chapitre 10 La photosynthèse 213
objets tangibles, toutefois ils agissent comme s’ils l’étaient
puisque chacun d’entre eux possède une quantité déterminée
d’énergie. La quantité d’énergie est inversement proportionnelle à la longueur d’onde de la lumière : plus la longueur
d’onde est courte, plus les photons possèdent de l’énergie.
Par conséquent, un photon de lumière violette renferme près
de deux fois plus d’énergie qu’un photon de lumière rouge.
Le Soleil émet le spectre complet de l’énergie électromagnétique, mais l’atmosphère se comporte comme un filtre :
elle laisse passer la lumière visible et bloque une fraction
substantielle des autres rayons. La lumière visible correspond
justement au rayonnement qui alimente la photosynthèse.
Le fait que les longueurs d’onde essentielles pour les vivants
sont celles que nous avons mentionnées plus haut s’explique
par la constatation suivante : les ondes ayant une longueur
inférieure à 380 nm seraient néfastes pour la structure des
molécules organiques (comme les acides nucléiques), tandis
que les ondes ayant une longueur supérieure à 750 nm seraient
absorbées par l’eau, substance abondante chez les vivants.
Les pigments photosynthétiques :
des capteurs de lumière
Lorsque la lumière rencontre la matière, celle-ci peut la diffuser
ou l’absorber. Les substances qui absorbent la lumière visible
chez les organismes photoautotrophes s’appellent pigments.
Chaque pigment absorbe surtout des longueurs d’onde déterminées de la lumière et les fait ainsi disparaître. Si on illumine un pigment avec de la lumière blanche, la couleur que
nos yeux perçoivent (grâce aussi aux pigments présents dans
la rétine) est celle que le pigment illuminé diffuse le plus,
que ce soit par réflexion ou par transmission. Si un pigment
absorbe toutes les longueurs d’onde, il paraît noir. Heureusement, ce n’est pas le cas de la chlorophylle. Et ne serait-il pas
désolant, en effet, d’imaginer l’herbe et le feuillage des arbres
tout en noir ? Les feuilles nous semblent vertes parce que la
chlorophylle absorbe, entre autres choses, la lumière rouge et
la lumière bleue en même temps qu’elle diffuse la lumière
verte (figure 10.8). Les algues rouges, au contraire, nous
paraissent rouges parce que leurs pigments absorbent surtout
la lumière verte. On peut mesurer la capacité d’un pigment à
absorber diverses longueurs d’onde en utilisant un spectrophotomètre. Cet appareil dirige un faisceau lumineux de
plusieurs longueurs d’onde à travers une solution du pigment
en question et mesure la proportion de lumière transmise
selon chaque longueur d’onde. Le graphique qui représente la
capacité d’absorption du pigment en fonction de la longueur
d’onde s’appelle spectre d’absorption (figure 10.9).
Le spectre d’absorption des pigments du chloroplaste
montre que différentes longueurs d’onde activent la photosynthèse. Rappelez-vous que la lumière exerce un effet qui
dépend de son absorption par cet organite. La figure 10.10a
montre les spectres d’absorption de trois types de pigments
présents dans les chloroplastes : la chlorophylle a, qui participe directement aux réactions photochimiques, la chlorophylle b, un pigment accessoire, et une famille de pigments
considérés comme secondaires, les caroténoïdes. Le spectre
de la chlorophylle a donne à penser que la lumière bleu-violet
et la lumière rouge sont les plus favorables à la photosynthèse
chez les plantes, parce qu’elles sont absorbées, tandis que la
lumière verte est la moins favorable. Cette observation est
confirmée par le spectre d’action de la photosynthèse, qui
indique l’efficacité des différentes longueurs d’onde de la
radiation alimentant le processus (figure 10.10b). Pour établir
le spectre d’action de la photosynthèse, on illumine des
chloroplastes avec de la lumière de différentes couleurs et on
porte sur un graphique la mesure du rendement de la photosynthèse – par exemple, la quantité libérée de dioxygène ou
la consommation de dioxyde de carbone – en fonction de la
m Figure 10.7 Le spectre électromagnétique. La lumière blanche est
une combinaison de toutes les longueurs d’onde de la lumière visible. Un
prisme peut décomposer la lumière blanche en ses couleurs constituantes
en déviant la lumière de différentes longueurs d’onde. (Des gouttes d’eau
dans l’atmosphère peuvent former un prisme et produire un arc-en-ciel,
comme celui qu’on voit à la figure 10.1.) La lumière visible alimente
la photosynthèse.
380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Lumière visible
Rayons
gamma
Rayons X
UV
Infrarouge
Microondes
Ondes
radio
10
–5 nm 10
–3 nm 1 nm
10
3 nm 10
6 nm
1 m
(10 9 nm) 10
3 m
Ondes les plus longues
Ondes les plus courtes
Énergie la moins élevée
Énergie la plus élevée
m Figure 10.8 La couleur verte des feuilles : le résultat de l’interaction entre la lumière et les chloroplastes. Les molécules de chlorophylle des chloroplastes absorbent la lumière bleu-violet et rouge (les
couleurs les plus favorables à la photosynthèse), et reflètent ou transmettent
la lumière verte, d’où la couleur des feuilles.
