Le chloroplaste est un organite spécifique à la cellule végétale et dans lequel la photosynthèse a lieu. Les chloroplastes sont un des principaux types de plastes (les deux autres sont les chromoplastes et les leucoplastes). Ce sont des organites semi-autonomes, c’est-à-dire qu’ils possèdent de l’ADN et des ribosomes fonctionnels capable de synthétiser des protéines.
Nous allons détailler la structure d’un chloroplaste et en particulier des thylakoïdes et nous terminerons par un chapitre sur les pigments chlorophylliens.
Structure d’un chloroplaste
Le chloroplaste est un organite limité par une double membrane (l’enveloppe plastidiale). L'intérieur du chloroplaste est nommé stroma. Au sein de ce stroma se trouvent les thylakoïdes (empilés sous forme de granum) et c’est dans la membrane de ces thylakoïdes que la photosynthèse a lieu.
En plus des thylakoïdes, le stroma contient de l’ADN circulaire et des ribosomes ainsi que des grains d’amidon et des gouttelettes lipidiques.
Structure d'un chloroplaste
Origine endosymbiotique des chloroplastes
La théorie endosymbiotique est retenue actuellement et affirme que les chloroplastes (ainsi que les mitochondries) sont d’anciennes cellules procaryotes (cyanobactérie dans le cas des chloroplastes) qui ont été absorbées par endocytose.
Parmi les arguments en faveur de la théorie endosymbiotique, on peut retenir :
- Présence d’un ADN circulaire sans histones dans les chloroplastes comme celui des bactéries et de ribosomes capables de synthétiser quelques protéines
- La division par scissiparité (comme les bactéries) des chloroplastes lorsque la cellule végétale entre en mitose
- Présence d’une double membrane (membrane plastidiale externe acquise dérivée de la cellule hôte)
- La membrane interne du chloroplaste et les membranes des thylakoïdes ont une composition lipidique proche de celle des membranes bactériennes.
Les chloroplastes à deux membranes sont issus d’une endosymbiose primaire d’une cyanobactérie par une cellule eucaryote. Il existe cependant des chloroplastes à trois membranes et à quatre membranes qui sont respectivement le résultat d’une endosymbiose secondaire et tertiaire.
Théorie endosymbiotique de l'origine des chloroplastes
Les thylakoïdes
Les thylakoïdes sont des structures délimitées par une membrane à l’intérieur des chloroplastes. Ils peuvent s’empiler les uns sur les autres et former un granum (pluriel grana). Les grana sont reliés les uns aux autres par des lamelles intergranales ou thylakoïdes stromatiques (non empilés).
Les thylakoïdes dans les chloroplastes
La membrane des thylakoïdes est le siège des réactions photochimiques de la photosynthèse. Les molécules de chlorophylles (voir plus bas) qui interviennent dans la phase photochimique de la photosynthèse sont présentes dans la membrane des thylakoïdes. L’intérieur d’un thylakoïde est appelé lumen et est composé d’une phase aqueuse de pH 4 (acide dû à la présence de protons H+ issus de la photosynthèse).
Thylakoïdes empilés en grana
Les chlorophylles, des pigments assimilateurs
Les chlorophylles sont des pigments particuliers qui captent l’énergie lumineuse, associés entre eux par des protéines pour former des antennes collectrices afin d’optimiser la captation de la lumière. Ils sont présents dans les chloroplastes et plus précisément dans les membranes des thylakoïdes.
Il existe plusieurs molécules de chlorophylles mais les deux les plus communément rencontrées chez les végétaux sont la chlorophylle a et la chlorophylle b.
Formules de la chlorophylle a et b
Les deux types de chlorophylles (a et b) absorbent essentiellement dans les longueurs d’onde bleu et rouge mais n’absorbent pas dans le vert comme l'indique le spectre d'absorption des chlorophylles a et b ci-dessous.
Spectre d'absorption de la chlorophylle a et de la chlorophylle b