Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
C

chlorophylle (suite)

Propriétés optiques

La chlorophylle obtenue par extraction à l’alcool a une couleur vert vif par transparence, mais la lumière réfléchie par cette solution est rouge foncé.

L’étude du spectre d’une lumière qui a traversé une solution de chlorophylle montre que certaines radiations lumineuses manquent et qu’une bande noire apparaît à leur place. On trouve ainsi une zone d’absorption importante dans le rouge (600 mμ), environ deux bandes dans l’orangé et une large plage éteinte dans le bleu indigo (400-450 mμ), en réalité composée de nombreuses petites raies.

En utilisant des solutions purifiées de chlorophylle a ou de chlorophylle b, on observe des bandes d’absorption différentes, mais les principales restent toujours dans le rouge et le bleu indigo, le vert en étant pratiquement dépourvu. L’énergie lumineuse portée par les radiations considérées est captée en même temps que la lumière. On constate que les chlorophylles a et b n’utilisent pas exactement les mêmes radiations, et que d’autre part les absorptions d’énergie réalistes dans le bleu sont plus intenses que dans le rouge. L’une et l’autre ne prennent pratiquement pas d’énergie dans le vert.

Les solutions de chlorophylles éclairées par des rayons ultraviolets deviennent fluorescentes et émettent des radiations visibles. Cette propriété, de forte intensité in vitro, est très faible in vivo, lors de la photosynthèse, car l’énergie n’est pas alors dispersée à l’extérieur, mais utilisée par la plante.


Fonction dans la plante

Les feuilles des végétaux verts exposés à la lumière sont capables de synthèses organiques et élaborent ainsi des sucres et de l’amidon. Le détail de ces réactions et surtout des différents facteurs qui les commandent sera étudié au terme photosynthèse, mais, dès maintenant, on peut indiquer que la quantité de lumière et la qualité des radiations lumineuses reçues par la plante sont très importantes.

La formule globale de synthèse, qui ne fait que résumer une très complexe cascade de réactions et qui, du gaz carbonique et de l’eau, conduit à du glucose et de l’oxygène, peut s’écrire :
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.

Cette transformation n’est possible que grâce à un apport d’énergie (673 kcal) ; or, on remarque justement que la lumière apporte de l’énergie. Dès la fin du siècle dernier, Wilhelm Engelmann a montré, en éclairant un microscope à l’aide d’un spectre lumineux, que les Algues vertes filamenteuses avaient une photosynthèse active dans le rouge et le bleu. Le dégagement d’oxygène qui en résultait était mis en évidence à l’aide de Bactéries aérobies, qui se rassemblaient là où une intense émission de gaz se produisait. Bien d’autres observations analogues ont pu être faites : sur des feuilles introduites dans un large spectre et dont on mesure le dégagement d’oxygène ; en soumettant des végétaux à des radiations de type connu et en mesurant l’intensité de la photosynthèse, etc. Toutes ces expériences montrent qu’il existe une concordance à peu près absolue entre les radiations absorbées par la chlorophylle et celles qui provoquent le phénomène de photosynthèse.

La chlorophylle apparaît alors comme le capteur de l’énergie lumineuse, qui est immédiatement transformée en énergie chimique capable de provoquer les réactions de synthèse. Le mécanisme de cette captation et sa transmission aux molécules chimiques engagées dans la synthèse ont fait l’objet de nombreux travaux. Ils permettent actuellement de comprendre le rôle du pigment ainsi que le mécanisme des opérations, successives et fort complexes, qui conduisent à la molécule organique.

Le phénomène se déroule en deux phases, l’une lumineuse, encore appelée photochimique, et l’autre obscure.

Les radiations lumineuses portent des particules énergétiques : les photons, ou quanta de lumière. Cette énergie est inversement proportionnelle à la longueur d’onde. La chlorophylle qui a absorbé un photon passe à l’état de molécule excitée, très active, et dispose d’un supplément d’énergie de 65 kcal pour la lumière bleue, et de 41 kcal pour la lumière rouge. S’il s’agit de lumière bleue, la molécule se trouve portée à un haut niveau d’énergie mais est devenue si instable qu’elle perd rapidement (en 10–11 s) cet état et se trouve ramenée à un excès de 41 kcal comme si elle avait absorbé de la lumière rouge. Cette énergie se dissipe également (en 10–9 s) par choc, frottement entre les molécules sous forme de chaleur ou encore par fluorescence. Il se peut qu’une partie seulement de cet excès disparaisse ainsi, et le reste (31 kcal) constitue un troisième état, qui participe au phénomène photochimique. Il y a alors des échanges entre les molécules voisines, plusieurs centaines, pense-t-on. L’un des électrons de la chlorophylle, porteur d’une grosse quantité d’énergie, s’échappe. La molécule de chlorophylle, privée d’un électron, devient un accepteur, et c’est un électron de potentiel normal qu’elle récupérera à la suite des réactions. L’électron perdu passe sur des transporteurs et cède son énergie, qui est utilisée à la formation d’A. T. P. (adénosinetriphosphate, élément de base de la synthèse organique).

On démontre à l’aide d’éléments marqués (18O) que l’oxygène libéré au cours de la photosynthèse provient de l’eau et non du gaz carbonique absorbé par la plante. Le chloroplaste, qui est devenu réducteur, peut, grâce à de nombreuses enzymes, utiliser le gaz carbonique.

En somme, deux chaînes de réactions indispensables ont pour origine la fixation d’énergie lumineuse par la plante et la libération des électrons. L’une permet la décomposition de l’eau en OH et H+, ce qui a pour conséquence de libérer de l’oxygène, qui se dégage à partir de l’ion OH, et d’autre part de réduire un corps NADP, qui sera nécessaire par la suite, sous sa forme réduite (NADPH2), à la synthèse des substances carbonées.

D’autre part, la libération d’électrons est aussi utilisée, après passage sur une chaîne de transporteurs, pour l’élaboration de molécules d’A. T. P., elles aussi nécessaires à la suite des réactions chimiques.