hypothèse a consisté à penser que la synthèse d'APG (un corps en C3) ne pouvait se faire qu'à partir d'un corps en C2 :

C2 + C1 (CO₂) C3

Une deuxième hypothèse développée par Calvin et démontrée par de nombreuses expériences a proposé que l'origine de l'APG soit le RUBP (corps en C5) selon la réaction :

RUBP (5C) + CO₂ (1C) 2 APG (2x3C)

L'APG est ensuite à l'origine de toutes les autres synthèses (sucres, acides aminés etc..). Pour expliquer que le RUBP soit lui même, marqué précocement, il faut admettre que le RUBP a pour origine l'APG. Ceci implique un cycle, dans lequel APG et RUBP représentent deux éléments clés. C'est le cycle de Calvin.

Auteurs : Laboratoire "BIOLOGIE ET MULTIMÉDIA" UPMC, 2000

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