Transcription de vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure du chloroplaste. Nous expliquerons comment les différentes structures du chloroplaste sont adaptées à leur fonction de stockage de l’énergie lumineuse sous la forme de molécules de sucre.
Les plantes sont des organismes multicellulaires qui, comme les humains, ont besoin de nourriture pour rester en vie et fonctionner. Contrairement aux humains, cependant, les plantes ne possèdent pas de système digestif spécialisé pour ingérer et absorber les éléments nutritifs issus de la nourriture. Étonnamment, au cours de l’évolution, les plantes ont résolu ce problème en générant leur propre nourriture. Elles effectuent ce processus, connu sous le nom de photosynthèse, dans des organites cellulaires spécialisés appelés chloroplastes. Si vous observiez certaines cellules végétales typiques au microscope, vous verriez probablement leurs chloroplastes. Récapitulons le processus de la photosynthèse avant de parler plus en détail des chloroplastes.
La photosynthèse est le processus par lequel des organismes comme les plantes vertes convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en sucres comme le glucose et en oxygène. Elle doit avoir lieu en présence d’énergie lumineuse. Cette énergie lumineuse peut provenir de la lumière naturelle ou d’une lumière artificielle telle qu’une lampe. Le processus de photosynthèse se déroule principalement dans les feuilles, car c’est là que se trouvent la plupart des chloroplastes. Mais les tissus du parenchyme de la tige des plantes peuvent également contenir des chloroplastes, et sont donc également capables de réaliser la photosynthèse. La plupart des plantes ne peuvent pas effectuer la photosynthèse dans leurs racines. En effet, la plupart des racines des plantes ont tendance à pousser dans le sol et ne reçoivent donc pas la lumière requise pour la photosynthèse.
Examinons de plus près une cellule photosynthétique typique. Ce diagramme donne un aperçu de tous les principaux organites contenus dans une cellule de plante photosynthétique. Comme toutes les cellules végétales, elle possède une paroi cellulaire qui supporte la cellule et l’aide à maintenir sa structure. Elle a également une vacuole, qui permet à la cellule de maintenir un équilibre hydrique. Cette cellule est une cellule photosynthétique car elle contient le pigment photosensible, la chlorophylle, stocké dans un organite entouré d’une double membrane appelé chloroplaste. Une cellule végétale contiendra généralement plusieurs chloroplastes qui peuvent même se compter par centaines.
La photosynthèse procure des avantages majeurs à la plante. Le glucose qu’elle produit est un sucre qui agit comme une source de nutrition pour la plante, lui permettant de se développer, de se reproduire et de mener à bien d’autres processus essentiels de la vie. L’un de ces processus vitaux est la respiration cellulaire. La respiration cellulaire se produit dans des organites appelés mitochondries et libère de l’énergie en décomposant le glucose produit par la photosynthèse. La respiration cellulaire la plus courante utilise l’oxygène. Ainsi, une partie de l’oxygène produit par la photosynthèse peut être réutilisé dans ce processus. Maintenant, regardons de plus près l’organite dans lequel se produit la photosynthèse, le chloroplaste.
Comme nous l’avons brièvement mentionné plus tôt, les chloroplastes sont des exemples d’organites entourés d’une double membrane. Entre ces deux membranes se trouve un espace intermembranaire. Cette double membrane n’a qu’une épaisseur d’environ 10 nanomètres, soit 0.000001 centimètres. À l’intérieur du chloroplaste se trouve une matrice fluide appelée stroma. Le stroma contient de nombreuses enzymes, ainsi que l’ADN du chloroplaste et des ribosomes. Il contient également des grains d’amidon, qui agissent comme des réserves insolubles de glucose. Lorsque la plante en a besoin, ces grains sont reconvertis en sucre glucose soluble et distribués dans la plante pour être utilisés dans la respiration cellulaire.
Des structures en forme de disque appelées thylakoïdes sont en suspension dans le stroma. Ces thylakoïdes forment des piles d’environ 15 disques ou plus. Une pile de thylakoïdes s’appelle un granum ou des grana au pluriel. Ces grana sont reliés entre eux par de minces replis membraneux appelés lamelles. Dans chaque thylakoïde se trouve un espace aqueux appelé lumière. Nous avons déjà mentionné que le rôle principal du chloroplaste dans une cellule végétale est de servir de site pour la photosynthèse. Pour ce faire, il doit pouvoir absorber l’énergie lumineuse. Voyons plus en détail les fonctions de chacune des structures spécialisées dans le chloroplaste pour expliquer son déroulement.
Les pigments sont des molécules qui absorbent des longueurs d’onde spécifiques et en réfléchissent d’autres. Les membranes du thylakoïde dans le chloroplaste contiennent des pigments spécialisés appelés chlorophylle. La chlorophylle est capable d’absorber l’énergie lumineuse pour l’utiliser dans la photosynthèse. On la trouve couramment chez les plantes sous deux formes: la chlorophylle A et la chlorophylle B.
