La chlorophylle et les caroténoïdes sont tous deux des pigments, ou chromophores, impliqués dans la photosynthèse. La chlorophylle et les caroténoïdes sont responsables de la récolte de la lumière, de l’absorption des photons et du transfert de l’énergie d’excitation au centre de réaction photosynthétique. Cependant, seule la chlorophylle fonctionne au sein du centre de réaction pour effectuer la séparation des charges à travers la membrane cellulaire. C’est la chlorophylle qui déclenche une série de réactions de transfert d’électrons qui réduisent éventuellement le dioxyde de carbone (CO2) en glucides.
Avec un nom signifiant « feuille verte » en grec, la chlorophylle a été identifiée pour la première fois en 1818 par Pierre Joseph Pelletier et Joseph Bienaime Caventou. La chlorophylle est bien connue pour son aspect vert et pour être le pigment photosynthétique le plus abondant sur Terre. Depuis sa découverte originale, des dizaines de types de molécules de chlorophylle ont été découverts. Moléculairement, ce sont tous des tétrapyrroles cycliques et contiennent généralement un ion magnésium central. La structure chimique de la chlorophylle a le potentiel de gagner ou de perdre facilement des électrons, ce qui lui permet d’absorber des photons et de transférer l’énergie d’excitation vers et à l’intérieur du centre de réaction photosynthétique.
La chlorophylle et les caroténoïdes sont tous deux des pigments de récolte de lumière, mais la chlorophylle est le plus abondant et le plus critique pour la photosynthèse. Les différents types de chlorophylles, travaillant en combinaison, sont capables d’absorber la lumière sur une grande partie du spectre photosynthétique, de 330 à 1,050 500 nanomètres. Une exception est ce qu’on appelle le « trou vert », autour de XNUMX nanomètres. Des pigments accessoires sont nécessaires pour combler cette lacune d’absorption.
Une deuxième limitation des chlorophylles découle de la caractéristique même qui en fait des pigments si puissants dans le système photosynthétique : leur capacité à maintenir des états excités de longue durée. Cette capacité, cependant, conduit également à une tendance à générer des espèces réactives toxiques de l’oxygène. Là encore, les pigments accessoires, les caroténoïdes en particulier, sont capables d’aider à résoudre ce problème.
Les caroténoïdes sont des chromophores qui sont généralement de couleur rouge, orange ou jaune. Le caroténoïde le plus connu est probablement le carotène, qui donne aux carottes leur couleur orange. Les caroténoïdes ont deux fonctions principales : récolter l’énergie lumineuse pour la photosynthèse et protéger la chlorophylle des dommages causés par la lumière.
Pour leur fonction principale, les caroténoïdes absorbent l’énergie lumineuse des photons. Avec les biliprotéines, ils aident à absorber l’énergie dans le « trou vert » près de 500 nanomètres. Ils ne sont pas capables de transférer cette énergie directement dans la voie photosynthétique du centre de réaction. Au contraire, ils transfèrent l’énergie d’excitation directement aux molécules de chlorophylle, qui transfèrent ensuite l’énergie aux centres de réaction et dans la voie photosynthétique. Les caroténoïdes sont donc connus comme des pigments accessoires, et la chlorophylle et les caroténoïdes forment ensemble l’antenne de collecte de lumière à l’intérieur des cellules.
La fonction la plus importante des caroténoïdes est peut-être de protéger la chlorophylle et la cellule environnante des dommages causés par la lumière. Les chlorophylles génèrent souvent des espèces réactives de l’oxygène toxiques, qui causent divers dommages cellulaires, et elles sont particulièrement enclines à générer de tels radicaux libres dans des conditions de forte luminosité. Les caroténoïdes sont capables d’absorber l’excès de lumière, la détournant de la chlorophylle. Contrairement à la chlorophylle, les caroténoïdes peuvent convertir sans danger l’excès d’énergie d’excitation en chaleur.