Un chloroplaste est un organite situé dans le cytoplasme d’une cellule végétale. C’est lui qui capte la lumière, permettant ainsi la photosynthèse.
Il se trouve dans les cellules eucaryotes photosynthétiques (encore appelées cellules chlorophylliennes) qui sont indispensables au développement d’un végétal.
Le terme eucaryote désigne tous les organismes uni- ou pluricellulaires, animaux, végétaux, mycètes (champignons) ou protistes (algues) qui possèdent un noyau et des mitochondries dans leurs cellules.
Les cellules eucaryotes photosynthétiques des végétaux supérieurs se trouvent principalement dans les feuilles, et sont riches en chloroplastes. A l’inverse chez les algues, on trouve un seul chloroplaste par cellule photosynthétique.
Parmi les végétaux supérieurs, certains ont plus ou moins besoin de lumière pour créer leur matière organique. Exemples : Le chèvrefeuille est une plante grimpante qui nécessite de la lumière pour se développer. Le lierre grimpant nécessite peu de lumière et peut donc être placé à l’ombre. Le mécanisme de photosynthèse peut donc s’effectuer avec une source lumineuse limitée,
ce qui peut nous amener à penser que le végétal adapte son métabolisme aux conditions extérieures.
Les végétaux sont des organismes vivants autotrophes : à partir d’une matière exclusivement minérale (H2O, CO2, sels minéraux), ils peuvent fabriquer leurs propres molécules organiques (glucides (sous forme d’amidon), protéines, carbone, azote, etc.)
à l’aide d’une source d’énergie extérieure (le plus souvent la lumière, il s’agit alors d’un végétal photo-autotrophe).
Les animaux par exemple sont des organismes vivants hétérotrophes : ils doivent absorber des molécules organiques
(glucides ou protéines ou lipides) pour fabriquer leurs propres molécules organiques (les protéines des muscles par exemple).
A) COUPE TRANSVERSALE DE FEUILLE DE VEGETAL
Lorsqu’on examine une feuille de végétal supérieur au microscope optique, on peut observer plusieurs couches cellulaires distinctes, de la face supérieure de la feuille vers la face inférieure :
L’épiderme supérieur : imperméable grâce à une cuticule, évitant l’évaporation de l’eau circulant dans les méats aérifères. Formé d’une seule couche de cellules, il ne contient pas de chloroplastes, donc ne joue aucun rôle dans la photosynthèse, mais laisse passer la lumière.
Le parenchyme palissadique : Composé de plusieurs couches de cellules allongées verticalement et serrées. C’est dans les cellules du parenchyme palissadique que se situent la majorité des chloroplastes.
Le parenchyme lacuneux : Composées de plusieurs couches de cellules de forme plus arrondie et disposées de façon plus disjointe. Les espaces entre les cellules servent à la circulation des gaz (O2 et CO2) et de l’eau (H2O) à travers toute la plante. Les cellules du parenchyme lacuneux contiennent également des chloroplastes.
L’épiderme inférieur : formé d’une seule couche de cellules jointives puis de la cuticule imperméable. En certains endroits, on remarque des structures particulières de petite taille, présents en grande quantité (50 à 500 par mm²) : les stomates. Un stomate contient un orifice régulable : l’ostiole. Il permet les échanges gazeux entre la plante et l’extérieur. Le CO2 peut donc pénétrer dans la feuille grâce aux stomates, pénétrant ainsi dans le parenchyme lacuneux grâce à une petite cavité sans cellules, la chambre sous-stomatique.
Schéma d’une observation au microscope d’une coupe transversale de feuille.Détail d’une observation au microscope au niveau d’un stomate
On voit donc que les couches cellulaires supérieures de la feuille sont plus destinées à la réalisation de la photosynthèse (résistance à l’évaporation à la chaleur, nombreuses cellules avec chloroplastes). Les couches cellulaires inférieures ont un rôle d’approvisionnement en CO2, puis de circulation du CO2 et de l’H2O vers les cytoplasmes des cellules chlorophylliennes.