Cette image donne une représentation approximative du spectre de la lumière visible. Les chlorophylles A et B peuvent absorber différentes longueurs d’onde de l’énergie lumineuse. Le pigment chlorophylle A absorbe les longueurs d’onde bleues, jaunes, orange et rouges de la lumière, mais il absorbe beaucoup moins bien les longueurs d’ondes vertes. Lorsque l'énergie lumineuse est utilisée, la lumière disparaît. L'énergie de la lumière bleue, jaune et rouge étant utilisée, il ne reste que la lumière verte. On pense que c’est la raison pour laquelle de nombreuses feuilles qui contiennent de la chlorophylle paraissent vertes à l'œil humain.
La chlorophylle a une structure très complexe. La chlorophylle A, par exemple, a la formule chimique C55H72O5N4Mg, et une partie ressemble à ceci. L’ion magnésium central est considéré comme crucial pour l’absorption de la lumière par ce pigment. Il est intéressant de noter que la chlorophylle a une structure très similaire au groupe hème présent dans l'hémoglobine des globules rouges des animaux, à l'exception de l'ion magnésium qui est remplacé par un ion fer et l'hémoglobine.
La chlorophylle n’est pas le seul pigment pouvant être contenu dans un chloroplaste. Les plantes peuvent également contenir d'autres pigments photosynthétiques, tels que la xanthophylle et le bêta-carotène, qui donnent aux structures végétales une couleur jaune, orange ou rougeâtre. Il est avantageux pour une plante de disposer de différents pigments photosynthétiques car elle peut utiliser l’énergie lumineuse de différentes longueurs d’onde. Ces autres pigments peuvent également protéger la chlorophylle contre la photo-oxydation. Cependant, ces autres pigments ne sont pas aussi courants ou abondants que les pigments chlorophylles. Cela explique donc pourquoi la majorité des feuilles des plantes sont vertes.
Dans les membranes des thylakoïdes, les pigments comme la chlorophylle sont contenus dans les photosystèmes. Les photosystèmes sont des unités fonctionnelles et structurelles des complexes protéiques impliqués dans la photosynthèse. La principale fonction de ces structures est d’absorber et d’utiliser la lumière du soleil pour la première étape de la photosynthèse, appelée l’étape dépendante de la lumière. Cette étape est composée d’une série de réactions qui absorbent l’énergie lumineuse pour dissocier l’eau, ce qui génère de l’énergie chimique sous forme d’ATP et l’oxygène comme sous-produit. La deuxième étape de la photosynthèse, l'étape indépendante de la lumière ou cycle de Calvin, qui utilise l'énergie chimique de l'étape dépendante de la lumière pour transformer le dioxyde de carbone en glucose, se déroule dans le stroma des chloroplastes. Le stroma est bien adapté car il contient les enzymes nécessaires aux réactions chimiques impliquées dans l’étape indépendante de la lumière.
Maintenant que nous avons discuté des différentes structures et fonctions des composants d'un chloroplaste, testons nos connaissances nouvellement acquises dans quelques questions pratiques.
Laquelle des affirmations suivantes fait correctement le lien entre les grana et les thylakoïdes? (A) Les grana circulaires se rassemblent en piles pour former un seul thylakoïde. (B) Les structures en forme de disque appelées thylakoïdes forment des piles appelées grana. Ou (C) une seule cellule thylakoïde est formée de plusieurs composants de grana.
Passons en revue les structures d’un chloroplaste pour répondre à cette question. Les chloroplastes sont des organites cellulaires entourés de deux membranes. L’intérieur d’un chloroplaste est rempli d’une matrice fluide appelée stroma. Le stroma contient de nombreuses enzymes ainsi que l’ADN du chloroplaste et des ribosomes. Il contient également des structures en forme de disque appelées thylakoïdes. Ces thylakoïdes, qui sont l’un des mots clés utilisés dans notre question, forment des piles d’environ 15 disques ou plus. Une pile de thylakoïdes s’appelle un granum ou des grana au pluriel. Il s’agit de l’autre mot clé utilisé dans la question.
Les grana sont reliés entre eux par de minces replis membraneux appelés lamelles. À l’intérieur de chaque thylakoïde se trouve un espace aqueux appelé la lumière. Alors maintenant, nous savons que la relation entre les thylakoïdes et les grana est (B). Les structures en forme de disque appelées thylakoïdes forment des piles appelées grana.
Essayons de résoudre ensemble une deuxième question pratique.
Des spectres d'absorption de la lumière visible sont fournis. Quelle ligne indique l'absorption par le pigment photosynthétique chlorophylle A?
