B - Les différents types de pigments.

Dans cette partie, nous allons présenter les principaux pigments présents chez les végétaux, chez les animaux ainsi que chez l’Homme (à noté que certains pigments sont présents à la fois chez les végétaux, les animaux et l’Homme).

1 – Pigments spécifiques des végétaux.

Rappel : La couleur d'un pigment dépend de son absorption de certaines longueurs d'onde (synthèse soustractive) et de la diffusion d'autres longueurs d'onde. Chez les végétaux, il existe deux grandes familles de pigments : les pigments liposolubles, contenus dans des organites cellulaires appelés chromoplastes (organites dérivés des chloroplastes, très concentrés en pigments), et les pigments hydrosolubles, que l’on trouve dans les vacuoles des cellules épidermiques des pétales. Les pigments sont classés en fonction de la présence ou de l’absence d’azote (N) dans leur structure.

 Les pigments azotés :

Les pigments azotés sont chez les végétaux, les chlorophylles.

Chez le végétal, le pigment qui colore en vert les feuilles est la chlorophylle. Elle se localise dans les membranes des chloroplastes, ou dans d'autres organites de certaines cellules végétales. Ce pigment absorbe la lumière utilisée par la photosynthèseLa chlorophylle absorbe les rayonnements violets (~400nm) et orange-rouge (~600nm) du spectre solaire et diffuse la lumière verte (~550nm) et jaune (~580nm).

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Spectre d'absorbtion de la chlorophylle.

Dans certains cas la chlorophylle est cachée par d’autres pigments, mais le fait qu’énormément de végétaux soient de couleur verte, montre bien le fait que, majoritairement, c’est la chlorophylle qui masque les autres pigments. 

coupe-chlorophylle.png 

 Coupe microscopique d’une cellule végétale présentant des pigments chlorophylliens.

Il existe plusieurs sortes de chlorophylles qui diffèrent par leur structure moléculaire et leur mode d'absorption des ondes lumineuses.

Nous étudierons ici les deux principales sortes de chlorophylles, en évoquant rapidement les autres sortes.

  •  La chlorophylle a est le pigment photosynthétique le plus commun chez les végétaux (~75% des plantes vertes). On la trouve donc chez les végétaux terrestres mais aussi chez les végétaux aquatiques comme les algues bleu-vert avec ~3g/kg de feuilles fraîches. La chlorophylle a a pour formule brute : C55H72O5N4Mg.

  • La chlorophylle b est un pigment moins important chez les plantes vertes, on la retrouve en quantité moindre que la chlorophylle a, néanmoins elle est présente chez les plantes vertes et d'autres organismes photosynthétiques. Son pic d’absorbance diffère de celui de la chlorophylle a ; de plus elle transfère l’énergie lumineuse reçue vers la chlorophylle a. Sa formule brute est : C55H70O6N4Mg (on observe une variance du nombre d’atome d’hydrogène et d’oxygène entre les deux sortes de chlorophylles).

 

absorbance-chlorophylle-a-et-b.pngComparaison de l'absorbance des chlorophylles a et b .

D'autres variétés de chlorophylle se retrouvent chez certaines algues (chlorophylle c et d) et bactéries (bactériochlorophylle).

 

Les pigments non-azotés

Chez les végétaux, les principaux pigments ne contenant pas d’azote sont les caroténoïdes, les flavonoïdes, les anthocyanes que nous étudierons ci-dessous.

 Les caroténoïdes

On regroupe sous le terme de caroténoïde les carotènes et les xanthophylles. Ils sont synthétisés par les végétaux comme les algues, plantes vertes mais aussi par des champignons et bactéries. Certains caroténoïdes jouent un rôle important dans la synthèse de la vitamine A, qui est nécessaire à la croissance et la vision des animaux. Ces caroténoïdes sont donc consommés par les animaux dans leur nourriture (carottes par exemple). 

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Sur cette image les différences de couleur des différentes variétés de carottes résultent de la présence de différents caroténoïdes.

Les caroténoïdes sont des pigments rouges, oranges et jaunes, présents dans un grand nombre d'organismes vivants. Ces pigments sont liposolubles, l’organisme peut donc facilement les intégrés. Chez les plantes, le rôle des caroténoïdes dans la photosynthèse est de transférer à la chlorophylle l’énergie lumineuse reçue (allant du violet au rouge, visible sur la photo); ils sont contenus dans les chloroplastes. Les caroténoïdes sont synthétisés par toutes les plantes vertes et par de nombreux champignons et bactéries, et absorbés par les animaux dans leur nourriture. Dans les feuilles, ils sont généralement masqués par les chlorophylles vertes qui sont plus abondantes, sauf durant l’automne où ils sont plus visibles (explications dans la partie II). Ils colorent également les fruits, les fleurs ou les racines.