B)ANALYSE D’UNE CELLULE PHOTOSYNTHETIQUE OU CHLOROPHYLLIENNE
Schéma d’une cellule végétale observée au microscope optique
La cellule végétale est facilement différenciable de la cellule animale, du fait de sa forme souvent géométrique et de ses contours bien visibles.
1/ Membrane cellulaire
La cellule est contenue dans une membrane constituée de deux couches superposées :
La membrane plasmique
La paroi cellulosique plus épaisse, qui assure la solidité.
2/ Le plasmodesme
Cette structure forme des ponts entre les cellules. Elle traverse la membrane cellulaire en plusieurs endroits. Elle permet l’adhérence des cellules entre elles.
3/ Le contenu cellulaire
Au sein de la cellule,nous distinguons le noyau (qui contient le patrimoine génétique de la cellule) et le cytoplasme (fluide contenant de nombreux organites qui permettent son développement).
Le noyau
Il est limité par une enveloppe nucléaire, contient de la chromatine et un nucléole.
La chromatine est constituée d’ADN (acide désoxyribonucléique) décondensé : ensemble des gènes de la cellule, en dehors des périodes de mitose.
Le nucléole est un sous-compartiment du noyau. C’est le lieu où se produit la transcription des ARN ribosomiques (ARNr) qui constituent, avec les protéines, les deux sous-unités du ribosome. Il contient donc des molécules d’ADN, des ARN ribosomiques, des protéines diverses et des ARN polymérases. Dans un noyau, le nucléole est d'autant plus grand que la synthèse des ribosomes est importante dans la cellule qui le contient.
Le cytoplasme
Il contient un liquide dans lequel se trouvent une grande vacuole centrale, et de très nombreux organites, dont les chloroplastes qui nous intéressent particulièrement ici.
Le cytosol : Partie liquide du cytoplasme
La vacuole centrale : est un compartiment délimité par une membrane (tonoplaste), remplie d'eau et contenant diverses molécules inorganiques et organiques telles que des enzymes. En général, ses fonctions comprennent : gestion des déchets à l'aide d'enzymes de digestion, maintien de l'équilibre hydrique, stockage de l'eau et de certains pigments par exemple, rôle dans la pression cellulaire permettant la rigidité de certaines structures telles que les fleurs, les tiges ou les feuilles.
Les nombreux organites:
Les dictyosomes : L’ensemble des dictyosomes forme l’appareil de Golgi (réservoir pour les protéines et les lipides)
Le réticulum endoplasmique lisse ou rugueux. Il est constitué d’un réseau de membranes. Le réticulum endoplasmique lisse participe entre autres à la synthèse de lipides et au stockage du calcium. Le réticulum endoplasmique granuleux est un acteur de la synthèse des protéines. Il porte à sa surface une multitude de petits granules : ce sont des ribosomes qui sont entrain de synthétiser des protéines et de les injecter dans la lumière du réticulum. Une fois dans la lumière, les protéines subissent une maturation, puis elles sont envoyées vers l'appareil de Golgi.
Les peroxysomes : ce sont des organites cellulaires entourés par une membrane simple et ne contenant pas de matériel génétique. Ils contiennent des enzymes participant à une réaction d’oxydation et produisant du peroxyde d’hydrogène (H2O2). Ils sont chargés de la détoxification de la cellule.
Les mitochondries : « centrales énergétiques » de la cellule. Grâce aux enzymes ATP synthases, elles convertissent le glucose en molécule énergétique directement utilisable par la cellule, l’ATP.
Les ribosomes libres : ils effectuent la synthèse de certaines protéines, sans être fixés sur le réticulum endoplasmique.
Les chloroplastes : petits organites où s’effectue la photosynthèse. Nous détaillerons plus loin leur fonctionnement.
