Chlorophylle
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La chlorophylle (mot composé en 1816 à partir du grec ancien χλωρός / khlôrós (« vert ») et φύλλον / phúllon (« feuille ») est le principal pigment assimilateur des végétaux photosynthétiques.
Isolé en 1816 par Joseph Bienaimé Caventou et Joseph Pelletier, ce pigment, situé dans les chloroplastes des cellules végétales, intervient dans la photosynthèse pour intercepter l'énergie lumineuse, première étape dans la conversion de cette énergie en énergie chimique. Son spectre d'absorption du rayonnement lumineux est responsable de la couleur verte des végétaux ; la longueur d'onde la moins absorbée étant le vert, c'est donc cette couleur qui est perçue dans la lumière réfléchie vers l'œil par la feuille.
Différentes formes de chlorophylle
Il existe plusieurs formes de chlorophylle différentiables selon leur structure chimique :
- La chlorophylle a (symbole : « chla » ) est le pigment photosynthétique le plus commun du règne végétal ; il est présent chez tous les végétaux aquatiques et terrestres (≈ 3 g/kg de feuilles fraîches[réf. nécessaire]). La mesure de sa concentration dans l'eau est utilisée comme indicateur de la quantité de plancton végétal (phytoplancton, base principale du réseau trophique aquatique). Les taux de l'eau en chlorophylle sont donnés en µg chla/L.
- La chlorophylle b se trouve chez les cormophytes (végétaux supérieurs) et les chlorophycées (algues vertes) à des teneurs moindres (≈ 0.75 g/kg MF[réf. nécessaire]).
Trois autres formes de chlorophylle, moins communes, existent par ailleurs :
- les chlorophylles c (c1, c2) chez les phéophycées (dites algues brunes),
- la chlorophylle d, identifiée en 1943 et retrouvée chez les Rhodophytes (dites algues rouges),
- la chlorophylle f, identifiée en 2010 dans certains stromatolithes ; elle a pour caractéristique une absorption décalée vers le rouge par rapport aux autres chlorophylles[1].
La chlorophylle est également fortement réfléchissante dans le proche infrarouge (700 nm), les clichés aériens ou satellitaux en « fausses couleurs » (infrarouge + vert + bleu) permettent aux spécialistes de reconnaître les essences par analyse radiométrique.
Structure chimique et biosynthèse
La chlorophylle est une chlorine chélatant un cation de magnésium Mg2+ au centre du macrocycle et estérifiant — hormis les chlorophylles c — un alcool terpénoïde en C20, le phytol, qui est hydrophobe et sert d'ancrage à des protéines des membranes thylacoïdes[2]. Elle présente une structure quasi-identique à celle de l'hème des érythrocytes, les globules rouges du sang. C'est la présence, dans sa structure, de nombreuses doubles liaisons conjuguées qui permet une interaction avec le rayonnement lumineux et son absorption. Les chaînes latérales de la chlorine sont variables et ceci entraîne une modification du spectre d'absorption entre les différentes familles de chlorophylles.
| Chlorophylle a | Chlorophylle b | Chlorophylle c1 | Chlorophylle c2 | Chlorophylle d | Chlorophylle f | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| No CAS | ||||||
| PubChem | |
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| Formule brute | C55H72O5N4Mg | C55H70O6N4Mg | C35H30O5N4Mg | C35H28O5N4Mg | C54H70O6N4Mg | C55H70O6N4Mg |
| Groupe en C2 | –CH3 | –CH3 | –CH3 | –CH3 | –CH3 | –CHO |
| Groupe en C3 | –CH=CH2 | –CH=CH2 | –CH=CH2 | –CH=CH2 | –CHO | –CH=CH2 |
| Groupe en C7 | –CH3 | –CHO | –CH3 | –CH3 | –CH3 | –CH3 |
| Groupe en C8 | –CH2CH3 | –CH2CH3 | –CH2CH3 | –CH=CH2 | –CH2CH3 | –CH2CH3 |
| Groupe en C17 | –CH2CH2COO– Phytyle |
–CH2CH2COO– Phytyle |
–CH=CHCOOH | –CH=CHCOOH | –CH2CH2COO– Phytyle |
–CH2CH2COO– Phytyle |
| Liaison C17–C18 | Simple (chlorine) |
Simple (chlorine) |
Double (porphyrine) |
Double (porphyrine) |
Simple (chlorine) |
Simple (chlorine) |
| Pics d'absorption en solution dans l'acétone-eau à 90 %[3] |
430 nm 664 nm |
460 nm 647 nm |
442 nm 630 nm |
444 nm 630 nm |
401 nm, 455 nm 696 nm |
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| Occurrence | Universelle | Principalement - plantes vertes - algues vertes |
Phéophycées (algues brunes) |
Phéophycées (algues brunes) |
Certaines cyanobactéries |
Certaines cyanobactéries |
 Structure des chlorophylles a, b et d. |
 Structure des chlorophylles c1 et c2. |
Un déficit de magnésium dans le sol ou dans l'eau affecte donc directement la biosynthèse des chlorophylles. La quantité de pigment produite est dans ce cas plus faible et, chez les plantes terrestres, les nouvelles feuilles sont alors vert-pâle, voire jaunes. Une manifestation de la carence, plus ou moins prononcée, en minéraux affectant la teneur finale en chlorophylle est appelée chlorose.
