Chloroplastes : définition, structure, fonction et localisation

Les chloroplastes sont des organites propres aux cellules végétales eucaryotes photosynthétiques, tant chez les algues que chez les plantes supérieures. Ils appartiennent à la catégorie des organites subcellulaires appelés plastides ou plastes.

Maintenant, où se trouvent les chloroplastes ? On les localise dans les cellules mésophiles des feuilles, ou dans les cellules qui ont la capacité de photosynthétiser. Dans les parties de la plante où la lumière n’atteint pas, comme les racines, il n’y a pas de chloroplastes.

À l’échelle microscopique, les chloroplastes sont disposés dans le cytoplasme cellulaire, et ils ne sont pas nécessairement de forme ou de nombre identiques d’une plante à l’autre. Les plantes supérieures contiennent en moyenne environ 10 000 chloroplastes par cellule et ils présentent une forme ovoïde ou circulaire. Les algues n’en possèdent généralement que 1 à 2, et ils peuvent adopter des formes variées telles que stellaires, en ruban, ou d’autres figures particulières.

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Pour que le chloroplaste soit fonctionnel, chacune de ses structures est nécessaire. Les parties des chloroplastes sont :

• Membrane externe : delimite le chloroplaste de l’extérieur et est perméable aux petites molécules qui passent à travers des porines.
• Membrane interne : est imperméable et sélective, car elle comporte des protéines spécifiques pour le passage des molécules, tant vers l’intérieur qu’en dehors du chloroplaste. Comme on peut le voir, elle comprend deux membranes, ce qui fait que le chloroplaste est globalement décrit comme un système lamellaire à double membrane.
• Compartiment intermembranaire : se situe entre les deux membranes. Il est très étroit.
• Tilacoïdes : ce sont des sacs creux qui contiennent des molécules de chlorophylle et d’autres pigments qui captent la lumière. Ils contiennent également des enzymes et des protéines. Ils possèdent aussi une enveloppe membranaire qui les délimite. Ces tilacoïdes présentent des inserts dans la membrane des Photosystèmes I et II, qui forment des complexes pigment-protéine.
• Lumen : c’est l’espace formé à l’intérieur des tilacoïdes.
• Grana : ce sont des piles formées de plusieurs tilacoïdes, servant à maximiser l’espace. Il y en a entre 10 et 100 par chloroplaste.
• Stroma lamellaire : relie les grana uniquement par un segment et sans être empilée.
• Stroma : est l’espace interne qui entoure les tilacoïdes. Il est composé d’une solution riche en enzymes. Il contient également l’ADN, l’ARN et des ribosomes. C’est une solution aqueuse dense. Son pH est élevé.

La fonction la plus importante des chloroplastes est qu’ils réalisent la photosynthèse des organismes eucaryotes, un processus qui se déroule en deux phases et chacune se complète dans une zone différente du chloroplaste.

Dans la membrane des tilacoïdes se déroulent les réactions lumineuses qui dépendent de la lumière du soleil pour former l’ATP et le NADPH. Autrement dit, l’énergie lumineuse se transforme en énergie chimique utilisable par la plante, ce qu’on appelle la transduction. Cela est possible grâce aux Photosystèmes I et II. Le Photosystème I est riche en chlorophylle a et le Photosystème II en chlorophylle b, qui varient l’une et l’autre par une légère modification de leur structure.

Rappelons que la photosynthèse ne se limite pas à la phase lumineuse, mais comporte également une phase sombre. Ici, l’énergie produite lors de la phase lumineuse est utilisée pour fixer le CO₂ afin de produire le glucose, par le biais du cycle de Calvin. Cette phase sombre se déroule dans le stroma du chloroplaste. Le glucose fabriqué est un type de sucre qui sera utilisé par la plante, ou transféré à des consommateurs primaires qui mangent cette plante, et peut être stocké sous forme d’amidon.

En plus d’assurer la photosynthèse, d’autres activités importantes se produisent dans le chloroplaste, notamment axées sur son fonctionnement afin de pouvoir photosynthétiser. Telles sont :

• Régulation des ions et des métabolites : elle se produit dans la membrane, qui possède des protéines qui modulent l’entrée des métabolites et des ions nécessaires à la photosynthèse, et pour transporter vers la cellule les produits issus de ce processus.
• Synthèse d’ARN et de protéines : ces composants nécessaires au chloroplaste sont en partie fabriqués par l’ADN de celui-ci, mais aussi par l’ADN du noyau de la cellule végétale. C’est pourquoi on dit que l’ADN du chloroplaste bénéficie d’une autonomie génétique partielle, car il dépend de l’ADN nucléaire.
• Synthèse de pigments : le chloroplaste fabrique ses propres pigments, qui constituent l’élément essentiel pour capter la lumière.
• Stockage de substances de réserve : il peut accumuler des substances qui seront utilisées ultérieurement par la cellule, comme l’amidon.

Les chloroplastes se trouvent dans les cellules eucaryotes photosynthétiques, principalement chez les plantes et les algues.

• Chez les plantes, ils se localisent généralement dans les tissus verts (feuilles et tiges jeunes) et chaque cellule peut contenir entre 20 et 100 chloroplastes.
• Chez les algues, la quantité et la forme varient énormément : certaines espèces possèdent un seul chloroplaste grand avec des formes stellaires, en spirale ou réticulées, tandis que d’autres en ont plusieurs petits.

Ces différences reflètent l’adaptation de chaque organisme à son environnement et à l’efficacité de la capture de lumière.

En résumé, les chloroplastes sont essentiels car ils réalisent la photosynthèse, un processus par lequel ils transforment l’énergie solaire en énergie chimique et produisent de l’oxygène comme résultat ou sous-produit. Grâce à eux, la majeure partie de l’oxygène que nous respirons est générée et la matière organique qui constitue la base de la chaîne alimentaire est produite. En quelques mots, sans chloroplastes, la vie sur Terre ne serait pas possible telle que nous la connaissons aujourd’hui.

À ce stade, vous avez appris davantage sur ce que sont les chloroplastes, leur structure, leur fonction et où on les trouve. Comme ils sont fondamentaux pour le processus de la photosynthèse, nous vous encourageons à en apprendre davantage via la vidéo ci-dessous et avec cet article sur la différence entre photosynthèse et respiration des plantes.

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