BETTERAVE SUCRIERE
Comment obtient-on du sucre à partir de la betterave sucrière?
Système de la photosynthèse:
Les chloroplastes sont des organites cellulaires qui caractérisent les végétaux chlorophylliens. Ils contiennent notamment la chlorophylle, pigment qui donne sa couleur verte aux végétaux. La réaction de synthèse de la matière organique a lieu dans les chloroplastes et fait intervenir la chlorophylle qui va agir en capturant l’énergie lumineuse. Pour la betterave, grâce à ses feuilles, elle capture l’énergie lumineuse (photons) à l’aide de sa chlorophylle pour ensuite la transformer.
Ces cellules chlorophylliennes possèdent un organite spécialisé: le chloroplaste. Celui-ci permet l'incorporation du CO2 atmosphérique dans les réserves des cellules végétales, sous forme d'amidon le plus souvent. Cette incorporation est rendue possible grâce à la chlorophylle qui capte l'énergie lumineuse pour la «transformer» en énergie chimique. L’équation globale de la photosynthèse :
6 CO2 + 12 H2O = C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Si une plante veut produire 100 grammes de glucose, elle aura besoin de 600 ml d’eau.
L’amidon est une molécule organique et plus précisément un glucide complexe formé par l’enchaînement de glucose. Il sert de réserve énergétique aux végétaux.
PHOTOSYNTHESE:
La photosynthèse en deux phases:
La première phase, appelée phase diurne (ou claire) demande une présence de lumière importante. Lors de cette phase, la chlorophylle, qui a pour propriété l'absorption de radiations lumineuses (dont l'énergie solaire) va les restituer sous forme d’énergie chimique en attente de la prochaine phase.
La deuxième phase, la phase nocturne (ou sombre) est trompeuse car plusieurs enzymes nécessaires pour cette phase nécessitent de la lumière, sans laquelle elles seraient inactives ou du moins très faiblement actives.
La première chose qui se passe alors est la photo-respiration par le cycle photosynthétique de la réduction du carbone, également appelé Cycle de Calvin (voir schéma). Tout d'abord, on a une condensation (consiste à former une grande molécule à partir de plus petites molécules) d'une molécule de CO2 et d'un glucide de 5 carbones, le Ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP), pour former deux glucides à 3 atomes de carbone, de phosphoglycerate (PGA). L’énergie produite lors des réactions lumineuses est nécessaire à la régénération de la molécule d'accepteur à 5 atomes de carbone. Presque toutes les plantes (dont la betterave sucrière) utilisent ce système de photosynthèse, appelé C3 qui ne peut marcher la nuit, mais certaines utilisent la photosynthèse C4 ou CAM. Ces deux dernières peuvent fonctionner la nuit, et dans le cas du C4, deux glucides à 4 carbones sont produits au lieu de 3 carbones. Pour la CAM, la succulence de la plante est indispensable, et son métabolisme est inversé: elle fait sa respiration pratiquement que la nuit! Après la fixation du carbone, la plante relâche le dioxygène restant dans l'atmosphère.
->voir TP photosynthèse
Ensuite, les produits du cycle de Calvin, les photoassimilats, peuvent être stockés sous forme d'amidon dans les chloroplastes ou exportés et transformés en saccharose. La priorité est d'abord de fournir suffisamment d'énergie et de carbone pour la survie et croissance de la plante. Une partie des photoassimilats est envoyée sous forme de saccharose à tous les tissus de la plante tandis qu'une autre partie est temporairement stockée dans les feuilles. Certaines plantes stockent les excès sous forme d'amidon dans le chloroplaste, alors que d'autres n'en stockent que très peu mais retiennent une grande quantité de saccharose. Le saccharose exporté vers des tissus non photosynthétiques peut etre utilisé immédiatement, stocké dans des organes de réserve, ou transformé en amidon et stocké dans le chloroplaste. La betterave sucrière à la capacité de stocker dans ses organes de réserve de grandes quantités de saccharose dans sa racine.
->voir "Pourquoi la betterave sucrière?"
Le premier glucide mis en réserve dans les plantes est l'amidon. Son site de synthèse est le chloroplaste. De fortes accumulations y sont visibles dans des microphotographies de chloroplastes de plantes.
->voir TP sur l'amidon
L'amidon existe sous deux formes, il est synthétisé de façon suivante:
Des trioses phosphates (composés glucidiques à 3 carbones) synthétisent du glucose-1-phosphate (G-1P). Il est ensuite transformé en ADP-glucose, grâce à l'enzyme ATP. Enfin l'amidon synthase catalyse la formation d'une nouvelle liaison α (1-4), ajoutant un glucose à la chaine qui est en élongation, créant l'amylose. La formation de liaisons ramifiées α (1-6) catalysée par l'enzyme de branchement de l'amidon produit l'amylopectine.
Le saccharose est un autre glucide fortement mis en réserve parmi les plantes, notamment par la betterave sucrière. La synthèse du saccharose à lieu dans le cytosol et non dans le cytoplasme, car le cytoplasme est imperméable au saccharose, et donc il ne pourrait pas en sortir.Les trioses phosphates (composés glucidiques à 3 carbones) synthétisent du glucose-1-phosphate (G-1P). Ce dernier est associé à l'Uridine-Tri-Phosphate (ou UTP) pour former de l'uridine-di-phosphate-glucose (ou UDP-Glucose). Celui-ci est enfin associé à du fructose pour former du saccharose:
Glucose-1-P + UTP -> UDP-Glucose
UDP-Glucose+ fructose -> UDP + saccharose