La chlorophylle, faiblement soluble dans l'eau, l'est en revanche bien davantage dans l'éthanol.
Spectre d’absorption
La chlorophylle a (comme tous les pigments) est fluorescente. La mesure de la fluorescence de la chlorophylle a (émise par une plante ou un organisme photosynthétique en général) est un puissant outil pour mesurer l'absorption de la lumière et le fonctionnement de la photosynthèse.
Le spectre visible se situe approximativement entre 380 nm à 780 nm bien qu'une gamme de 400 nm à 700 nm soit plus commune. La lumière perçue comme « verte » par l’œil et le cerveau humain a une longueur d'onde, selon les notions de la couleur « verte », approximativement entre 490 et 570 nanomètres.
On remarque sur le graphique que l’absorbance de la chlorophylle est moindre pour cette plage du spectre électromagnétique. La chlorophylle absorbe donc la majeure partie du spectre visible sauf la lumière verte.
La lumière rouge a une longueur d'onde de 620-750nm et une fréquence de 400-484THz. La région du rouge atteint un maximum de 660-670 nm pour la Chlorophylle A et aux alentours de 635-645 nm pour la Chlorophylle B. Les plantes ont un grand besoin des ondes rouges sauf celles beaucoup plus longues que 670 nm.
La lumière bleue a une longueur d'onde de 450-495nm et une fréquence de 606-668THz.
La photosynthèse fonctionne le mieux grâce aux ondes de la couleur rouge, et à moindre degré à celles de la couleur bleue. Mais certaines plantes ont un plus grand besoin de bleu que d'autres pour une croissance saine - notamment pour que les fleurs éclosent et pour que les fruits poussent.
Mise en évidence expérimentale
On peut montrer que la chlorophylle est nécessaire pour la photosynthèse en utilisant une feuille d'une plante panachée (les parties blanches de la feuille sont dépourvues de chlorophylle) où l'on aura préalablement digéré l'amidon. Après une exposition de quelques heures à la lumière et l'utilisation d'une solution iodée, une coloration noire apparaît seulement sur les zones qui étaient vertes et contenaient de la chlorophylle.
Cette seconde expérience permet d'observer la chlorophylle dans les feuilles et de voir de quoi aurait l'air une feuille sans sa chlorophylle. Pour effectuer cette expérience, vous aurez besoin : d'une casserole, de pinces, d'un verre, d'un contenant d'eau tiède, d'alcool à friction (isopropanol ou alcool isopropylique) et d'une feuille bien verte (il est préférable d'utiliser des arbres feuillus). Commencez par faire bouillir de l'eau dans la casserole. Vous avez besoin de peu d'eau, quelques centimètres au fond de la casserole suffisent. Éteignez le feu et mettez votre feuille à tremper quelques secondes (30 à 60 secondes maximum). Retirez-la de l'eau avec des pinces. Placez votre feuille délicatement dans un verre. Couvrez votre feuille d'alcool à friction. Laissez reposer le verre pendant une heure dans un plat d'eau tiède.
Notes et références
P.H. Raven, R.F. Evert et S.E. Eichhorn (trad. Jules Bouharmont, révision scientifique Carlo Evrardt), Physiologie Végétale 2ème édition, Bruxelles, Belgique, coll. « Editions De Boeck Université », , 121 p. (ISBN 978-2-8041-5020-4)
Voir aussi
Articles connexes
- Végétal
- Plancton
- Puits de carbone
Lien externe
- Spectres d'absorption des différents pigments d'une feuille
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