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La chlorophylle (mot composé en 1817 à partir des racines grecques χλωρός chlorós : vert et φύλλον phýllon : feuille) est le principal pigment assimilateur des végétaux supérieurs.
Isolée en 1817 par Joseph Bienaimé Caventou, ce pigment, situé dans les chloroplastes des cellules végétales, intervient dans la photosynthèse pour intercepter l'énergie lumineuse, première étape dans la conversion de cette énergie en énergie chimique. Son spectre d'absorption du rayonnement lumineux est responsable de la couleur verte des végétaux : la longueur d'onde la moins absorbée est le vert, c'est donc cette couleur qui est perçue. Il existe plusieurs formes de chlorophylle différentiables selon leur structure chimique. La chlorophylle a existe chez tout les végétaux (≈ 2 g/kg de feuilles fraîches[réf. nécessaire]) et la chlorophylle b se trouve chez les Cormophytes (végétaux supérieurs) et les Chlorophycées (algues vertes) à des teneurs moindres (≈ 0.75 g/kg MF[réf. nécessaire]). Deux autres variantes existent chez les Phéophycées (algues brunes) et certaines Cyanobactéries, respectivement les chlorophylles c et d.
La chlorophylle est également fortement réfléchissante dans le proche infrarouge (700 nm), les clichés aériens en fausses couleurs (IR + vert + bleu) permettent aux spécialistes de reconnaître les essences par analyse radiométrique.
Structure chimique et biosynthèse
La chlorophylle est un chlorine (quatre noyaux pyrroles en cercle), chélatant un atome de magnésium au centre, ainsi qu'un alcool à longue chaîne, le phytol (sauf pour les chlorophylle c). Elle présente une structure quasi-identique à l'hème (présente dans les globules rouges sanguins). C'est la présence, dans sa structure, de nombreuses doubles liaisons conjuguées qui permet une interaction avec le rayonnement lumineux et son absorption. Les chaînes latérales de chlorine sont variables et ceci entraîne une modification du spectre d'absorption entre les différentes familles de chlorophylles.
| Chlorophylle a | Chlorophylle b | Chlorophylle c1 | Chlorophylle c2 | Chlorophylle d | |
|---|---|---|---|---|---|
| Formule brute | C55H72O5N4Mg | C55H70O6N4Mg | C35H30O5N4Mg | C35H28O5N4Mg | C54H70O6N4Mg |
| groupe C3 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CH=CH2 | -CHO |
| groupe C7 | -CH3 | -CHO | -CH3 | -CH3 | -CH3 |
| groupe C8 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH2CH3 | -CH=CH2 | -CH2CH3 |
| groupe C17 | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH2CH2COO-Phytyl | -CH=CHCOOH | -CH=CHCOOH | -CH2CH2COO-Phytyl |
| liaison C17-C18 | Simple | Simple | Double | Double | Simple |
| Occurrence | Universel | principalement chez les plantes vertes et les algues vertes | diverses algues | diverses algues | certaines Cyanobactéries |
Un déficit de magnésium dans le sol affecte donc directement la biosynthèse des chlorophylles, la quantité de pigment fabriquée sera faible et les (nouvelles) feuilles seront vert-pâle, voire jaunes. Une manifestation de la carence (plus ou moins prononcée) en minéraux affectant la teneur finale en chlorophylle est appelée chlorose.
La chlorophylle, faiblement soluble dans l'eau, l'est en revanche beaucoup plus dans l'alcool éthylique.
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Spectre d'absorption
Le spectre visible se situe approximativement entre 380 nm à 780 nm bien qu'une gamme de 400 nm à 700 nm soit plus commune. La lumière perçue comme « verte » par l’œil et le cerveau humain a une longueur d'onde, selon les notions de la couleur « verte », approximativement entre 500 et 565 nm.
On remarque sur le graphique que l'absorbance de la chlorophylle est moindre pour cette plage du spectre électromagnétique. La chlorophylle absorbe donc la majeure partie du spectre visible sauf la lumière verte.
Mise en évidence expérimentale
On peut montrer que la chlorophylle est nécessaire pour la photosynthèse en utilisant une feuille d'une plante panachée (les parties blanches de la feuille sont dépourvues de chlorophylle) où l'on aura préalablement digéré l'amidon. Après une exposition de quelques heures à la lumière et l'utilisation d'une solution iodée, une coloration noire apparaît seulement sur les zones qui étaient vertes et contenaient de la chlorophylle.
Cette seconde expérience permet d'observer la chlorophylle dans les feuilles et de voir de quoi aurait l'air une feuille sans sa chlorophylle. Pour effectuer cette expérience, vous aurez besoin : d'une casserole, de pinces, d'un verre, d'un contenant d'eau tiède, d'alcool à friction (isopropanol ou alcool isopropylique) et d'une feuille bien verte (il est préférable d'utiliser des arbres feuillus). Commencez par faire bouillir de l'eau dans la casserole. Vous avez besoin de peu d'eau, quelques centimètres au fond de la casserole suffisent. Éteignez le feu et mettez votre feuille à tremper quelques secondes (30 à 60 secondes maximum). Retirez-la de l'eau avec des pinces. Placez votre feuille délicatement dans un verre. Couvrez votre feuille d'alcool à friction. Laissez reposer le verre pendant une heure dans un plat d'eau tiède.
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