Chloroplaste
Lumière
blanche
Fraction diffusée
(par réflexion)
Fraction diffusée
(par transmission)
Fraction
absorbée
Granum
objets tangibles, toutefois ils agissent comme s’ils l’étaient
puisque chacun d’entre eux possède une quantité déterminée
d’énergie. La quantité d’énergie est inversement proportionnelle à la longueur d’onde de la lumière : plus la longueur
d’onde est courte, plus les photons possèdent de l’énergie.
Par conséquent, un photon de lumière violette renferme près
de deux fois plus d’énergie qu’un photon de lumière rouge.
Le Soleil émet le spectre complet de l’énergie électromagnétique, mais l’atmosphère se comporte comme un filtre :
elle laisse passer la lumière visible et bloque une fraction
substantielle des autres rayons. La lumière visible correspond
justement au rayonnement qui alimente la photosynthèse.
Le fait que les longueurs d’onde essentielles pour les vivants
sont celles que nous avons mentionnées plus haut s’explique
par la constatation suivante : les ondes ayant une longueur
inférieure à 380 nm seraient néfastes pour la structure des
molécules organiques (comme les acides nucléiques), tandis
que les ondes ayant une longueur supérieure à 750 nm seraient
absorbées par l’eau, substance abondante chez les vivants.
Les pigments photosynthétiques :
des capteurs de lumière
Lorsque la lumière rencontre la matière, celle-ci peut la diffuser
ou l’absorber. Les substances qui absorbent la lumière visible
chez les organismes photoautotrophes s’appellent pigments.
Chaque pigment absorbe surtout des longueurs d’onde déterminées de la lumière et les fait ainsi disparaître. Si on illumine un pigment avec de la lumière blanche, la couleur que
nos yeux perçoivent (grâce aussi aux pigments présents dans
la rétine) est celle que le pigment illuminé diffuse le plus,
que ce soit par réflexion ou par transmission. Si un pigment
absorbe toutes les longueurs d’onde, il paraît noir. Heureusement, ce n’est pas le cas de la chlorophylle. Et ne serait-il pas
désolant, en effet, d’imaginer l’herbe et le feuillage des arbres
tout en noir ? Les feuilles nous semblent vertes parce que la
chlorophylle absorbe, entre autres choses, la lumière rouge et
la lumière bleue en même temps qu’elle diffuse la lumière
verte (figure 10.8). Les algues rouges, au contraire, nous
paraissent rouges parce que leurs pigments absorbent surtout
la lumière verte. On peut mesurer la capacité d’un pigment à
absorber diverses longueurs d’onde en utilisant un spectrophotomètre. Cet appareil dirige un faisceau lumineux de
plusieurs longueurs d’onde à travers une solution du pigment
en question et mesure la proportion de lumière transmise
selon chaque longueur d’onde. Le graphique qui représente la
capacité d’absorption du pigment en fonction de la longueur
d’onde s’appelle spectre d’absorption (figure 10.9).
Le spectre d’absorption des pigments du chloroplaste
montre que différentes longueurs d’onde activent la photosynthèse. Rappelez-vous que la lumière exerce un effet qui
dépend de son absorption par cet organite. La figure 10.10a
montre les spectres d’absorption de trois types de pigments
présents dans les chloroplastes : la chlorophylle a, qui participe directement aux réactions photochimiques, la chlorophylle b, un pigment accessoire, et une famille de pigments
considérés comme secondaires, les caroténoïdes. Le spectre
de la chlorophylle a donne à penser que la lumière bleu-violet
et la lumière rouge sont les plus favorables à la photosynthèse
chez les plantes, parce qu’elles sont absorbées, tandis que la
lumière verte est la moins favorable. Cette observation est
confirmée par le spectre d’action de la photosynthèse, qui
indique l’efficacité des différentes longueurs d’onde de la
radiation alimentant le processus (figure 10.10b). Pour établir
le spectre d’action de la photosynthèse, on illumine des
chloroplastes avec de la lumière de différentes couleurs et on
porte sur un graphique la mesure du rendement de la photosynthèse – par exemple, la quantité libérée de dioxygène ou
la consommation de dioxyde de carbone – en fonction de la
m Figure 10.7 Le spectre électromagnétique. La lumière blanche est
une combinaison de toutes les longueurs d’onde de la lumière visible. Un
prisme peut décomposer la lumière blanche en ses couleurs constituantes
en déviant la lumière de différentes longueurs d’onde. (Des gouttes d’eau
dans l’atmosphère peuvent former un prisme et produire un arc-en-ciel,
comme celui qu’on voit à la figure 10.1.) La lumière visible alimente
la photosynthèse.
380
450
500
550
600
650
700
750 nm
Lumière visible
Rayons
gamma
Rayons X
UV
Infrarouge
Microondes
Ondes
radio
10
–5 nm 10
–3 nm 1 nm
10
3 nm 10
6 nm
1 m
(10 9 nm) 10
3 m
Ondes les plus longues
Ondes les plus courtes
Énergie la moins élevée
Énergie la plus élevée
m Figure 10.8 La couleur verte des feuilles : le résultat de l’interaction entre la lumière et les chloroplastes. Les molécules de chlorophylle des chloroplastes absorbent la lumière bleu-violet et rouge (les
couleurs les plus favorables à la photosynthèse), et reflètent ou transmettent
la lumière verte, d’où la couleur des feuilles.
Chloroplaste
Lumière
blanche
Fraction diffusée
(par réflexion)
Fraction diffusée
(par transmission)
Fraction
absorbée
Granum