Introduction

Le glucose est une molécule organique de la famille des glucides. C'est une molécule de petite taille produite à l'issue de la réalisation de la photosynthèse. La plante doit assurer sa croissance, son développement et sa reproduction : ce sont autant de fonctions qui nécessitent un apport énergétique sous la forme de glucose. Ainsi, entre la production de glucose par photosynthèse dans les feuilles et sa consommation dans toute la plante, on comprend qu'une mobilité de cette molécule est indispensable afin d'assurer les grandes fonctions de la plante.

Comment la plante produit-elle le glucose ? Comment assure-t-elle l'ensemble de ses fonctions à partir de cette molécule organique ? Quelles sont les contraintes associées à la production et à la consommation de glucose ?

Nous montrerons que les feuilles sont le lieu de production du glucose. Puis nous verrons comment le glucose peut soutenir la croissance et le développement des plantes, et comment il participe à leur reproduction. Enfin, la localisation de la photosynthèse impose des contraintes à l'ensemble de la plante ; il s'agira donc d'identifier les adaptations qui soutiennent les flux de glucose dans la plante.

I. Le glucose est issu de la photosynthèse réalisée dans les feuilles

La photosynthèse est un processus qui a lieu dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes situées dans les feuilles. La photosynthèse consomme de l'eau et du dioxyde de carbone (CO₂) et produit du glucose et du dioxygène (O₂) en présence de lumière.

La feuille possède des structures, les stomates, qui centralisent les échanges gazeux, les entrées et sortie d'O₂ et de CO₂. Comme le limbe des feuilles est large, les échanges gazeux et la captation de lumière sont facilités.

La feuille possède également des nervures, contenant notamment les vaisseaux de xylème qui apportent l'eau en partie utilisée par l'activité photosynthétique.

La feuille est donc un organe source, spécialisé dans la production de glucose via la réalisation de la photosynthèse et des échanges gazeux nécessaires, adaptée à la vie fixée de la plante.

II. Le glucose, molécule énergétique nécessaire au développement de la plante

La croissance et le développement des plantes se font par mitose, élongation cellulaire et différenciation au niveau des méristèmes. Cette croissance et ce développement nécessitent la production d'énergie. Celle-ci est assurée par la respiration cellulaire, qui est un processus consommant du glucose.

Le glucose est ainsi utilisé par toutes les cellules composant les organes de la plante : les bourgeons, les fleurs, les tiges, les racines, les feuilles, etc. C'est donc une molécule qui fournit l'énergie nécessaire à l'organogenèse de la plante.

La photosynthèse se déroule uniquement en présence de lumière, qui est donc un facteur limitant. En journée, le stockage de glucose s'effectue sous forme d'amidon dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes. Comme le montre le document 2, l'amidon est une molécule formée d'une chaîne de nombreuses molécules de glucose. Il est redécoupé au cours de la nuit afin de rendre le glucose disponible pour la plante.

Le glucose est transformé en cellulose et en lignine dans toutes les cellules sous l'effet d'enzymes spécifiques. Le glucose est ainsi à l'origine de la synthèse des molécules de la paroi, élément clé du port dressé des plantes, de l'élongation et de la différenciation des cellules.

Le glucose participe aussi à l'élaboration des tanins, des molécules toxiques qui participent à la défense des plantes face aux agressions des organismes herbivores.

III. Le glucose, molécule clé dans la reproduction de la plante

Le glucose est stocké à long terme sous forme d'amidon. Ce stockage peut avoir lieu dans des organes de stockage, comme les tubercules (pomme de terre) ou les bulbes (oignon). Après la mauvaise saison, les réserves en amidon sont dégradées en glucose pour permettre la croissance et le développement d'un nouveau plant.

Lors de la reproduction sexuée, le glucose est transformé en sucres qui peuvent être accumulés dans le nectar de certaines fleurs. Le nectar participe à l'attraction des pollinisateurs et donc à la fécondation croisée.

Après la fécondation, le glucose est également transformé en amidon et accumulé dans les graines. Cet amidon sera dégradé en glucose pour soutenir la croissance et le développement du jeune plant avant qu'il ne réalise la photosynthèse.

Chez les plantes à fleurs, après la fécondation, on observe le développement de fruits qui contiennent beaucoup de sucres simples (glucose et saccharose).

Comme le montre le document 1, la pulpe de certains fruits lors de leur maturation accumule de l'amidon : de 8 % jusqu'à 15 % du total de la pulpe à l'issue des trois premiers jours. On remarque également qu'à partir du 3^e jour le taux d'amidon chute pour atteindre 0 % au 14^e jour ; en parallèle, la quantité de glucose atteint 23 % de la pulpe sur le même intervalle de temps. Ce document permet de comprendre que l'accumulation de glucose dans les fruits résulte de la dégradation de l'amidon accumulé lors des trois premiers jours de la maturation.

Le fruit est donc un bon exemple de l'utilisation du glucose pour, dans un premier temps, accumuler des réserves sous forme d'amidon, puis pour illustrer la mobilisation de ces réserves afin de produire un fruit mature qui pourra être dispersé dans le milieu.

IV. Du lieu de production aux lieux de consommation

D'un lieu de production unique, la feuille, le glucose doit être distribué à l'ensemble des organes de la plante. Des flux de glucose ont lieu dans la plante, sous la forme de saccharose (un sucre formé d'un glucose couplé à un fructose).

La distribution des sucres se fait via les vaisseaux de phloème, spécialisés dans le transport de la sève élaborée vers l'ensemble de la plante. Ces flux sont majoritairement descendants, en raison de la localisation de la photosynthèse dans les feuilles.

Conclusion

Les plantes à fleurs sont des organismes photosynthétiques qui produisent une grande quantité de glucose. Celui-ci est utilisé directement pour la respiration cellulaire ou est transformé pour former de nombreuses substances nécessaires à la plante pour sa croissance, son développement ou sa reproduction.

Si le glucose a une place centrale dans la vie métabolique de la plante, on peut noter qu'il est notamment transformé en de nombreuses molécules grâce à des enzymes spécifiques. Or nous savons que les enzymes sont des protéines dont l'expression est contrôlée par des gènes.

Il serait par exemple intéressant d'étudier l'expression des gènes à l'origine de la production des enzymes pour savoir si ces gènes s'expriment différemment en fonction de la localisation des cellules dans la plante et en fonction des saisons.