La biosynthèse végétale est l’ensemble des processus naturels que subissent les plantes pour convertir les éléments minéraux inorganiques tels que le potassium et l’azote dans le sol ainsi que les éléments de l’eau et de l’air en nutriments, en utilisant l’énergie dérivée initialement de la lumière du soleil. Ces processus sont divisés en trois catégories de base pour les plantes, qui comprennent la photosynthèse, la respiration et la synthèse chimique. Comme les animaux et d’autres organismes vivants tels que les bactéries, les plantes dépendent de l’échange d’oxygène et de dioxyde de carbone dans l’atmosphère pour survivre. Ils synthétisent et décomposent également bon nombre des mêmes composés dans la biosynthèse des plantes que les animaux, y compris les acides aminés, les lipides et les glucides.
Comprendre les processus clés de la photosynthèse et de la respiration cellulaire chez les plantes est la première étape vers la compréhension de la biosynthèse chez les plantes en général. La photosynthèse est un processus qui prend l’énergie de la lumière visible dans des longueurs d’onde spécifiques et la stocke dans des molécules de sucre dans les plantes grâce à l’utilisation de chloroplastes. Les chloroplastes sont de petits organites dans les cellules végétales qui contiennent de la chlorophylle, un composé vert qui donne leur couleur aux plantes et est utilisé dans la synthèse des glucides tels que le sucre.
La biosynthèse végétale utilise trois types de pigments différents pour maximiser son absorption de la lumière. Le pigment chlorophylle a absorbe le plus la lumière autour de la longueur d’onde de 430 nanomètres, qui est en grande partie de couleur bleue, et la chlorophylle b absorbe la lumière autour d’une longueur d’onde de 470 nanomètres qui est vraiment verte. Un autre pigment produit par certaines plantes est le caroténoïde, qui absorbe la lumière dans la gamme jaune à orange du spectre visible à partir de longueurs d’onde de 500 nanomètres ou plus.
La respiration des plantes est également une caractéristique clé de la façon dont les plantes fonctionnent pour absorber le dioxyde de carbone et éliminer l’oxygène en tant que gaz résiduaire, mais elles n’inspirent et n’expirent pas ces gaz comme le font les animaux. Le processus de respiration dans la biosynthèse des plantes implique que les plantes permettent à l’air de se diffuser dans leur structure cellulaire externe, où ces gaz combinés sont ensuite transportés par l’eau vers les membranes cellulaires internes. L’énergie pour la respiration provient du glucose stocké créé lors de la photosynthèse. Les plantes décomposent le glucose en énergie comme le font les animaux, et sont plutôt efficaces avec un gain énergétique net de 22 à 38 %. C’est supérieur à de nombreuses formes de technologie humaine moderne telles que l’automobile, qui est moins de 25 % efficace pour convertir l’essence en énergie pour le mouvement.
Le processus de production d’énergie dans la biosynthèse végétale est basé sur la même réaction chimique que tous les animaux utilisent pour générer de l’énergie. Les plantes utilisent des molécules d’adénosine triphosphate (ATP) pour stocker et libérer de l’énergie, car l’ATP est à la fois construit chimiquement et décomposé par les mitochondries dans les cellules végétales. La différence entre les plantes et les animaux dans ce processus est que les déchets de la production d’énergie pour les plantes sont également du glucose, de l’oxygène et de l’eau, qui sont tous des composés essentiels dont les animaux dépendent pour leur survie.
Le métabolisme végétal d’autres produits chimiques peut être extrêmement complexe, et la science est étroitement impliquée dans l’étude des voies de biosynthèse des plantes en raison des nombreux types de composés organiques utiles que les plantes produisent. Les enzymes végétales sont connues depuis 2011 pour synthétiser plus de 200,000 2011 types de produits chimiques différents, dont beaucoup peuvent être récoltés pour être utilisés dans des produits alimentaires et des médicaments. La plupart des composés commercialement utiles produits par la biosynthèse des plantes ne peuvent pas encore être fabriqués par des moyens artificiels en laboratoire, cependant, les plantes elles-mêmes doivent être cultivées pour récolter les produits chimiques. La recherche sur la biosynthèse des plantes à partir de XNUMX se concentre sur la méthodologie réelle qu’une plante utilise pour créer un composé, et, une fois que cela est bien compris, les cultures cellulaires de la plante peuvent être cultivées en grand nombre pour produire le produit chimique commercialement.