PIGMENTS PHOTOSYNTHÉTIQUES: CARACTÉRISTIQUES ET PRINCIPAUX TYPES - LA BIOLOGIE - 2025

Les pigments photosynthétiques sont des composés chimiques qui absorbent et réfléchissent certaines longueurs d'onde de la lumière visible, ce qui les fait apparaître «colorés». Différents types de plantes, d'algues et de cyanobactéries ont des pigments photosynthétiques, qui absorbent à différentes longueurs d'onde et génèrent différentes couleurs, principalement le vert, le jaune et le rouge.

Ces pigments sont nécessaires pour certains organismes autotrophes, tels que les plantes, car ils les aident à profiter d'une large gamme de longueurs d'onde pour produire leur nourriture par photosynthèse. Comme chaque pigment ne réagit qu'avec certaines longueurs d'onde, il existe différents pigments qui permettent de capter plus de lumière (photons).

caractéristiques

Comme mentionné précédemment, les pigments photosynthétiques sont des éléments chimiques qui sont responsables de l'absorption de la lumière nécessaire au processus de photosynthèse. Grâce à la photosynthèse, l'énergie du soleil est convertie en énergie chimique et en sucres.

La lumière du soleil est composée de différentes longueurs d'onde, qui ont des couleurs et des niveaux d'énergie différents. Toutes les longueurs d'onde ne sont pas utilisées de la même manière dans la photosynthèse, c'est pourquoi il existe différents types de pigments photosynthétiques.

Les organismes photosynthétiques contiennent des pigments qui n'absorbent que les longueurs d'onde de la lumière visible et en réfléchissent les autres. L'ensemble des longueurs d'onde absorbées par un pigment est son spectre d'absorption.

Un pigment absorbe certaines longueurs d'onde et celles qu'il n'absorbe pas sont réfléchies; la couleur est simplement la lumière réfléchie par les pigments. Par exemple, les plantes apparaissent vertes car elles contiennent de nombreuses molécules de chlorophylle a et b, qui réfléchissent la lumière verte.

Types de pigments photosynthétiques

Les pigments photosynthétiques peuvent être divisés en trois types: les chlorophylles, les caroténoïdes et les phycobilines.

Chlorophylles

Les chlorophylles sont des pigments photosynthétiques verts qui contiennent un anneau de porphyrine dans leur structure. Ce sont des molécules stables en forme d'anneau autour desquelles les électrons sont libres de migrer.

Parce que les électrons se déplacent librement, l'anneau a le potentiel de gagner ou de perdre facilement des électrons et a donc le potentiel de fournir des électrons énergisés à d'autres molécules. C'est le processus fondamental par lequel la chlorophylle «capture» l'énergie de la lumière du soleil.

Types de chlorophylles

Il existe plusieurs types de chlorophylle: a, b, c, d et e. Parmi ceux-ci, seuls deux se trouvent dans les chloroplastes des plantes supérieures: la chlorophylle a et la chlorophylle b. La plus importante est la chlorophylle "a", car elle est présente dans les plantes, les algues et les cyanobactéries photosynthétiques.

La chlorophylle «a» rend la photosynthèse possible en transférant ses électrons activés à d'autres molécules qui produiront des sucres.

Un deuxième type de chlorophylle est la chlorophylle "b", que l'on ne trouve que dans les algues et les plantes dites vertes. Pour sa part, la chlorophylle «c» se trouve uniquement dans les membres photosynthétiques du groupe chromista, tels que les dinoflagellés.

Les différences entre les chlorophylles dans ces grands groupes ont été l'un des premiers signes qu'ils n'étaient pas aussi étroitement liés qu'on le pensait auparavant.

La quantité de chlorophylle "b" est d'environ un quart de la teneur totale en chlorophylle. Pour sa part, la chlorophylle «a» se retrouve dans toutes les plantes photosynthétiques, c'est pourquoi on l'appelle pigment photosynthétique universel. Il est également appelé pigment photosynthétique primaire car il effectue la réaction primaire de la photosynthèse.

De tous les pigments qui participent à la photosynthèse, la chlorophylle joue un rôle fondamental. Pour cette raison, le reste des pigments photosynthétiques est appelé pigments accessoires.

L'utilisation de pigments accessoires lui permet d'absorber une plus large gamme de longueurs d'onde et donc de capter plus d'énergie de la lumière du soleil.

Caroténoïdes

Les caroténoïdes sont un autre groupe important de pigments photosynthétiques. Ceux-ci absorbent la lumière violette et bleu-vert.

Les caroténoïdes fournissent les couleurs vives que présentent les fruits; Par exemple, le rouge dans la tomate est dû à la présence de lycopène, le jaune dans les graines de maïs est causé par la zéaxanthine et l'orange dans les pelures d'orange est dû au β-carotène.

Tous ces caroténoïdes sont importants pour attirer les animaux et favoriser la dispersion des graines de la plante.

Comme tous les pigments photosynthétiques, les caroténoïdes aident à capter la lumière, mais ils remplissent également une autre fonction importante: éliminer l'excès d'énergie du soleil.

Ainsi, si une feuille reçoit une grande quantité d'énergie et que cette énergie n'est pas utilisée, cet excès peut endommager les molécules du complexe photosynthétique. Les caroténoïdes sont impliqués dans l'absorption de l'excès d'énergie et aident à la dissiper sous forme de chaleur.