On peut classer les caroténoïdes en 2 grandes sous-parties :

  • Les carotènes :

Le carotène est une molécule organique classée dans la catégorie des « pigments » de par sa couleur orange. C’est un pigment important pour la synthèse, en effet, il transfère l’énergie lumineuse reçue à la chlorophylle.

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Il existe deux types de carotènes : le carotène alpha et le carotène béta.

Le carotène absorbe dans les faibles longueurs ondes (violet-bleu) d’où leur couleur jaune-orangé.

absorbtion-carotene.gif 

Formule topologique du carotène :

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  • Les xanthophylles :

Les xanthophylles sont des molécules organiques, classées parmi les « pigments »  de par leur couleur jaune. Ces pigments sont dérivés des carotènes, par ajout d'atomes d'oxygène (voir formule topologique). Ils sont situés dans les chloroplastes ou les chromoplastes des cellules végétales, (pétales de certaines fleurs de couleur jaune, orange ou rouge), et chez les algues (de couleur brune).

xanthophylle.jpgLes flavonoïdes

Les flavonoïdes sont des molécules organiques appartenant aux « pigments » présentes dans les plantes, fruits, légumes. Ces pigments sont situés tous organes végétaux : racines, tiges, feuilles, fleurs, pollens, fruits, graines, bois...  et dont le rôle dans la photosynthèse est très important : en effet, ils empêchent les ultraviolets (rayons qui détruisent les noyaux cellulaires et les protéines) de pénétrer dans les cellules qui les contiennent. Ils sont aussi responsables de la couleur des végétaux : leur principale fonction est la pigmentation. Les flavonoïdes regroupent un très grand nombre de pigment dont l’un des plus connu l’anthocyane, est une des seules molécules organiques à pouvoir produire des teintes allant du jaune-orangé au bleu, en passant par le pourpre et le rouge. Elles sont responsables de la couleur des aliments.

  • Les anthocyanes.

Les anthocyanes appartiennent à la classe des composés flavonoïdes. Les anthocyanes sont hydrosolubles et contenus dans la vacuole des cellules végétales et sont responsables d’une large gamme de couleur. Ils changent de couleur en fonction de leur nature et du degré d’acidité ou de basicité (Ph) de la solution vacuolaire. Ces pigments donnent aussi en combinaison avec les carotènes les couleurs rouge/orange des feuilles durant l'automne lorsqu'il y a une dégradation des chlorophylles qui cachent ces pigments.

anthocyane.jpg 

Les flavonoïdes possèdent de nombreuses propriétés bienfaisantes telles que :

-       Une forte capacité « anti-oxydante ».

-       L’effet protecteur des UV.

-       Permettent la dilation des vaisseaux sanguins, et certains la fluidification du sang.

D’ailleurs le célèbre slogan publicitaire : « Manger au moins cinq fruits et/ou légumes par jour » s’appuie sur les bienfaits des flavonoïdes.

Remarque : Il existe une très grande quantité d'autres pigments végétaux mais il serait trop long de tous en parler. Nous pouvons, pour en citer quelques-uns, évoquer :

-      Les phycobilines présents chez les algues

-      Les flavonols, les flavanones et les flavones présents chez les végétaux mais incolores.

 

2 – Pigments spécifiques aux animaux et aux Hommes.

Chez l'être humain et l'animal, le pigment le plus connu est l'hémoglobine qui colore en rouge ou bleu le sang. La mélanine est un pigment présent dans la peau, donnant à celle-ci une coloration plus ou moins sombre en passant de la coloration jaune-orangée jusqu'au noir. Il existe d'autres pigments humains, moins connus : les pigments biliaires (la bilirubine de couleur rouge orangée), la rhodopsine présente dans les cellules rétiniennes, et bien d’autres, mais tous les évoquer serait très long et très complexes. C’est pourquoi, nous étudierons, ici, principalement l’hémoglobine et la mélanine, et évoquerons les pigments biliaires et la rhodopsine.

L’hémoglobine

L’hémoglobine n’est pas un vraiment pigment mais une molécule constituée d’un ensemble d’éléments qui la colore en rouge ou bleu. En effet la molécule d’hémoglobine est une protéine dont la principale fonction est le transport du dioxygène dans l’organisme des Hommes et animaux. Elle est constituée de deux grandes sous-unités : les globines et les hèmes.

La molécule d’hémoglobine est constituée de quatre chaînes aminés identiques deux à deux (les chaînes alpha et les chaînes béta) : les globines. Chaque globine est associée à un hème.

L’hème est un cofacteur (élément complémentaire d’une protéine, qui l’aide à réaliser sa fonction) qui contient un atome de fer servant à accueillir un gaz diatomique (composé de deux atomes) ici, en particulier l’O2.

