Pigments

Le spectre de lumière exploitée lors de la photosynthèse est contraint par l'utilisation de longueurs d'ondes :

• \(\gt 380nm\). En dessous, la lumière est :

  • filtrée par l'atmosphère.
  • néfaste pour les cellules.

• \(\lt 750nm\). Au-dessus, les ondes sont absorbées par l'eau, un constituant présent en grande quantité dans les organismes.

Radiation photosynthétique active ensemble des longueurs d'ondes utilisées par la plante.

Fonctionnement

La photosynthèse débute lorsqu'un pigment absorbe un photon. Un de ses électrons passe sur une orbitale avec une énergie potentielle plus élevée. Pour être absorbé, les photons doivent apporter l'énergie équivalent à la différence d'énergie entre l'état fondamental et excité.

Note

L'énergie d'un photon dépend de sa longueur d'onde.

Note

Les photons verts ne sont pas absorbés car leur énergie ne correspond pas à la différence.

Note

Chaque molécule n'est capable d'absorber que des longueurs d'ondes précises.

L'état excité est un état instable. Les électrons reviennent à l'état fondamental en libérant le surplus d'énergie sous forme :

• de chaleur.
• de lumière. La chlorophylle émet de la lumière rouge (fluorescence).

Les pigments sont regroupés au sein de structures appelées antennes collectrices. Il existe deux grandes familles de pigments :

• la chlorophylle.
• les caroténoïdes.

Note

Les algues utilisent des pigments supplémentaires pour réaliser la photosynthèse car le milieu aquatique car l'eau modifie les propriétés de la lumière. Ils sont formés de complexe protéines et de pigments associés à des phycobiliprotéines appelé phycobiline.

Caroténoïdes

Les caroténoïdes sont des molécules lipophiles présentes dans les membranes des thylakoïdes. Elles sont fabriquées dans les plastes à partir de terpènes. Leur pic d'absorption se situe à 450 nm et elles servent de pigments additionnels pour :

• capter la lumière.
• à la photoprotection. Elles dissipent le surplus d'énergie ce qui limite la formation de molécules oxydantes dangereuses dû à l'interaction entre les photons et l'oxygène.

Note

La structure des caroténoïdes est apparentée aux pigments présent dans notre œil.

Chlorophylles

Les pigments chlorophylliens sont composés :

• un noyau porphyrine hydrophile qui enserre un ion magnésium (\(Mg^{2+}\)). Il est situé le stroma.
• Une queue phytol hydrophobe ancrée dans la membrane des thylakoïdes.

Il existe quatre types de chlorophylle :

Type de chlorophylle (pics d'abs)	Présence
A (430 nm et 662 nm)	Universelle
B (454 nm)	Plantes et algues vertes
C1 et c2	Algues brunes
D	Algues rouges

Note

Les différences de comportement des types de chlorophylle face à la lumière dépendent des groupements situés autour du noyau. Par exemple, pour les deux types de chlorophylles les plus présentes càd a et b, la différence de pics d'absorption s'explique par la substitution d'un groupement \(-CH_3\) par un \(-CHO\).

Un changement de l'état énergétique se produit quand la molécule de chlorophylle entre en contact avec un photon bleu ou rouge. Si le photon est de couleur bleu, elle libère le surplus d'énergie sous forme de chaleur et se ramene à l'état obtenu avec un photon rouge.

Il existe trois possibilités pour revenir à l'état initial càd à un état stable. Il est possible de dissiper l'énergie par :

• fluorescence càd par l'émission d'un photon de plus faible énergie que celui reçu.
• résonnance. L'énergie est transférée à la molécule suivante.
• photochimie càd en cédant un électron.

Note

La fluorescent produit de la lumière.

Phosphorescence fluorescence avec l'émission d'un photon dans le spectr visible.

Note

C'est parce que la chlorophylle est associée à d'autres protéines dans la cellule qu'elle n'émet pas de lumière.