2) LE CHLOROPLASTE ET SA STRUCTURE
C’est au niveau des chloroplastes, seul compartiment contenant de la chlorophylle, que la matière organique est produite sous forme d’amidon. Elle est synthétisée à partir du CO2 absorbé par la feuille.
La structure des chloroplastes est très semblable chez la plupart des plantes supérieures.
A) SES ORIGINES, L’ENDOSYMBIOSE
La théorie de l’endosymbiose a été évoquée au début du XX° siècle, puis est devenue plausible dans les années 1950-1960, après la découverte de la présence d’ADN dans les noyaux des cellules, dans les mitochondries et les chloroplastes. Les chercheurs pensent que les chloroplastes et les mitochondries étaient initialement des bactéries qui auraient été ingérées par des cellules primitives.
La cellule primitive absorbe une bactérie, et devient une cellule eucaryote hétérotrophe (la bactérie se transforme en mitochondrie).
Absorption d'une bactérie par une cellule eucaryote primitive et formation d'une cellule eucaryote hétérotrophe La cellule eucaryote hétérotrophe absorbe ensuite une bactérie photosynthétique, et devient une cellule eucaryote autotrophe (la bactérie ingérée se transforme en chloroplaste).
Absorption d'une bactérie photosynthétique par une cellule eucaryote hétérotrophe et formation d'une cellule eucaryote autotrophe
La cellule primitive et les bactéries vivent alors en symbiose, c’est à dire avec une coopération mutuellement bénéfique entre elles.
B) SA COMPOSITION
La taille des chloroplastes est de l'ordre du micromètre. Ils prennent souvent la forme de disques aplatis de 2 à 10 microns de diamètre pour une épaisseur d'environ 1 micron.
Le chloroplaste est un organite composé de deux membranes séparées par un espace inter-membranaire . Il contient un réseau membraneux constitué de sacs aplatis nommés thylakoïdes qui baignent dans le stroma (liquide intra-chloroplastique).
Schéma d’une coupe de chloroplaste observée au microscope électronique
Membranes : Une membrane externe et une membrane interne , espacées par un espace inter-membranaire. Cette double membrane est la conséquence de l’endosymbiose. La membrane interne correspond à l’ancienne membrane de la bactérie ingérée. La membrane externe correspond à la membrane plasmique de la cellule qui a absorbé la bactérie.
Stroma : Fluide aqueux où se déroulent les réactions qui ne nécessitent aucune lumière (exemple : le cycle de Calvin qui sera détaillé plus loin)
Grains d’amidon : Constituent une réserve de glucose.
Ribosomes : Organites qui décodent les séquences d’ARN (acide ribonucléique). L’ARN est un enchainement de ribonucléotides (adénine, cytosine, guanine et uracile) obtenu par la transcription d’un brin de l’ADN par une enzyme, l’ARN polymérase.
ADN décondensé : Le génome chloroplastique est très réduit, il contient généralement une centaine de gènes, alors que par comparaison celui d'une cyanobactérie (origine des chloroplastes) comporte plusieurs milliers de gènes. Les molécules d'ADN du génome chloroplastique ont une forme circulaire.
Plastoglobules (ou globules lipidiques) : Forment des réserves de lipides. Le rôle de ces structures est encore mal connu.
Les différentes étapes de la photosynthèse qui convertissent la lumière en énergie chimique se déroulent dans les thylakoïdes tandis que les étapes de conversion de l'énergie en glucide se déroulent dans le stroma du chloroplaste.
C) VARIATIONS DE STRUCTURE DU CHLOROPLASTE
Cette structure est très générale mais peut varier dans certaines conditions, en particulier selon l'adaptation des plantes aux conditions lumineuses. Chez les plantes d'ombre, les empilements de thylacoïdes granaires sont très importants et les thylacoïdes intergranaires beaucoup moins développés. Nous pouvons comparer un végétal nécessitant de la lumière, l’épinard, et un végétal poussant à l’ombre, l’arum.
- L’épinard :
Observation d’un chloroplaste dans une feuille d’épinard au microscope électronique
Observation d’un thylakïde dans une feuille d’épinard au microscope électronique
- L'arum :
Observation de chloroplastes dans une feuille d’arum au microscope électronique
Observation de thylacoïdes dans une feuille d’arum au microscope électronique Nous pouvons observer une différence nette entre les thylacoïdes des deux plantes.
L’arum est une plante qui nécessite beaucoup moins de lumière pour créer sa matière organique. Les grana sont beaucoup plus développés que dans les chloroplastes d’épinards.
Auteur
Fabien Moreau