Fixation du carbone
Définition
La fixation du carbone est une synthèse de sucres à partir des atomes de carbone présents dans des molécules de CO2. Cette fixation du carbone est la première phase dans le cycle de Calvin-Benson. La fixation carbonée est la conversion du carbone inorganique (sous forme de dioxyde de carbone) en composés organiques fabriqués par des organismes vivants.
L'exemple le plus important de fixation du carbone par les plantes intervient au cours de la photosynthèse pendant la phase sombre, bien que la chimiosynthèse soit une autre forme de fixation du carbone qui intervient en l'absence de lumière.
Les cyanobactéries participent à la fixation du carbone :
La fixation du carbone par les cyanobactéries filamenteuses a changé l'atmosphère de la Terre lors de leur apparition qui a marqué le début des plantes photosynthétiques. Cette fixation est l'une des 3 étapes du cycle de Calvin-Benson.
Explications
Les organismes qui se développent en fixant le carbone sont appelés autotrophes. Les autotrophes comprennent les photoautotrophes, qui synthétisent des composés organiques en utilisant l'énergie de la lumière, et les lithoautotrophes, qui synthétisent des composés organiques en utilisant l'énergie produite par des oxydations inorganiques.
Les hétérotrophes sont des organismes qui se développent en utilisant du carbone qui a été fixé dans des composés organiques par des autotrophes. Les hétérotrophes utilisent des composés organiques pour produire de l'énergie et construire des structures corporelles. Les termes "carbone fixe", "carbone réduit" et "carbone organique" sont équivalents pour plusieurs composés organiques.
Voir la photosynthèse en C3-C4.
Fixation nette et brute de CO2
On estime que la photosynthèse des végétaux convertit environ 258 000 millions de tonnes de dioxyde de carbone chaque année. La majorité de la fixation existe dans les océans, en particulier dans les zones riches en nutriments riches en phytoplancton. La quantité brute de dioxyde de carbone fixée est beaucoup plus élevée puisqu'environ 40 % du total fixé est consommé quotidiennement dans l'haleine. L'enzyme de liaison au carbone Rubisco est considérée comme la protéine la plus abondante sur Terre.
Voir aussi les réactions du cycle de Calvin-Benson et la séquestration du carbone.
Moyens de fixation
Il existe six moyens connus de fixation du carbone autotrophique : le cycle de Calvin qui fixe le carbone dans les chloroplastes des plantes et des algues et dans les cyanobactéries. Le carbone est également fixé dans la photosynthèse anoxygénique par un groupe de protéobactéries appelées bactéries pourpres, et dans certaines protéobactéries non phototrophes.
Photosynthèse de l'oxygène
Dans la photosynthèse, l'énergie de la lumière entraîne la biosynthèse de fixation du carbone. La photosynthèse de l'oxygène intervient chez les plantes, les algues et les cyanobactéries (producteurs primaires) qui possèdent un pigment biologique appelé chlorophylle, et ils utilisent le cycle de Calvin pour fixer le carbone de manière autotrophique.
Pendant la phase lumineuse de la photosynthèse, la lumière est absorbée, en utilisant de l'eau comme donneur d'électrons et en libérant de l'oxygène de l'eau. Simultanément, l'énergie chimique stockée est produite sous forme d'ATP et de molécules réductrices (NADPH). Ces ATP et NADPH seront utilisés dans la phase sombre pour fixer le carbone et former des sucres.
Le cycle de Calvin utilise du carbone du dioxyde de carbone pour former du phosphate triose (TP), tel que le glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Si l'ATP et le NADPH consommés (de la phase légère) sont ajoutés, l'équation ressemble à:
3 CO2 + 6 NADPH + 6 H+ + 9 ATP + 5 H2O → TP + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi, où Pi est un phosphate inorganique, HOPO32- + 2 H+.
La photosynthèse oxygénique a évolué il y a entre 3,5 et 2,3 milliards d'années, apparaissant en premier avec les cyanobactéries.
RuBisCO et fixation du carbone
L'enzyme responsable de la fixation du carbone dans le cycle de Calvin est appelée RuBisCO (Ribulose Bisphosphate carboxylase Oxidase). Un sucre 5-carbone préexistant dans les plantes appelé ribulose 1,5-bisphosphate et une molécule de CO entre dans le centre actif de cette enzyme.
Le CO2 est activé en réagissant avec une lysine dans le centre actif, pour former un carbamate, puis il est fixé sur ledit sucre en réagissant avec le groupe carbonyle du carbone 2 du sucre pour produire un groupe carboxylate COO-. Cette condensation produit un sucre à 6 carbones appelé 3-céto-2-carboxyarabinitol-1,5-bisphosphate, qui est très instable, puis clivé en deux molécules à 3 carbones (le 3-phosphoglycérate). Ce 3-phosphoglycérate est le premier produit stable du cycle de Calvin qui contient le carbone fixe, de sorte que les plantes qui fixent directement le carbone dans le cycle de Calvin sont appelées plantes C3, puisque le 3-phosphoglycérate a 3 atomes de carbone.
RuBisCO et photorespiration
L'enzyme RuBisCO, comme son nom l'indique, en plus de son activité carboxy-active liant le CO2 (qui est à l'origine de deux molécules de 3-phosphoglycérate), a également une activité vagale de type oxygénase, par laquelle le O2 entre dans le centre actif, lie le ribulose-1,5-bisphosphate et produit une seule molécule de 3-phosphoglycérate (3 carbones) et une de phosphoglycolate (deux carbones).
Dans son activité d'oxygénase, il n'y a pas de fixation du carbone, et de plus, le phosphoglycolate formé doit être transformé en une seconde molécule de 3-phosphoglycérate au moyen d'un processus appelé photorespiration. La photorespiration consomme de l'énergie, ce qui signifie une diminution du rendement de la photosynthèse. L'activité oxygénase de cette enzyme est favorisée lorsque le chloroplaste a de faibles concentrations de CO2, O2 et des températures élevées, de sorte que dans les plantes qui vivent dans des climats qui favorisent ces conditions ont évolué avec une série d'adaptations qui empêchent la photorespiration pour maintenir de hautes performances photosynthétiques, en veillant à ce que la concentration de CO2 qui entre dans le cycle de Calvin soit toujours élevé, en le fixant préalablement dans d'autres composés. Ces adaptations conduisent à ce que l'on appelle maintenant les plantes C4 et CAM.
Synonymes, antonymes
1 synonyme (sens proche) de "fixation du carbone" :
0 antonyme (sens contraire).
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L'expression FIXATION DU CARBONE est dans la page 2 des mots en F du lexique du dictionnaire.
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