Sciences · Biologie
Le chloroplaste
Le chloroplaste est l’organite des cellules végétales et des algues qui capte l’énergie de la lumière grâce à la chlorophylle pour fabriquer des sucres à partir de CO2 et d’eau.
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Le chloroplaste donne aux plantes leur couleur verte et à la biosphère presque toute son énergie. Lenticulaire, long de 5 à 10 micromètres, il est présent par dizaines dans chaque cellule d’une feuille : une cellule du parenchyme foliaire en contient typiquement de 20 à 100. C’est là que se déroule la photosynthèse, qui transforme l’énergie lumineuse en énergie chimique et libère l’oxygène de l’atmosphère.
Structure d’un chloroplaste
| Élément | Description | Rôle |
|---|---|---|
| Enveloppe | Deux membranes (externe et interne) | Contrôle des échanges avec le cytoplasme |
| Stroma | Liquide intérieur riche en enzymes, ADN et ribosomes | Cycle de Calvin : fixation du CO2 |
| Thylakoïdes | Sacs membranaires aplatis | Captation de la lumière, production d’ATP et de NADPH |
| Grana (sing. granum) | Piles de thylakoïdes, comme des pièces de monnaie | Concentrent les pigments |
| Grains d’amidon | Réserves visibles au microscope | Stockage temporaire des sucres |
Les membranes des thylakoïdes portent les photosystèmes, des assemblages de pigments et de protéines qui fonctionnent comme des antennes à lumière.
Les pigments du chloroplaste
- Chlorophylle a : pigment principal, présent chez tous les organismes photosynthétiques produisant de l’oxygène.
- Chlorophylle b : pigment accessoire des plantes et des algues vertes.
- Caroténoïdes (carotènes, xanthophylles) : jaunes et orangés, ils élargissent la gamme de lumière captée et protègent contre l’excès de lumière.
La chlorophylle absorbe surtout le bleu et le rouge et renvoie le vert : c’est pourquoi les feuilles nous paraissent vertes. En automne, chez les arbres à feuilles caduques, la chlorophylle est dégradée et recyclée ; les caroténoïdes, déjà présents, apparaissent alors, tandis que de nouveaux pigments rouges (anthocyanes) sont fabriqués chez certaines espèces comme les érables.
Ce qui se passe dans le chloroplaste
- Phase photochimique (thylakoïdes) : la lumière excite la chlorophylle ; l’eau est décomposée, ce qui libère l’oxygène ; l’énergie est stockée sous forme d’ATP et de NADPH. Comme dans la mitochondrie, l’ATP est produit par une ATP synthase alimentée par un gradient de protons.
- Cycle de Calvin (stroma) : l’enzyme RuBisCO fixe le CO2 de l’air ; grâce à l’ATP et au NADPH, il est transformé en sucres à trois carbones, base du glucose, du saccharose et de l’amidon.
La RuBisCO est vraisemblablement la protéine la plus abondante sur Terre. Elle est pourtant lente et se trompe parfois en fixant de l’oxygène au lieu du CO2 (photorespiration), ce qui a conduit certaines plantes tropicales comme le maïs ou la canne à sucre à développer des mécanismes de concentration du CO2 (plantes dites en C4).
Une ancienne cyanobactérie
Le chloroplaste descend d’une cyanobactérie englobée par une cellule eucaryote il y a plus d’un milliard d’années : c’est l’endosymbiose primaire, à l’origine des algues rouges, des algues vertes et des plantes terrestres. Les arguments sont les mêmes que pour la mitochondrie :
- double membrane ;
- ADN circulaire propre (généralement 100 à 200 gènes environ chez les plantes) ;
- ribosomes de type bactérien 70S ;
- division par scission ;
- parenté génétique étroite avec les cyanobactéries actuelles.
Certains groupes d’algues (diatomées, algues brunes) ont acquis leurs chloroplastes en englobant à leur tour une algue eucaryote : c’est l'endosymbiose secondaire, reconnaissable aux trois ou quatre membranes qui entourent leurs chloroplastes.
Le chloroplaste, un plaste parmi d’autres
Le chloroplaste appartient à la famille des plastes, organites qui dérivent tous d’un même précurseur (le proplaste) et peuvent se transformer les uns en les autres.
| Plaste | Contenu | Exemple |
|---|---|---|
| Chloroplaste | Chlorophylle | Feuilles, tiges vertes |
| Chromoplaste | Caroténoïdes | Tomate mûre, carotte, pétales jaunes |
| Amyloplaste | Amidon | Tubercule de pomme de terre, graines |
| Étioplaste | Précurseurs de chlorophylle | Plantule poussant à l’obscurité |
Le passage du vert au rouge d’une tomate correspond à la conversion de chloroplastes en chromoplastes.
Le chloroplaste en mouvement
Les chloroplastes se déplacent dans la cellule selon l’éclairement : face à la lumière lorsqu’elle est faible, sur les côtés lorsqu’elle est trop forte, pour éviter les dommages. Ce mouvement est guidé par des photorécepteurs sensibles à la lumière bleue.
Questions fréquentes
Les cellules animales ont-elles des chloroplastes ?
Non. Mais quelques animaux contournent la règle : la limace de mer Elysia chlorotica conserve dans ses cellules les chloroplastes des algues qu’elle mange, et les coraux hébergent des algues photosynthétiques (voir symbiose).
Toutes les cellules d’une plante ont-elles des chloroplastes ?
Non. Les racines, les pétales colorés ou les tissus internes du bois n’en contiennent pas ou peu ; ce sont surtout les cellules des feuilles et des tiges jeunes qui en sont riches.
Les plantes respirent-elles aussi ?
Oui, jour et nuit, grâce à leurs mitochondries. Le jour, la photosynthèse dépasse largement la respiration, si bien que la plante rejette globalement de l’oxygène. Voir la différence entre cellule animale et végétale.