La structure de l’hème ressemble à un large anneau, que l’on appelle porphyrine. La porphyrine est une molécule à structure cyclique, c’est-à-dire, dans le cas de l’hème, qu’elle est constituée de quatre sous-unités liées entre elles, appelées pyrroles, constituées de cinq atomes dont un d’azote, formant une structure en cercle. La structure de la porphyrine fait d’elle un composé aromatique. Les porphyrines peuvent se combiner avec un métal, en l’occurrence, le fer. Ainsi, la porphyrine de fer est nommée l’hème.

Il existe plusieurs types d’hème : a, b, c, o ; c’est l’hème b que l’on retrouve dans l’hémoglobine.

Pour conclure, la couleur de l’hémoglobine résulte, en réalité, de la couleur de l’hème (bleue ou rouge) qui elle-même résulte de la saturation du fer en O2. Si le fer est saturé en O2 alors la couleur de l’hème sera rouge, sinon elle sera bleue. C’est donc l’interaction entre l’atome de fer et le gaz diatomique, ici l’O2, qui induit la couleur de l’hémoglobine. 

Pour mieux comprendre, voici la structure d’un pyrrole :

pyrrole-1.jpg

  • La structure d'une porphyrine (la plus simple) :
structure-de-la-porphyrine.png
  • La structure de l'hème b :
structure-de-l-heme-b.png

Les mélanines.

Les mélanines font partis des principaux pigments responsables de la coloration des téguments (peau, poils, etc…) chez les animaux. Chez l’Homme, la couleur des cheveux, de la peau, des yeux est induit par la présence d’un certain type de mélanine et de sa concentration dans les cellules pigmentaires (partie II). Il existe 3 types de mélanines : l’eumélanine (de couleur noire ou brune), la phéomélanine (de couleur rouge ou jaune) et la neuromélanine (de couleur noire).

  • L’eumélanine

L’eumélanine est un polymère de la mélanine obtenu après une double oxydation des acides aminés qui forment la mélanine (la tyrosine (codons UAU, UAC) et la phénylalanine (codons UUU, UUC)). On dit que l’eumélanine peut avoir deux couleurs : le noir ou le brun. En effet, lorsque la mélanine est au maximum de son oxydation elle est noire ; lorsque la mélanine subit une mutation lors de son oxydation, alors sa couleur est brune.

  • Structure de l’eumélanine :

structure-de-l-eumelanine.png

  • La phéomélanine

La phéomélanine est un monomère de la mélanine obtenu après une simple oxydation. Les différents couleurs obtenues de la phéomélanine constitue les bases des couleurs obtenues de l’eumélanine après la deuxième phase d’oxydation. En effet, il existe deux types de phéomélanine :

-       Le type agate (de couleur rouge), qui constitue la base de l’eumélanine de couleur noire.

-       Le type isabelle (de couleur jaune), qui constitue la base de l’eumélanine de couleur brune.

  • Structure de la phéomélanine :

structure-de-la-pheomelanine.png

La neuromélanine

La neuromélanine est un monomère de la mélanine, présente essentiellement dans le cerveau humain, dans la substance noire (partie du cerveau qui doit son nom et sa coloration à la présence de ce type de mélanine de couleur noire) et le locus coeruleus. Il s’agit de la forme de mélanine la moins connue. Il semblerait que cette forme de mélanine soit obtenue par auto-oxydation sans la présence d’enzyme comme pour les deux autres formes. Les scientifiques n’ont pas encore proposée de structure sûre de la neuromélanine.

 Les pigments biliaires et la rhodopsine

Les pigments biliaires, sont synthétisés par le biais de la dégradation de l'hémoglobine (dont la durée de vie est approximativement de 120jours). L’hème est dégradé en fer et bilirubine. Le fer est recyclé et la bilirubine est liée avec l'acide glucuronique pour former la bilirubine conjuguée (pigment biliaire responsable de la couleur jaune-brun de la bile).

La rhodopsine est un pigment protéique présent dans les cellules rétiniennes appelées «bâtonnets», responsable de la sensibilité de l’œil à la lumière.

Remarque : On retrouve dans le règne animal une grande partie des pigments du règne végétal comme les caroténoïdes, les mélanines et les flavonoïdes par exemples.

 

Vers la partie C (cliquer)

Commentaires (6)

1. superbob (site web) 27/02/2018

c super mec tro koul se sit sé tro utyl merssi

2. Sara 18/01/2018

Super article, très bien expliqué !

3. hfdfkjtd (site web) 10/05/2017

merci!!! sa ma vraiment pas aider du tout

4. Honore habigaelle 29/10/2016

Jtrouves cool ce site avec les couleurs

5. lolol 06/04/2016

6. Aschley 20/02/2016

site conforme au cours de Licence SVT, un bon site ! Merci

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