Nous savons que les plantes peuvent utiliser la lumière pour fabriquer leur propre nourriture grâce à un processus appelé photosynthèse. Vous vous souvenez peut-être que la photosynthèse consiste à transformer le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et en oxygène par le biais de l’énergie lumineuse. Le glucose fournit de l'énergie pour la croissance, la reproduction et le métabolisme, la lumière est donc absorbée pour le processus de photosynthèse. Cette absorption est réalisée par des pigments photosynthétiques, tels que la chlorophylle A, qui résident dans les chloroplastes d’une cellule végétale photosynthétique.
Regardons de plus près l’un de ces chloroplastes. Le chloroplaste possède en fait deux membranes, et il contient son propre ADN dans un espace rempli de fluide appelé le stroma. Il y a aussi dans le stroma des grana ou un granum au singulier. Chaque granum est composé de structures en forme de disque appelées thylakoïdes, qui sont liées par des lamelles. Les pigments absorbant l’énergie lumineuse pour initier la photosynthèse sont contenus dans les thylakoïdes du chloroplaste. Ils contiennent de la chlorophylle A et de la chlorophylle B. La chlorophylle A est l’un des pigments photosynthétiques les plus abondants de la feuille d’une plante. Elle absorbe la lumière rouge, orange, jaune et bleue mais pas le vert. D’ailleurs, comme la lumière verte n'est pas absorbée, la plupart des feuilles des plantes semblent vertes à nos yeux.
Maintenant, regardons les spectres d’absorption fournis dans la question. Chacune des trois lignes noires du graphique montre les différentes longueurs d'onde de la lumière qui sont absorbées par différentes molécules. Alors, laquelle des trois lignes noires indique l’absorption des longueurs d’onde rouges, orange, jaunes et bleues mais pas vertes? La ligne continue, la ligne un, montre des pics d’absorption dans toutes les couleurs sauf le vert. Par conséquent, la ligne qui illustre le spectre d’absorption de la chlorophylle A est la ligne 1.
Faisons ensemble une dernière question pratique.
Comment les thylakoïdes sont-ils adaptés à leur fonction? (A) Les thylakoïdes contiennent des pigments photosynthétiques dans leur membrane pour absorber la lumière. (B) Les thylakoïdes ont un petit rapport surface-volume, de sorte que les réactions peuvent se produire plus rapidement. (C) Les thylakoïdes contiennent des enzymes spécialisées qui effectuent le processus de respiration. Ou (D) les thylakoïdes ont une double membrane qui leur permet de contrôler ce qui entre et sort du chloroplaste.
Les thylakoïdes sont des structures en forme de disque contenues dans les chloroplastes de certaines cellules végétales. Les thylakoïdes forment des piles appelées grana ou un granum au singulier, et leur fonction est d’assister le chloroplaste dans la réalisation de la photosynthèse. Les adaptations des thylakoïdes qui aident le chloroplaste dans cette fonction sont leurs pigments photosynthétiques dans leurs membranes. Ces pigments photosynthétiques, qui sont le plus souvent la chlorophylle A dans la plupart des plantes terrestres vasculaires, absorbent la lumière solaire disponible et la transfèrent aux sites de réaction, où l'énergie est utilisée pour effectuer des réactions photosynthétiques.
D’après nos options, il semblerait que l’option (A) est la bonne réponse. Mais vérifions cela en analysant les autres choix. L’option (B) n’est pas correcte puisque les structures en forme de disque des thylakoïdes leur confèrent en fait un grand rapport surface-volume. Cette forme leur permet également de contenir davantage de pigments et ainsi d’augmenter la vitesse des réactions photosynthétiques. L’option (C) est également incorrecte, car bien que les thylakoïdes puissent contenir des enzymes spécialisées, ils facilitent le processus de photosynthèse et non la respiration. La respiration est effectuée par différents organites, les mitochondries. L’option (D) est également incorrecte car les thylakoïdes n’ont pas de double membrane, et ils ne contrôlent pas non plus ce qui entre ou sort du chloroplaste. Il s’agit en fait du rôle de la double membrane qui entoure le chloroplaste lui-même et non de la membrane des thylakoïdes.
La bonne réponse est donc l’option (A). Les thylakoïdes contiennent des pigments photosynthétiques dans leur membrane pour absorber la lumière.
Résumons les points clés que nous avons appris dans cette vidéo sur la structure du chloroplaste. Les chloroplastes sont les organites d’une cellule végétale qui agissent comme le site de la photosynthèse. Ils ont une double membrane et contiennent des thylakoïdes disposés en piles appelées grana ou granum au singulier, qui sont en suspension dans un fluide appelé le stroma. Les chloroplastes contiennent des pigments photosynthétiques, qui sont principalement la chlorophylle A et B, mais ils peuvent également contenir des pigments comme le bêta-carotène et la xanthophylle. Les thylakoïdes sont le site des réactions de la photosynthèse dépendantes de la lumière puisqu’ils contiennent des pigments photosynthétiques. Le stroma est le site des réactions de la photosynthèse indépendantes de la lumière et contient les enzymes, les coenzymes et le dioxyde de carbone requis.
