CHLOROPHYLLE

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.

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La chlorophylle absorbe les composantes rouge et bleue de la lumière et donne leur couleur verte aux feuilles.

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.

Trois autres formes de chlorophylle, moins communes, existent par ailleurs :

  • la chlorophylle f, identifiée en 2010 dans certains stromatolithes ; elle a pour caractéristique une absorption décalée vers le rouge par rapport aux autres chlorophylles1.

La chlorophylle se caractérise notamment par sa fluorescence dans le proche infrarouge (autour de 700 nm). Les clichés aériens ou satellitaires en « fausses couleurs » (infrarouge + vert + bleu) permettent aux spécialistes de reconnaître les essences par analyse radiométrique.

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La chlorophylle est présente à haute-concentration dans les chloroplastes des cellules végétales vivantes.

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Teneur moyenne des eaux marines de surface en chlorophylle (SeaWIFS) pour la période 1998-2006 (échelle logarithmique).

 

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 thylacoïdes2. 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.

4230

Numérotation conventionnelle des atomes de la porphine.

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Molécule de chlorophylle a.
  - en vert :
magnésium ;
  - en bleu :
azote ;
  - en noir :
carbone ;
  - en blanc :
hydrogène ;
  - en rouge :
oxygène.

 

Chlorophylle a

Chlorophylle b

Chlorophylle c1

Chlorophylle c2

Chlorophylle d

Chlorophylle f

No CAS

479-61-8

519-62-0

11003-45-5

519-63-1

 

PubChem

6433192

6450186

25245630
57393456 [archive]

25244281
57390098 [archive]

6449882

 

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

 

Occurrence

Universelle

Principalement
  - plantes vertes
  - algues vertes

Phéophycées
(algues brunes)

Phéophycées
(algues brunes)

Certaines
cyanobactéries

Certaines
cyanobactéries

4232

Structure des chlorophylles a, b et d.

4233

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.

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En vert le spectre d'absorption de la chlorophylle a et en rouge le spectre d'absorption de la chlorophylle b.

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.

 

 

 

 

 

 

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