Les caroténoïdes sont généralement des pigments rouges, oranges ou jaunes et comprennent le composé carotène bien connu, qui donne leur couleur aux carottes. Ces composés sont constitués de deux petits cycles à six carbones reliés par une «chaîne» d'atomes de carbone.

En raison de leur structure moléculaire, ils ne se dissolvent pas dans l'eau mais se lient aux membranes à l'intérieur de la cellule.

Les caroténoïdes ne peuvent pas utiliser directement l'énergie de la lumière pour la photosynthèse, mais doivent transférer l'énergie absorbée à la chlorophylle. Pour cette raison, ils sont considérés comme des pigments accessoires. Un autre exemple de pigment accessoire très visible est la fucoxanthine, qui donne aux algues et aux diatomées leur couleur brune.

Les caroténoïdes peuvent être classés en deux groupes: les carotènes et les xanthophylles.

Carotènes

Les carotènes sont des composés organiques largement distribués sous forme de pigments dans les plantes et les animaux. Leur formule générale est C40H56 et ils ne contiennent pas d'oxygène. Ces pigments sont des hydrocarbures insaturés; c'est-à-dire qu'ils ont de nombreuses doubles liaisons et appartiennent à la série des isoprénoïdes.

Dans les plantes, les carotènes donnent des couleurs jaunes, oranges ou rouges aux fleurs (calendula), aux fruits (citrouille) et aux racines (carotte). Chez les animaux, ils sont visibles dans les graisses (beurre), les jaunes d'œufs, les plumes (canari) et les coquilles (homard).

Le carotène le plus courant est le β-carotène, qui est le précurseur de la vitamine A et est considéré comme très important pour les animaux.

Xanthophylles

Les xanthophylles sont des pigments jaunes dont la structure moléculaire est similaire à celle des carotènes, mais à la différence qu'ils contiennent des atomes d'oxygène. Quelques exemples sont: C40H56O (cryptoxanthine), C40H56O2 (lutéine, zéaxanthine) et C40H56O6, qui est la fucoxanthine caractéristique des algues brunes mentionnées ci-dessus.

Les carotènes sont généralement de couleur plus orange que les xanthophylles. Les carotènes et les xanthophylles sont solubles dans les solvants organiques tels que le chloroforme, l'éther éthylique, entre autres. Les carotènes sont plus solubles dans le disulfure de carbone que les xanthophylles.

Fonctions des caroténoïdes

- Les caroténoïdes fonctionnent comme des pigments accessoires. Ils absorbent l'énergie radiante dans la région médiane du spectre visible et la transfèrent à la chlorophylle.

- Ils protègent les composants chloroplastiques de l'oxygène généré et libéré lors de la photolyse de l'eau. Les caroténoïdes captent cet oxygène par leurs doubles liaisons et transforment leur structure moléculaire en un état d'énergie inférieure (inoffensif).

- L'état excité de la chlorophylle réagit avec l'oxygène moléculaire pour former un état d'oxygène très dommageable appelé oxygène singulet. Les caroténoïdes empêchent cela en désactivant l'état excité de la chlorophylle.

- Trois xanthophylles (violoxanthine, anthéroxanthine et zéaxanthine) participent à la dissipation de l'excès d'énergie en le convertissant en chaleur.

- En raison de leur couleur, les caroténoïdes rendent les fleurs et les fruits visibles pour la pollinisation et la dispersion par les animaux.

Phycobilines

Les phycobilines sont des pigments solubles dans l'eau et se retrouvent donc dans le cytoplasme ou le stroma du chloroplaste. Ils ne se produisent que dans les cyanobactéries et les algues rouges (Rhodophyta).

Les phycobilines ne sont pas seulement importantes pour les organismes qui les utilisent pour absorber l'énergie de la lumière, mais sont également utilisées comme outils de recherche.

Lorsque des composés tels que la pycocyanine et la phycoérythrine sont exposés à une lumière intense, ils absorbent l'énergie de la lumière et la libèrent en émettant de la fluorescence dans une gamme très étroite de longueurs d'onde.

La lumière produite par cette fluorescence est si distinctive et fiable que les phycobilines peuvent être utilisées comme "étiquettes" chimiques. Ces techniques sont largement utilisées dans la recherche sur le cancer pour «marquer» les cellules tumorales.

Références

1. Bianchi, T. et Canuel, E. (2011). Chemical Biomarkers in Aquatic Ecosystems (1ère éd.). Presses universitaires de Princeton.
2. Evert, R. et Eichhorn, S. (2013). Raven Biology of Plants (8e éd.). WH Freeman et éditeurs d'entreprise.
3. Goldberg, D. (2010). Barron's AP Biology (3e éd.). Série éducative de Barron, Inc.
4. Nobel, D. (2009). Physiologie végétale physicochimique et environnementale (4e éd.). Elsevier Inc.
5. Pigments photosynthétiques. Récupéré de: ucmp.berkeley.edu
6. Renger, G. (2008). Processus primaires de la photosynthèse: principes et appareils (IL. Ed.) RSC Publishing.
7. Solomon, E., Berg, L. et Martin, D. (2004). Biology (7e éd.) Cengage Learning.